Communiqué du 15 mars 2007 - TRADUCTION

Page originale : http://www.sandia.gov/news/resources/releases/2007/z-ice.html

Traduit par Julien Geffray sur http://www.jp-petit.org/nouv_f/informer_pourquoi_faire.html

le meilleur est à la fin où l’on peut lire ENFIN !!! [...]a déjà comprimé des capsules sphériques contenant des isotopes de l’hydrogène afin de générer des neutrons de fusion - préalable à la fusion nucléaire contrôlée, représentant essentiellement une source d’énergie illimitée pour l’humanité.[...]

De la glace créé en quelques nanosecondes par la Z-machine de Sandia Mais ne l’attendez pas dans votre épicerie de quartier

ALBUQUERQUE, N.M. L’extraordinaire Z-machine de Sandia, qui génère des températures plus chaudes que le soleil, a transformé l’eau en glace en quelques nanosecondes.

N’en attendez cependant aucune application commerciale à court terme : cette glace est plus chaude que de l’eau bouillante.

« Les trois états de l’eau tels que nous les connaissons habituellement - glace froide, liquide à la température ambiante, et vapeur chaude - ne représentent en réalité qu’une petite partie des états possibles de l’eau » indique Daniel Dolan, chercheur aux laboratoires Sandia. « Compresser de l’eau la chauffe. Mais sous une compression extrême, il est plus facile pour l’eau très dense d’entrer dans sa phase solide [la glace] que de maintenir son état liquide plus énergétique [l’eau]. »

Sandia est un laboratoire de la National Nuclear Security Administration (NNSA).

Dans cette expérience de la Z-machine, le volume d’eau a brusquement été réduit de manière discontinue, de façon similaire à la formation de la plupart des formes de glace connues, excepté la plus commune qui entre en expansion. (on peut se demander pourquoi cette glace a diminué au lieu d’augmenter de volume, étant donné qu’on voit bien habituellement que l’eau gelée grossit jusqu’à fendre la tuyauterie oubliée l’hiver dans les maisons non chauffées. La réponse est que seule la « glace ordinaire » accroît son volume lorsque l’eau gèle. Il existe au moins 11 autres formes de glaces connues, se produisant à diverses conditions de températures et de pressions)

« Ce travail, confie Dolan, est une étude scientifique basique qui va nous aider à comprendre les matériaux soumis à des conditions extrêmes. »

Mais il y a potentiellement une application pratique. Ce travail, apparu en ligne le 11 mars dans Nature Physics, a été entrepris en partie parce que les diagrammes de changements de phase, qui prévoient l’état de l’eau aux diverses températures et pressions, ne sont pas toujours corrects - un fait préoccupant pour les expérimentateurs étudiant les conditions extrêmes, tout comme ceux devant travailler à de grandes distances où la mesure directe est impossible. Par exemple, les expériences effectuées il y a quelques mois sur Z-machine ont démontré que les idées des astronomes à propos de l’état de l’eau sur la planète Neptune étaient probablement incorrectes.

Plus proche de nous, l’eau dans un verre pourrait être refroidie sous son point de congélation et rester liquide, à « l’état surfondu ».

La connaissance précise du comportement de l’eau est potentiellement importante pour la Z-machine, parce que les impulsions électriques de 20 millions d’ampères que l’accélérateur envoie dans l’eau compresse ce liquide. D’habitude l’eau agit comme un isolant ou comme commutateur. Mais parce que la Z-machine a été modifiée, bénéficiant d’un matériel plus moderne et plus puissant, les interrogations au sujet du comportement de l’eau aux conditions extrêmes doivent être éclaircies, afin d’éviter de graves pannes du matériel pour l’appareil actuel ou ses successeurs plus puissants, si ceux-ci sont construits.

Un résultat imprévu de l’essai de Dolan tient en l’extrême rapidité à laquelle l’eau a gelé. Le processus de congélation observé d’habitude prend au minimum plusieurs secondes.

La réponse, indique Dolan, semble être qu’une compression très rapide cause également une congélation très rapide. Sur la Z-machine mais aussi au dispositif voisin chez Sandia, le canon à gaz STAR (Shock Thermodynamic Applied Research), de fins échantillons d’eau ont été comprimés, à des pressions de 50.000-120.000 atmosphères en moins de 100 nanosecondes. Sous de telles pressions, l’eau semble se transformer en glacer VII, une phase de l’eau découverte par le prix Nobel Percy Bridgman dans les années 30. L’eau compressée a semblé se solidifier glace en quelques nanosecondes.

La glace VII n’a rien à voir avec la « glace neuf » du roman de science-fiction « Le Berceau du Chat » écrit par Kurt Vonnegut en 1963. Dans cet ouvrage, quelques molécules de cette substance inventée congèle pratiquement toute l’eau de la Terre. La glace VII, à l’inverse, reste à l’état gelé aussi longtemps que règne une pression titanesque. Mais la pression diminuant rapidement, la glace redevient à nouveau de l’eau ordinaire.

Des « catalyseurs de nucléation » sont bien sûr souvent employés pour accélérer des processus chimiques lents, par exemple lorsqu’on ensemence les nuages avec de l’iodure d’argent pour générer de la pluie. Dolan avait déjà démontré, en tant qu’étudiant diplômé de physique à l’Université de l’État de Washington, que l’au peut geler sur un laps de temps de l’ordre de la nanoseconde en présence d’un agent de nucléation.

Cependant, le comportement de l’eau pure soumise à de hautes pressions demeurait un mystère.

Les instruments de Sandia ont observé l’eau sans nucléation devenir rapidement opaque - signe de transformation en glace dans laquelle l’eau et la glace coexistent - au fur et à mesure de l’augmentation de la pression. Au seuil de 70.000 atmosphères et au-delà, l’eau devint claire, signe que le récipient contenait alors uniquement de la glace.

« Apparemment, il est virtuellement impossible d’empêcher l’eau de geler sous des pressions supérieures à 70.000 atmosphères » explique Dolan.

Pour réaliser ces essais, la Z-machine a créé les conditions appropriées par une compression magnétique. Une décharge électrique de vingt millions d’ampères traverse une petite chambre d’aluminium, générant un champ magnétique qui comprime de manière isentropique des parois d’aluminium dont la section mesure approximativement 5,5 pouces par 2 (14 centimètres sur 5). La compression sans onde de choc mais de plus en plus rapide agit sur une couche d’eau de 25 microns d’épaisseur.

La Z-machine, dispositif poyvalent dont l’utilisation principale permet de produire des données pour améliorer la sûreté et la fiabilité de la force de dissuasion nucléaire des USA, a déjà comprimé des capsules sphériques contenant des isotopes de l’hydrogène afin de générer des neutrons de fusion - préalable à la fusion nucléaire contrôlée, représentant essentiellement une source d’énergie illimitée pour l’humanité.

Ce travail est financé par la NNSA. Les autres auteurs de l’article sont Chris Deeney (désormais employé de la NNSA) ainsi que Mark Knudson et Clint Hall de Sandia.