Propriétés EXOTIQUES des glaces remplis en conditions extrêmes : de la modélisation des intérieurs planétaires au stockage de hydrogene – EXOTIC-ICES

Tous les modèles de l'intérieur des corps glacés de l'Univers reposent sur notre connaissance du comportement de quelques molécules simples - hydrogène, eau, méthane, ammoniac, azote, hélium - dans des conditions de pression (p) et de température (T) élevées. Au cours des deux dernières décennies, des efforts considérables ont été déployés dans le monde entier pour déterminer le diagramme de phase de ces systèmes jusqu'à des conditions p-T extrêmes, une recherche à laquelle les membres de notre équipe ont apporté des contributions essentielles. Grâce à ces données et aux informations obtenues lors de diverses missions spatiales spectaculaires, la communauté scientifique tente actuellement de comprendre l'intérieur des corps glacés, leurs conditions thermodynamiques, leur chimie et, en fin de compte, la possibilité d'y abriter la vie. En outre, plusieurs découvertes fondamentales - et parfois inattendues - ont été tirées de ces études sur les p-T élevés, parmi lesquelles : la métallisation de l'hydrogène, la criticité quantique, la supraconductivité à Tc élevé, le polyamorphisme, la superionicité.
Notre équipe a récemment montré que l'eau solide sous pression peut, de manière inattendue, accueillir des quantités substantielles d'espèces invitées, comme des ions ou de petites molécules de gaz, dans son réseau. L'inclusion d'espèces invitées modifie fortement la densité, les propriétés structurelles, thermiques et de conductivité de la glace, et favorise l'apparition de nouveaux états de la matière et de propriétés remarquables. L'existence de ces "glaces remplies" dans les corps extraterrestres remet en question notre description actuelle de leur physique, essentiellement basée sur l'hypothèse des propriétés de la glace pure.
Les glaces remplies présentent également une capacité de stockage et de séquestration des gaz incroyablement améliorée par rapport aux hydrates courants. Leur potentiel en tant que matériaux de stockage de l'hydrogène et réservoirs de gaz naturel, ainsi que leur application possible pour la séquestration du CO2 doivent être explorés de toute urgence.
Le but ultime de notre projet est de définir le domaine d'existence des structures de "glace remplie" d'ions et de gaz astrophysiques, de caractériser la cinétique de leur formation, d'élucider leurs propriétés dynamiques et de conductivité inhabituelles dans des conditions p-T extrêmes, de promouvoir leur stabilité dans des conditions exploitables par l'industrie et d'adapter leurs applications futures en tant que matériaux de stockage de l'hydrogène et de séquestration du CO2. Cet aspect de la recherche proposée correspond parfaitement aux objectifs du Green Deal européen, ainsi qu'à ceux du PNRR, où l'hydrogène est considéré comme le vecteur d'énergie propre de la prochaine génération.
Pour réaliser notre projet, nous combinerons des techniques expérimentales complémentaires de pointe et des méthodes de simulation novatrices développées par notre équipe d'experts en physique des matériaux moléculaires dans des conditions extrêmes et en planétologie.