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Trois chercheurs français ont réussi à obtenir de l'hydrogène sous forme métallique au synchrotron SOLEIL, sur le plateau de Saclay, en France. Pour ce faire, ils ont dû élaborer un nouveau type de presse de diamant qui a permis d’observer le changement de phase.

Deux chercheurs de la Direction des applications militaires du CEA et un chercheur émérite du CNRS, détaché au synchrotron SOLEIL, viennent de franchir une étape historique en observant pour la première fois de l’hydrogène sous forme métallique. Les résultats de cette première mondiale ont été publiés dans la revue Nature du 30 janvier 2020.

Pour cela, ils ont enfermé dans une petite cavité un échantillon d'hydrogène sous sa forme solide. Après avoir fait monter la pression à l’intérieur (qui était déjà de 1.400 bars) à l’aide de deux enclumes de diamant, l'hydrogène, pris en étau entre les deux, a éclaté. Les électrons de l'atome d’hydrogène se sont alors séparés de l'attraction des protons. Devenus libres, ils ont acquis la propriété de conduire l'électricité, comme le fait un métal.

Un nouveau type de presse de diamant

L'avancée de cette équipe consiste dans le développement des presses de diamant super résistantes «taillées avec une forme bien spécifique afin de casser le plafond de verre qui existait dans les pressions maximales atteignables jusque là», explique Paul Louveyre, chercheur à la direction des applications militaires au CEA.

La mise au point d’un nouveau type de presse à enclumes de diamant, pouvant sonder un échantillon de quelques microns de diamètre à l’aide d’un rayonnement infrarouge synchrotron très brillant, a permis d’observer le changement de phase, d’obtenir la signature du caractère métallique de l’échantillon sous pression et de déterminer avec une grande précision la pression d’apparition du phénomène.

Les perspectives éventuelles

Depuis de nombreuses années, les scientifiques recherchent un moyen de créer synthétiquement de l'hydrogène métallique en raison des perspectives prometteuses de son utilisation en électronique et en tant que carburant de fusée léger et énergivore. Ce métal a des propriétés supraconductrices à température ambiante et, surtout, il est métastable, c'est-à-dire qu'il reste à l'état solide après son retour à la pression normale.

L'hydrogène métallique est également utile aux physiciens impliqués dans la recherche sur les hautes énergies, similaires à celle actuellement menés au CERN, ainsi qu'aux astrophysiciens qui pourraient pour la première fois étudier des matériaux supposément situés à l'intérieur de planètes géantes.

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Tags:
hydrogène, Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), CNRS, France
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