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  • Hydrogène métallique : de la théorie à la réalité

    Posté le 30 janvier 2017


    Photos des différentes étapes par lesquelles passe l’hydrogène compressé. A environ 200 GPa il passe de l’état d’hydrogène moléculaire transparent pour ensuite être converti en hydrogène noir moléculaire et pour finir par devenir de l’hydrogène métallique. Les dessins juste en dessous montrent un solide moléculaire compressé puis ensuite dissocié en hydrogène métallique à 495 GPa

    Près d’un siècle après qu’il soit théorisé, des scientifiques de Harvard ont réussi à créer le matériau le plus rare (et potentiellement l’un des plus précieux) de la planète.

    L’hydrogène métallique a été créé par Isaac Silvera et Ranga Dias. Leur recherche est décrite dans un papier publié le 26 janvier dans la revue Science

    Il s’agit d’une très grande avancée de la physique des hautes pressions

    En plus d’aider les scientifiques à répondre à des questions fondamentales concernant la nature de la matière, ce matériau a été théorisé comme ayant un large champ d’applications dont la possibilité de devenir un supraducteur à température ambiante.

    « C’est le Saint Graal de la physique des hautes pressions », a déclaré Isaac Silvera.

    Pour obtenir cet échantillon, Silvera et Dias ont compressé un minuscule échantillon d’hydrogène à 495 gigapascal (GPa), plus de 5 millions de kilogrammes par centimètres carrés, une pression supérieure à celle du centre de la Terre (qui varie de 330 à 360 GPa). A de telles pressions l’hydrogène moléculaire solide se décompose et les molécules étroitement liées se dissocient pour se transformer en hydrogène atomique, qui est un métal.

    L’hydrogène métallique serait métastable, ce qui signifie que lorsque que la pression revient à la normale il restera tel quel au lieu de revenir à une autre forme. C’est la même chose que lorsque des diamants se forment à partir de graphite grâce à une pression et une chaleur intense : lorsque la pression et la chaleur redeviennent normales, le diamant reste un diamant.

    Sa stabilité est importante parce que l’hydrogène métallique pourrait bien être un supraconducteur à température ambiante

    La supraconductivité est un phénomène caractérisé par l’absence de résistance électrique. Elle se manifeste à des températures proches du zéro absolu (-273,15°C)
    Alors que les transmissions par câbles peuvent perdre jusqu’à 15% d’énergie par dissipation, la supraconductivité permet de transporter l’énergie sans aucune perte.

    Un supraconducteur à température ambiante pourrait changer notre système de transport en rendant possible la fabrication de trains grande vitesse à lévitation magnétique ainsi que des voitures électriques plus efficaces. Elle pourrait également améliorer la performance de tous nos appareils électroniques et de la production et du stockage d’énergie.
    Cela pourrait aussi joué un rôle clé dans l’exploration spatiale en tant que combustible. Enormément d’énergie est nécessaire pour la création de l’hydrogène métallique, ce qui fait que lorsque vous le reconvertissez en hydrogène moléculaire cette énergie est libérée. Cela ferait de l’hydrogène métallique l’agent propulseur le plus puissant du monde, capable de révolutionner l’industrie spatiale.

    Les carburants les plus puissants utilisés aujourd’hui sont caractérisés par une “impulsion spécifique” (une mesure de la durée pendant laquelle une certaine quantité d’agent propulseur produit une poussée équivalente à une masse de 1 kg) de 450 secondes. L’impulsion spécifique de l’hydrogène métallique est théorisée à 1700 secondes.

    Pour leurs expériences, Silvera et Dias se sont tournés vers l’un des matériaux les plus durs au monde : le diamant. Mais plutôt que d’utiliser des diamants naturels ils ont utilisé 2 petits morceaux de diamant synthétique soigneusement polis et les ont traités pour les rendre encore plus durs. ILs les ont ensuite montés sur un dispositif connu sous le nom de “cellule à enclumes de diamant” (diamond anvil cell)

    Les diamants sont polis avec de la poudre de diamants qui peut creuser le carbone de la surface. En observant les diamants à l’aide d’un microscope à force atomique les chercheurs ont trouvé des défauts qui auraient pu provoquer son affaiblissement et sa rupture.

    La solution a été d’utiliser un procédé de gravure ionique réactive pour découper une minuscule couche (de seulement 5 microns d’épaisseur) de la surface du diamant qui a ensuite été recouverte d’une fine couche d’alumine pour empêcher l’hydrogène de se diffuser dans la structure cristalline et de la fragiliser.

    Source : Harvard – Via PhysOrg

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