Un nouveau type de glace bouleverse notre vision de l’eau.
Sous l’effet d’une pression insoutenable, une minuscule goutte d’eau s’est cristallisée en une forme encore jamais observée.
L’équipe internationale pilotée par le Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS) a ainsi découvert une 21e phase cristalline de glace, baptisée sobrement : Ice XXI. Cette nouvelle venue pourrait bien changer notre compréhension de l’eau, de la physique des hautes pressions… et même de l’intérieur des lunes glacées de notre système solaire !
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Ice XXI, la glace qui défie les lois de la physique
À pression atmosphérique, l’eau gèle à 0 °C, là on ne vous apprend rien qi vous avez dépassé la classe de 6e. En revanche ce que vous ignorez c’est qu’il existe des cristallisations de l’eau qui ne doivent rien au froid mais à la pression, l’eau peut ainsi prendre formes variées : Ice VI, Ice VII, Ice X… il y en a pour tous les goûts !
Ici, les chercheurs ont soumis l’eau à plus de 2 gigapascals de pression (soit environ 20 000 fois la pression atmosphérique terrestre) à température ambiante. Une condition extrême, recréée à l’aide d’un dispositif de poche, mais redoutablement puissant : la cellule à enclumes de diamant dynamique (dDAC).
Une transformation en quelques millionièmes de seconde
Le cœur de l’expérience se joue dans un minuscule volume d’eau compressé entre deux diamants, avec une vitesse de changement de pression digne d’un piston de Formule 1. De cette manière, la glace ne se forme pas d’un seul coup, mais suit une cascade de transitions complexes, enchaînant micro-gelées et re-fusions à toute vitesse. Le tout enregistré avec une résolution à la microseconde grâce au XFEL, le plus grand laser à électrons libres du monde, installé au Japon.
C’est dans ce chaos cristallin ultra-rapide qu’est apparue Ice XXI, une forme métastable de glace, différente des vingt précédentes.
Un cristal qui ne ressemble à aucun autre
Ce nouveau polymorphe de l’eau se distingue par une structure plus grande, plus complexe et géométriquement aplatie. Pas de pyramides hexagonales comme la neige, ni de réseau compact comme la glace des pôles. Ice XXI a sa propre logique, dictée par les liaisons hydrogène déformées sous pression extrême.
Des implications jusqu’aux lunes de Jupiter
Pourquoi s’intéresser à une goutte gelée sous des diamants ? Parce que les conditions de l’expérience ressemblent à celles qui règnent à l’intérieur des lunes glacées comme Europe, Ganymède ou Encelade. Là où la glace n’est pas un glaçon du congélateur, mais une roche géologique, compressée par des kilomètres de croûte glacée.
Ice XXI pourrait exister naturellement sous ces surfaces. Si cette glace affecte la densité, la conductivité, ou la manière dont les couches internes glissent les unes sur les autres, c’est toute la géophysique de ces mondes qu’il faut revoir.
Peut-être même la manière dont la vie pourrait y apparaître, protégée sous une couverture de glace plus étrange qu’on ne le pensait.
Une découverte à cinq drapeaux
Le projet a mobilisé 33 scientifiques venus de Corée du Sud, du Japon, des États-Unis, du Royaume-Uni et d’Allemagne. Une collaboration digne d’une mission spatiale, avec un objectif bien terrestre : comprendre la matière… pour mieux explorer les frontières extrêmes de la nature.
Ice XXI est un indice précieux : il montre que l’eau a encore des secrets, même après des siècles d’observation, de congélation, de chauffage et de pressurisation.
Les XXI formes de glaces
| Phase | Conditions de formation |
|---|---|
| Ice Ih (hexagonale) | 0 °C et 1 bar — Glace « classique » présente sur Terre, dans les pôles et nos congélateurs. |
| Ice Ic (cubique) | Formée vers -80 °C — Cristaux cubiques rencontrés dans les nuages. |
| Ice II | ~0,3 GPa et -70 °C — Structure rhomboédrique très dense, stable sous haute pression. |
| Ice III | ~0,25 GPa et -20 °C — Glace conductrice de protons, obtenue sous pression. |
| Ice V | ~0,5 GPa et -30 °C — Phase intermédiaire entre Ice III et Ice VI. |
| Ice VI | 1 GPa et 25 °C — Glace stable à température ambiante sous pression. |
| Ice VII | 2–3 GPa et température ambiante — Présente dans les profondeurs des planètes glacées. |
| Ice VIII | Forme ordonnée de Ice VII à basse température. |
| Ice IX | -140 °C et 0,2 GPa — Phase métastable issue de Ice III. |
| Ice X | > 60 GPa — Glace « superionique » où les protons se déplacent librement. |
| Ice XI | Phase ordonnée dérivée de Ice Ih à très basse température (propriétés ferromagnétiques). |
| Ice XII | 1 GPa et -80 °C — Découverte dans les années 1990, structure tétragonale. |
| Ice XIII | Phase monoclinique obtenue à partir de Ice V à basse température. |
| Ice XIV | Transition ordonnée de Ice XII, obtenue par dopage en acide. |
| Ice XV | Structure ordonnée de Ice VI à très basse température (~80 K). |
| Ice XVI | Première glace « vide » (sans gaz enclavé), obtenue à partir de clathrates. |
| Ice XVII | Glace poreuse dérivée de clathrates d’hydrogène. |
| Ice XVIII | Phase superionique observée à > 100 GPa dans les intérieurs des géantes glacées. |
| Ice XIX | Forme ordonnée récemment confirmée, proche de Ice VI. |
| Ice XX | Phase superionique doublement stable, découverte en 2021. |
| Ice XXI | Découverte en 2025 : glace à température ambiante et 2 GPa, réseau aplati et complexe. |
Source :
Multiple freezing–melting pathways of high-density ice through ice XXI phase at room temperature (en français : « Multiples trajectoires de congélation et de fusion de la glace à haute densité via la phase glace XXI à température ambiante »).
Lee, YH., Kim, J.K., Kim, YJ. et al.
Nat. Mater. (2025).
https://doi.org/10.1038/s41563-025-02364-x
Crédits images : Korea Research Institute of Standards and Science (KRISS)
