Une récente découverte scientifique révèle que le gel peut générer de l’électricité lorsqu’il est déformé. Ce phénomène, lié à la flexoélectricité, offre de nouvelles perspectives sur l’origine des éclairs et ouvre des possiblités technologiques surprenantes dans le domaine de l’électronique.
Bien que la glace ordinaire (glace hexagonale Ih) ne soit pas piézoélectrique, il a été observé qu’elle peut produire une charge électrique lorsqu’elle subit un effort mécanique, comme lors de collisions durant des tempêtes. Ce comportement est attribué à l’effet flexoélectrique, où la glace génère de l’électricité lorsqu’elle se plie, de manière similaire à des matériaux comme le dioxyde de titane utilisés dans des capteurs et condensateurs.
5 points de certains d’intérêt :
- La glace produit de l’électricité en se déformant.
- Découvertes de la flexoélectricité à des températures allant jusqu’à 0 °C.
- Surface de la glace : ferroélectricité en dessous de -113 °C.
- Origine possible des éclairs.
- Implications technologiques à explorer.
Glace générant de l’électricité
Des scientifiques de l’ICN2 ont découvert que la glace produit de l’électricité en se pliant : une piste sur l’origine des éclairs. La glace, présente dans presque tous les écosystèmes froids de la planète, continue de révéler des secrets.
Une étude internationale, incluant l’Institut Catalan de Nanoscience et Nanotechnologie (ICN2), l’Université Jiaotong de Xi’an (Chine) et l’Université de Stony Brook (États-Unis), a démontré que la glace est un matériau flexoélectrique : elle peut produire de l’électricité lorsqu’elle se déforme de manière non uniforme.
Publication et implications scientifiques
Cette découverte, publiée dans Nature Physics, ouvre de nouvelles perspectives technologiques et offre une explication physique sur l’origine des éclairs durant les tempêtes.
La recherche a confirmé que la glace, même dans des conditions proches de 0 °C, peut réagir électriquement lorsqu’elle est pliée ou tendue de manière irrégulière.
Ferroélectricité à des températures extrêmes
Par ailleurs, à des températures très basses (en dessous de -113 °C ou 160 K), une fine couche ferroélectrique a été détectée à la surface de la glace.
Cette couche permet une polarisation électrique réversible, un phénomène comparable à l’inversion des pôles d’un aimant. Cette double propriété, ferroélectricité en froid extrême et flexoélectricité à des températures plus clémentes, rend la glace bien plus complexe et intéressante que prévu.
Une nouvelle explication sur les éclairs
L’un des aspects les plus remarquables de cette recherche est son lien direct avec les processus naturels à l’origine des éclairs.
Jusqu’à présent, il était connu que les tempêtes électriques résultent de l’accumulation de charges électriques dans les nuages due à des collisions entre particules de glace, mais le mécanisme exact générant cette charge demeurait un mystère.
L’étude montre qu’en se pliant de manière irrégulière, ce qui se produit facilement lors des collisions à l’intérieur d’un nuage, la glace est capable de générer une charge électrique par flexoélectricité.
Au laboratoire, les chercheurs ont plié une plaque de glace entre deux électrodes et mesuré la tension résultante. Les valeurs obtenues correspondent aux potentiels électriques enregistrés dans des études sur les tempêtes.
Cela renforce l’hypothèse selon laquelle la flexoélectricité de la glace pourrait être à l’origine de l’électrification des nuages, une étape clé dans la formation des éclairs.
Potentiel technologique de la glace
Bien que cela puisse sembler surprenant, la glace pourrait devenir un matériau fonctionnel dans des dispositifs électroniques. En particulier dans des environnements froids comme les régions polaires, les zones de haute montagne ou même lors de futures missions spatiales sur des lunes glacées comme Europe ou Encelade, où la fabrication de matériaux traditionnels n’est pas faisable.
La flexoélectricité permet de générer du courant sans recours à des sources d’énergie externes, ouvrant la voie au développement de capteurs autonomes, de systèmes de surveillance climatique ou de détecteurs sismiques.
Face à l’urgence climatique, disposer de technologies à faible impact alimentées par des phénomènes naturels constitue une avancée stratégique.
Dans des lieux comme l’Arctique, où les conditions extrêmes rendent difficile l’entretien d’équipements électroniques classiques, des dispositifs utilisant la glace comme composant actif pourraient faciliter une surveillance continue du dégel, des émissions de méthane ou de l’activité tectonique sous les glaciers.