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L’hydrogène se change en métal grâce à des chercheurs français

Après quasiment un siècle de recherche, la théorie que l’hydrogène devient métallique s’il est soumis à une pression suffisante vient d’être prouvée par un groupe de chercheurs français grâce à une expérience presqu’impossible à imaginer.

Image 1 : L’hydrogène se change en métal grâce à des chercheurs français
Crédits : CEA / Synchotron Soleil

425 GPa. Voici la pression que les chercheurs français ont réussi à appliquer pour faire changer l’hydrogène d’état et le rendre métallique. Comment se représenter 425 gigapascals et surtout à quoi sert l’hydrogène métallique ? Nous avons préparé quelques éléments de réponse.

Une théorie prouvée 85 ans plus tard

En 1935, Eugene Wigner et Hillard Bell émettent l’hypothèse que soumis à une gigantesque pression, environ 25 GPa selon leurs calculs, les atomes d’hydrogène puissent former un cristal régulier de protons, laissant ainsi échapper leur électron. Celui-ci serait alors libre de conduire l’électricité. En 1968, Neil William Ashcroft théorise que ce métal serait supraconducteur à 17 °C, bien plus accessible que les températures proches du zéro absolu souvent nécessaires. C’est ainsi que se lance une course effrénée pour atteindre une pression suffisamment élevée.

Expérience après expérience, les pressions obtenues augmentent. Elles sont obtenues grâce à une cellule à enclume de diamant. L’objectif est de créer une pression extrêmement forte en la concentrant sur une très petite surface. On parle ici de micromètres. En 1989, 250 GPa sont atteints par une équipe américaine. Bien que 10 fois supérieures aux prédictions de Wigner et Bell, l’hydrogène reste isolant. De nouveaux calculs sont réalisés, ce serait 400 GPa qu’il faudrait atteindre.

Un matériau aux propriétés fabuleuses

En 2017, une équipe américaine déclare avoir atteint 495 GPa, avant d’invalider leurs résultats, ceux-ci ayant cassé les diamants. L’équipe française constituée de Paul Loubeyre et Florent Occelli du CEA de Saclay et de Paul Dumas du synchrotron Soleil continue ses travaux et en janvier 2020 parvient à son but : 425 GPa et la confirmation de l’existence de l’hydrogène métallique. Cela a été rendu possible grâce à une taille des diamants en forme torique.

L’état métallique de l’hydrogène fabriqué par l’équipe est réversible. Toutefois, elle a bon espoir qu’en continuant d’augmenter la pression, de pouvoir produire de l’hydrogène métallique atomique, conservant ses propriétés une fois la pression relâchée. Il faudrait dépasser les 500 GPa et surtout il sera très difficile d’en produire à grande échelle. Les chercheurs pourraient ainsi se concentrer à l’étude de ce matériau unique pour savoir s’il est vraiment capable de transmettre de l’électricité sans perte à température ambiante, et qui pourrait servir à la fusion nucléaire ou en tant que carburant propre permettant la propulsion automobile avec une densité 9 fois supérieure à l’hydrogène liquide utilisé actuellement ou celle des fusées.

425 GPa, une pression impossible à se représenter

Le pascal est l’unité de pression du Système international. Tenant son nom de Blaise Pascal, il correspond à un Newton par mètre carré. On peut le convertir en pression atmosphérique, c’est-à-dire la pression appliquée par la masse de l’atmosphère sur la surface terrestre (1 atm = 101 325 Pa) ou en bar (1 bar = 100 000 Pa). Pour mieux se rendre compte de se que signifie concrètement les 425 GPa de l’expérience, faire se balancer la tour Eiffel dans le creux de sa main génère une pression de « seulement » 10 GPa. Cela reste une notion abstraite, car un tel niveau de pression n’existe pas dans la nature sur Terre, même au cœur du noyau terrestre. Pour la trouver, il faut aller au cœur de Jupiter ou de Saturne.

Source : Science Et Vie