Trois chercheurs français réussissent à transformer l’hydrogène en solide

Les faits 

Pour la première fois, des physiciens ont réussi à transformer, à très haute pression, de l’hydrogène sous forme de gaz en hydrogène sous forme solide. Un changement d’état qui, au-delà de la connaissance fondamentale, débouche sur de prometteuses applications en matière de transport d’électricité sans perte de charge.

• Denis Sergent, 
• le 01/02/2020 à 07:16 

Lecture en 2 min.

► Qu’ont découvert les trois physiciens du CEA et du CNRS ?

Une expérience menée par trois physiciens français est parvenue à « transformer » l’hydrogène gazeux – l’atome le plus simple (constitué d’un électron et d’un proton) et le plus abondant dans l’univers – en solide, métal plus précisément.i Pourquoi lire La Croix ?+La Croix choisit dans le flot de l’actualité des pépites à mettre en lumière, en privilégiant le recul et l’analyse.

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Cette métamorphose n’est pas sans rappeler la transmutation des métaux comme le plomb en argent et or par les alchimistes du Moyen Âge. Sauf que là, il s’agit bien de physique quantique visant « à torturer » des molécules, au moyen d’une énorme pression, pour modifier leurs liaisons atomiques et voir ce qu’elles ont « dans le ventre » (1).À lire aussiHydrogène, tout le monde planche sur le sujet

Tout a commencé il y a 80 ans quand le physicien hongro-américain, Eugene Wigner, co-prix Nobel 1963, a prédit qu’à très haute pression, l’hydrogène, normalement isolant électrique, se comporte comme un métal conducteur. Très haute pression signifiait à l’époque 250 000 fois la pression atmosphérique. Puis les nombreuses expériences menées entre 1996 et 2018 n’ont cessé de croître pour atteindre, dans cette étude, la gigantesque pression de 4,25 millions d’atmosphères, soit plus que la pression régnant dans le noyau de la Terre !

En pratique, les chercheurs ont construit une chambre à pression, dotée d’un nouveau type de presse à enclumes en diamant, taillées selon une forme spécifique, qu’ils ont couplé avec une des lignes de lumière du synchrotron Soleil de Gif-sur-Yvette pour détecter très précisément, au moyen d’un faisceau infrarouge, la pression à laquelle l’hydrogène change d’état et devient métallique. Une méthode qui a nécessité un an de mise au point. Le tout à – 192 °C et à très petite échelle, puisqu’il s’agit d’un échantillon de quelques micromètres de diamètre.

► Comment ont-ils procédé ?

« Sous l’effet de la pression, les électrons des atomes d’hydrogène s’affranchissent de l’attraction des protons, tel le jus d’une orange pressée : le courant électrique peut circuler, ce qui signifie que l’hydrogène est devenu métallique, explique Paul Loubeyre, physicien au CEA. Pour l’heure, c’est une « preuve probable », car « nous avons montré une condition nécessaire, mais pas suffisante, à la métallisation », poursuit, prudent, Paul Loubeyre qui, dans cette aventure, fait équipe avec Florent Occelli, un de ses anciens doctorants, ainsi que Paul Dumas, physicien émérite au CNRS.

► Quelles conséquences cela entraîne-t-il ?

Les perspectives de cette découverte sont riches et passionnantes. Les astrophysiciens vont pouvoir valider leurs théories de formation des planètes puisqu’on a déjà détecté de l’hydrogène métallique au cœur de planètes comme Jupiter et Saturne. Idem pour les physiciens qui travaillent sur la fusion nucléaire par confinement inertiel, comme les ingénieurs du Laser MégaJoule, à Bordeaux.

→ À LIRE. Quel est l’avenir de l’hydrogène à court terme ?

Enfin et surtout, les calculs des chercheurs mettent en évidence « des propriétés inédites et spectaculaires comme une supraconductivité (qui est la capacité d’un corps à conduire l’électricité sans aucune perte de charge, ce qu’on ne sait pratiquement pas faire actuellement à grande échelle, NDLR) à température ambiante », indique le communiqué de presse du CEA.

Solide ou liquide, l’hydrogène métallique concentre beaucoup d’énergie, ce qui en ferait aussi un bon candidat comme carburant spatial. Une application qui rend sceptiques quelques physiciens car il reste de gros problèmes d’ingénierie à régler. Toutefois, « l’hydrogène métallique, supraconducteur à température et à pression ambiante, cela constituerait une avancée considérable pour le stockage de l’hydrogène qui est un enjeu énergétique primordial », conclut le CEA.

(1) Publié dans Nature du 30 janvier 2020.