L'hydrogène métallique va changer le visage de la technologie - jusqu'à ce qu'il s'évapore

Dans les forges du XNUMXe siècle, ni l'acier ni même le titane ou les alliages d'éléments de terres rares ne sont forgés. Dans les enclumes de diamant d'aujourd'hui avec un éclat métallique brillait ce que nous savons encore comme le plus insaisissable des gaz ...

L'hydrogène dans le tableau périodique est au sommet du premier groupe, qui ne comprend que les métaux alcalins, c'est-à-dire le lithium, le sodium, le potassium, le rubidium, le césium et le francium. Sans surprise, les scientifiques se demandent depuis longtemps si elle aussi a sa forme métallique. En 1935, Eugene Wigner et Hillard Bell Huntington ont été les premiers à proposer des conditions dans lesquelles l'hydrogène peut devenir métallique. En 1996, les physiciens américains William Nellis, Arthur Mitchell et Samuel Weir du Lawrence Livermore National Laboratory ont rapporté que de l'hydrogène avait été accidentellement produit à l'état métallique à l'aide d'un pistolet à gaz. En octobre 2016, Ranga Diaz et Isaac Silvera ont annoncé avoir réussi à obtenir de l'hydrogène métallique à une pression de 495 GPa (environ 5 × 10⁶ atm) et à une température de 5,5 K dans une chambre en diamant. Cependant, l'expérience n'a pas été répétée par les auteurs et n'a pas été confirmée de manière indépendante. du coup, une partie de la communauté scientifique remet en question les conclusions formulées.

Il y a des suggestions que l'hydrogène métallique peut être sous forme liquide sous une pression gravitationnelle élevée. à l'intérieur des planètes gazeuses géantescomme Jupiter et Saturne.

Fin janvier de cette année, un groupe de prof. Isaac Silveri de l'Université de Harvard a rapporté que de l'hydrogène métallique avait été produit en laboratoire. Ils ont soumis l'échantillon à une pression de 495 GPa dans des "enclumes" en diamant dont les molécules forment le gaz H₂ désintégré, et une structure métallique formée d'atomes d'hydrogène. Selon les auteurs de l'expérience, la structure résultante métastablece qui signifie qu'il reste métallique même après que la pression extrême a cessé.

De plus, selon les scientifiques, l'hydrogène métallique serait supraconducteur à haute température. En 1968, Neil Ashcroft, physicien à l'Université Cornell, a prédit que la phase métallique de l'hydrogène pourrait être supraconductrice, c'est-à-dire conduire l'électricité sans aucune perte de chaleur et à des températures bien supérieures à 0°C. Cela seul permettrait d'économiser un tiers de l'électricité qui est perdue aujourd'hui dans la transmission et à la suite de l'échauffement de tous les appareils électroniques.

Sous pression normale à l'état gazeux, liquide et solide (l'hydrogène se condense à 20 K et se solidifie à 14 K), cet élément ne conduit pas l'électricité car les atomes d'hydrogène se combinent en paires moléculaires et échangent leurs électrons. Par conséquent, il n'y a pas assez d'électrons libres qui, dans les métaux, forment une bande de conduction et sont porteurs de courant. Seule une forte compression de l'hydrogène afin de détruire les liaisons entre atomes libère théoriquement des électrons et fait de l'hydrogène un conducteur de l'électricité et même un supraconducteur.

Hydrogène compressé en une forme métallique entre des diamants

Une nouvelle forme d'hydrogène pourrait également servir carburant de fusée aux performances exceptionnelles. « Il faut une énorme quantité d'énergie pour produire de l'hydrogène métallique, explique le professeur. Argent. "Lorsque cette forme d'hydrogène est convertie en gaz moléculaire, une grande quantité d'énergie est libérée, ce qui en fait le moteur de fusée le plus puissant connu de l'humanité."

L'impulsion spécifique d'un moteur fonctionnant avec ce carburant sera de 1700 secondes. À l'heure actuelle, l'hydrogène et l'oxygène sont couramment utilisés et l'impulsion spécifique de ces moteurs est de 450 secondes. Selon le scientifique, le nouveau carburant permettra à notre vaisseau spatial d'atteindre l'orbite avec une fusée à un étage avec une charge utile plus importante et lui permettra d'atteindre d'autres planètes.

À son tour, un supraconducteur à hydrogène métallique fonctionnant à température ambiante permettrait de construire des systèmes de transport à grande vitesse utilisant la lévitation magnétique, augmenterait l'efficacité des véhicules électriques et l'efficacité de nombreux appareils électroniques. Il y aura également une révolution sur le marché du stockage de l'énergie. Comme les supraconducteurs ont une résistance nulle, il serait possible de stocker l'énergie dans des circuits électriques, où elle circule jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire.

Attention à cet enthousiasme

Cependant, ces perspectives brillantes ne sont pas entièrement claires, car les scientifiques doivent encore vérifier que l'hydrogène métallique est stable dans des conditions normales de pression et de température. Les représentants de la communauté scientifique, approchés par les médias pour commentaires, sont sceptiques ou, au mieux, réservés. Le postulat le plus courant est de répéter l'expérience, car un succès supposé n'est... qu'un succès supposé.

Pour le moment, un petit morceau de métal n'est visible que derrière les deux enclumes en diamant susmentionnées, qui ont été utilisées pour comprimer l'hydrogène liquide à des températures bien en dessous de zéro. Est-ce la prédiction du prof. Silvera et ses collègues vont-ils vraiment travailler ? Voyons dans un avenir proche comment les expérimentateurs comptent réduire progressivement la pression et augmenter la température de l'échantillon pour le savoir. Et ce faisant, ils espèrent que l'hydrogène… ne s'évapore pas.