Un codage ingénieux à bulles de glace pourrait permettre de stocker les données à froid à long terme
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La glace qui compose les glaciers n'est pas solide à 100 % ; elle est en réalité remplie de bulles d'air, dont certaines se sont formées il y a des siècles. Inspirés par ce constat, les scientifiques ont développé une méthode permettant d'utiliser des bulles pour stocker des données codées dans la glace. Cette technologie pourrait avoir des applications pratiques.
Comme nous le savons tous, l'eau liquide se solidifie en gelant. Ce faisant, elle expulse et rassemble les gaz dissous, qui forment des poches d'air… appelées bulles.
Comme l'eau gèle en couches successives, ces bulles finissent par rester en suspension dans toute la profondeur de la glace. De plus, la vitesse à laquelle l'eau gèle affecte la forme et la taille des bulles, de manière prévisible.
C'est avec ces phénomènes en tête que Mengjie Song, Keke Shao et leurs collègues de l'Institut de technologie de Pékin ont développé leur système expérimental de stockage de données. Les scientifiques ont mis au point une cellule Hele-Shaw, dans laquelle une fine colonne rectangulaire d'eau liquide déionisée était prise en sandwich entre deux plaques d'acrylique transparentes orientées verticalement.
Un schéma de la cellule Hele-Shaw, accompagné d'une des plaques de glace codées
Une plaque froide placée au fond de la cellule permettait de refroidir et de congeler l'eau, formant ainsi une plaque de glace. La vitesse de congélation pouvait être contrôlée manuellement en ajustant la température de la plaque, sur une plage de -15 °C à -35 °C.
Il a été constaté qu'à mesure que la vitesse de congélation diminuait, chaque couche de glace contenait soit des bulles ovoïdes, soit un mélange de bulles ovoïdes et aciculaires, soit uniquement des bulles aciculaires, soit aucune bulle. Les scientifiques ont donc attribué différentes combinaisons de formes, de tailles et de profondeurs de bulles à différentes lettres anglaises et chiffres arabes des codes Morse, binaire et ternaire .
Afin de lire les messages résultants, un appareil photo a été utilisé pour photographier une plaque de glace codée par des bulles, préparée par une personne utilisant la cellule Hele-Shaw. Cette photo a ensuite été convertie en image en niveaux de gris, puis analysée par un ordinateur équipé d'un logiciel de décodage personnalisé.
Bien que ce logiciel puisse déchiffrer les messages transmis dans les trois types de code, le binaire s'est avéré le plus efficace, car les messages pouvaient être environ 10 fois plus longs pour une quantité donnée d'espace de glace.
Un exemple d'utilisation possible de la technologie
Les chercheurs envisagent d'utiliser cette technologie pour enregistrer, stocker et lire des messages dans des régions très froides et isolées comme l'Antarctique, l'Arctique, voire d'autres planètes, où l'électricité et les équipements électroniques seraient rares. Bien qu'une certaine quantité d'énergie soit nécessaire pour enregistrer les messages, elle ne serait plus nécessaire par la suite tant que la température ambiante resterait inférieure à zéro.
Au-delà de ses applications de stockage de données, la technologie de manipulation des bulles pourrait également être utile pour ajuster la résistance des structures de glace, développer des systèmes de dégivrage des avions ou étudier la formation des bulles dans des matériaux plus difficiles à imager comme l'aluminium.
« Nos résultats peuvent être largement appliqués dans de nombreux domaines », explique Song. « Nous pouvons manipuler les bulles pour produire efficacement de la glace avec différents contenus de bulles. »
Un article sur l’étude – qui impliquait également des scientifiques de l’Université Hanyang en Corée du Sud et de l’Université polytechnique de Hong Kong – a été récemment publié dans la revue Cell Reports Physical Science .