Des physiciens démontrent que l’eau existe dans deux états liquides bien différents.

Bien que l’eau soit l’une des molécules des plus fondamentales sur la planète Terre, et indispensable à notre survie, les scientifiques du monde entier commencent à peine à comprendre à quel point cette substance peut être mystérieuse.

Des physiciens de l’Université de Stockholm en Suède, ont découvert que l’eau possède en réalité deux états liquides bien distincts, chaque état possédant de grandes différences au niveau de la structure et de la densité. C’est en utilisant des rayons X pour l’étudier les moindres détails, que les chercheurs ont pu fournir des preuves que l’eau liquide telle que nous la connaissons, fluctue en réalité entre deux états dits de haute et de faible densité.

« Les nouveaux résultats soutiennent l’idée que l’eau, à température ambiante, ne peut pas « décider » dans lequel de ces deux états elle devrait être, soit de haute ou de faible densité, ce qui entraîne des fluctuations locales entre les deux états », explique l’un des physiciens, Lars G.M. Pettersson. « En gros : l’eau ne se comporte pas comme un liquide complexe, mais plutôt comme deux liquides distincts simples avec une relation compliquée », ajoute le physicien.

La plupart d’entre nous avons appris à l’école que l’eau existe en trois états distincts : liquide, solide (glace) et sous forme gazeuse (vapeur d’eau). Malheureusement, ce n’est pas aussi simple, car l’eau peut également exister sous forme de plasma. D’ailleurs, même les trois états connus dits standards de l’eau, sont bien plus étranges que nous le pensions.

Par exemple, l’eau (à l’exception du mercure) possède la tension superficielle la plus élevée de tous les liquides et à la différence de presque toutes les autres substances connues, l’eau se dilate lorsqu’elle gèle. De plus, alors que les points d’ébullition d’autres hydrures (tels que le tellurure d’hydrogène et le sulfure d’hydrogène), diminuent au fur et à mesure que leur taille de molécule diminue, l’eau possède un point d’ébullition étonnamment important (par rapport à son poids moléculaire, qui reste faible).

En fait, jusqu’à présent, les scientifiques ont déjà identifié 70 propriétés de l’eau liquide qui sont entièrement uniques, par rapport à toutes les autres substances liquides que nous connaissons.

Un autre élément étrange qui a longtemps été débattu à travers la communauté scientifique, est le fait de savoir si il existe plus d’un état liquide de l’eau. Cette idée s’est basée sur le fait que les chercheurs savent déjà que la glace peut exister dans des formes différentes et distinctes, à haute et basse densité. En effet, la glace peut être cristalline ou amorphe.

La glace cristalline se trouve généralement à l’état naturel, sous une structure hexagonale, alors que les molécules d’eau qui composent la glace amorphe n’ont pas d’arrangement précis. La glace amorphe est probablement le type d’eau solide le plus répandu à travers l’Univers, et peut basculer entre différentes « versions », de haute et de basse densité.

C’est grâce à ce fait que les chercheurs ont pu supposer que l’eau liquide peut se comporter de la même manière. Mais jusqu’à présent, personne encore n’avait réussi à étudier les changements moléculaires avec assez de précision pour découvrir ce qui se produisait réellement.

Pour mener à bien cette recherche, les scientifiques ont utilisé deux types différents d’imagerie par rayons X afin de suivre le mouvement et la distance entre les différentes molécules d’eau, lorsque l’eau est passée d’un état liquide amorphe et congelé, à l’état liquide (avec une certaine viscosité), puis un autre liquide encore plus visqueux, à plus faible densité.

Ce que les chercheurs ont constaté est la preuve de deux états liquides différents et distincts de l’eau. « La nouvelle propriété remarquable est que nous avons trouvé que l’eau peut exister en deux états liquides différents à basse température, où la cristallisation de la glace est lente », explique l’un des chercheurs, Anders Nilsson.

À présent, d’autres équipes de recherche indépendantes devront effectuer leurs propres vérifications concernant cette étude. Mais il ne s’agit pas de la première fois que des scientifiques effectuent d’étranges découvertes concernant un deuxième état de l’eau liquide : l’année dernière, une équipe de l’Université d’Oxford a constaté lors d’une étude que lorsque l’eau était chauffée à une température se situant entre 40 et 60 degrés Celsius, celle-ci atteignait alors une « température de croisement » et semblait basculer entre deux états liquides différents.

« Personne ne comprends vraiment l’eau », expliquait Philip Ball l’année dernière dans la revue Nature. « Il est embarrassant de l’admettre, mais cet élément qui couvre les deux tiers de notre planète reste encore un mystère. Pire encore, plus nous l’analysons, et plus les problèmes s’accumulent : les nouvelles techniques permettant de sonder plus profondément l’architecture moléculaire de l’eau liquide, ne font qu’augmenter le nombre de pièces du puzzle », concluait-il.

Ces nouveaux résultats créent non seulement une compréhension plus globale de l’eau à des températures et des pressions différentes, mais ils peuvent également nous en apprendre davantage sur l’influence de l’eau sur les sels et les biomolécules nécessaires à la vie. En effet, avoir une compréhension accrue de l’eau et ses mystères, peut conduire à de nouvelles idées concernant la purification et le dessalement de l’eau dans le futur.

Source : Proceedings of the National Academy of Sciences

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