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Le surrefroidissement de l’eau liquide à des températures plus basses que jamais auparavant, a révélé de nouvelles preuves que l’eau peut exister simultanément sous forme de deux liquides différents.

L’eau existe sous deux formes

L’eau surfondue, c’est-à-dire l’eau liquide refroidie en dessous de son point de congélation sans pouvoir geler, déconcerte les chimistes depuis des décennies. Des études antérieures ont montré que la mesure dans laquelle les molécules d’eau s’agglomèrent, connue sous le nom de densité, commence à fluctuer de plus en plus à mesure que l’eau est refroidie à des températures extrêmement basses.
Depuis lors, les preuves se sont accumulées que ces fluctuations peuvent indiquer la présence de deux liquides différents en un seul, certaines molécules d’eau étant plus rapprochées et d’autres plus éloignées.
Mais les études visant à saisir ces deux structures liquides et à les analyser ont été limitées, car l’eau surfondue gèle généralement quelques nanosecondes après sa formation, et on ne connaissait pas la plage de températures précise dans laquelle l’eau pourrait adopter cet état bizarre de deux liquides.
En tirant des lasers sur une couche de glace extrêmement fine, Greg Kimmel et Bruce Kay du Pacific Northwest National Laboratory de Washington ont pu générer – et analyser – brièvement de l’eau liquide surfondue à des températures beaucoup plus basses que ce qui était possible auparavant.

Des fluctuations de la densité du liquide surfondu

Pendant la fraction de seconde où l’eau était à l’état surfondu, l’équipe a pris un instantané de sa structure, en utilisant la spectroscopie infrarouge, une méthode qui tire profit de la façon dont la lumière infrarouge est transmise à travers les molécules. Des expériences répétées ont révélé des fluctuations de la densité du liquide surfondu, ce qui est conforme à l’hypothèse des deux liquides.
Ce groupe a pu identifier une plage de températures dans laquelle l’eau surfondue passe entre ses deux formes liquides : entre environ -93°C et -33°C. « C’est une pièce importante du puzzle qui n’était pas disponible auparavant », déclare l’équipe.
En augmentant ou en diminuant la température dans cette plage critique, l’équipe a également découvert que l’on peut faire pencher le rapport des deux liquides dans un sens ou dans l’autre, ce qui suggère que le phénomène des deux liquides ne s’explique pas simplement par la cristallisation de l’eau dans la glace. « Nous avons remarqué qu’il y avait quelque chose d’étrange qui se passait au début, avant que l’eau ne se cristallise vraiment », explique Kimmel.
« L’eau a de nombreuses propriétés étranges », explique Anders Nilsson, de l’université de Stockholm en Suède. Mais c’est la première fois que l’on a des preuves expérimentales aussi claires de deux structures liquides, dit-il.

Prédire comment elle pourrait se comporter

« Les nombreux phénomènes liés au comportement microscopique de l’eau sont essentiels pour notre vie », déclare Paola Gallo de l’université de Roma Tre en Italie. Comprendre la chimie unique de l’eau, pourrait nous aider à prédire comment elle pourrait se comporter dans des conditions inhabituelles, comme dans l’espace, dit-elle.
Cette recherche a été publiée dans Science.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay