Science

Il a été prouvé que l’eau se compose de deux types de liquides

À des températures très froides, l’eau présente un comportement très étrange. Pour commencer, et contre toute logique, lorsque l’eau se refroidit, elle se dilate au lieu de se contracter (c’est pourquoi la glace flotte).

Eau : ils trouvent des preuves que l'eau se compose de deux types de liquides
Eau : ils trouvent des preuves que l’eau se compose de deux types de liquides

L’eau froide est également plus difficile à comprimer que l’eau chaude. Et pour couronner le tout, lorsqu’il gèle, ses molécules peuvent être organisées de plusieurs façons différentes.

L’idée, formulée il y a près de trois décennies, n’avait jamais été prouvée en laboratoire

Il est difficile de trouver des explications à tout cela, et celles qui existent font l’objet d’une controverse et d’une amère controverse scientifique.

L’une d’elles, proposée il y a près de trois décennies, est l’idée que l’eau très froide peut exister sous deux formes liquides différentes, l’une moins dense et moins structurée que l’autre.

En d’autres termes, il pourrait y avoir deux sortes d’eau, et chacune serait un liquide différent. Il est difficile de tester cela en laboratoire, mais une équipe de chercheurs italiens et américains vient de trouver des preuves solides que cela pourrait être le cas. L’article vient d’être publié dans la revue Science.

Dans leur étude, Pablo Debenedetti et Gül H. Zerze de l’Université de Princeton et Francesco Sciortico de l’Université La Sapienza de Rome suggèrent que le « deuxième point critique de l’eau » se situe à des températures comprises entre -83 et -100 degrés et à une pression atmosphérique près de 2 000 fois supérieure à celle du niveau de la mer.

Un point critique est une valeur unique de température et de pression à laquelle deux phases de la matière deviennent impossibles à distinguer, et il se produit juste avant que la matière ne passe d’une phase à l’autre. L’eau, par exemple, a un point critique bien connu lorsqu’elle passe du liquide à la vapeur.

« Vous pouvez imaginer notre joie lorsque nous commençons à voir les fluctuations critiques se comporter exactement comme elles étaient censées le faire », explique M. Sciortino. Maintenant, je peux dormir sur mes deux oreilles, car après 25 ans, mon idée de départ s’est confirmée.

Jusqu’à présent, les expériences utilisant de vraies molécules d’eau pour tester l’existence d’un second point critique de « surrefroidissement » n’ont pas réussi à fournir une preuve non équivoque de son existence.

Selon M. Debenedetti, cela est dû en grande partie à la tendance de l’eau surfondue à se transformer en glace.

C’est pourquoi, cette fois, les chercheurs ont décidé d’utiliser des modèles informatiques.

On peut se faire une idée de la difficulté de la simulation du processus si l’on pense que, malgré l’énorme puissance des superordinateurs actuels, il a fallu 18 mois complets de calculs pour réaliser la simulation.

Dans les simulations, et comme les températures ont chuté bien au-delà du point de congélation, la densité de l’eau a commencé à montrer de grandes fluctuations.

Au final, les scientifiques ont réussi à détecter le point critique qu’ils recherchaient dans deux modèles informatiques différents de l’eau. Dans chaque modèle, ils ont soumis les molécules d’eau à deux approches informatiques différentes, et tous deux ont réussi à trouver le second point critique tant désiré dans l’eau.

Comme pour la transition de la phase liquide à la phase vapeur, les deux phases de l’eau surfondue se produisent parce que la forme des molécules d’eau peut induire deux façons différentes de se lier, ou de s’emballer.

Ainsi, dans le liquide de faible densité, quatre molécules sont regroupées autour d’une cinquième molécule centrale dans une forme géométrique appelée tétraèdre. Dans le liquide de plus haute densité, cependant, une sixième molécule entre en jeu, ce qui a pour effet d’augmenter la densité.

Dans leur article, les chercheurs écrivent qu' »en sondant les limites de ce qui est actuellement possible en termes de calcul dans cette région, nous fournissons des preuves claires de la présence d’un point critique métastable dans la région profondément surfondue des deux molécules d’eau. »

Naturellement, le résultat doit maintenant être confirmé par d’autres expériences « en utilisant des moyens encore plus précis et plus coûteux en termes de calcul ».

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