Un nouvel aperçu de la science qui semble, à sa surface, extrêmement simple - ce qui se passe lorsque vous ajoutez du sel à l'eau - pourrait finalement conduire à une meilleure compréhension des processus biochimiques dans les cellules et peut-être faire progresser les sources d'énergie propre.

Un article publié dans le Journal des lettres de chimie physique sur ce sujet plus tôt en 2017 a suscité un intérêt considérable, selon les éditeurs de la revue.

"L'une des questions qui a intrigué les chercheurs pendant des décennies est de savoir dans quelle mesure les ions affectent la structure de l'eau saline, le même genre de solutions qui sont présentes dans notre corps, " dit Giulia Galli, un professeur de la famille Liew en ingénierie moléculaire à l'Université de Chicago. Une opinion répandue est que les ions ont un effet local sur la structure de l'eau, provoquant la formation ou la rupture de liaisons hydrogène uniquement à proximité de l'ion. Mais il semble que ce ne soit pas toujours le cas.

"La raison pour laquelle ce problème était encore ouvert est que les expériences ne fournissent pas d'informations détaillées directes sur la structure du liquide au niveau moléculaire, " a déclaré Alex Gaiduk. " Au lieu de cela, ils fournissent des informations moyennées provenant de l'ensemble du système moléculaire, ce qui est souvent difficile à interpréter.

Pendant ce temps, les simulations moléculaires fournissent des informations de première main sur la structure moléculaire du liquide et peuvent faire la lumière sur l'influence des ions sur la structure de l'eau. Déterminé à répondre à ces questions, Gaiduk et Galli se sont tournés vers l'Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), une installation utilisateur du DOE Office of Science capable d'effectuer des simulations qui nécessitent des capacités de calcul massives, 10 à 100 fois plus puissantes que celles des systèmes généralement utilisés pour la recherche scientifique.

Gaiduk et Galli ont utilisé l'ALCF pour simuler le chlorure de sodium dans l'eau, et a rassemblé de grandes quantités de données. Ils ont analysé les résultats et découvert que l'ion sodium n'a en effet qu'un effet local sur la structure de l'eau, tandis que l'ion chlore a un effet plus étendu, modifier la structure de l'eau à au moins jusqu'à un nanomètre de distance de l'ion. (Un nanomètre est un milliardième de mètre.)

"Nous avons fourni des informations importantes sur la structure de l'eau en présence de sels dissous, à savoir que certains ions, y compris le chlorure, ont un effet à long terme tandis que d'autres, comme le sodium, ne pas, " a déclaré Gaiduk. "Nous avons utilisé des méthodes de simulation non empiriques et un choix plutôt sophistiqué de signatures moléculaires de la structure de l'eau."

La recherche fournit une nouvelle compréhension fondamentale du chlorure de sodium dans l'eau. C'est l'un des systèmes aqueux utilisés dans les cellules photoélectrochimiques. Ces cellules sont utilisées pour diviser l'eau en hydrogène et oxygène, une technologie qui a un potentiel à long terme en tant que source d'énergie propre. Des recherches supplémentaires seront nécessaires pour déterminer comment cette nouvelle compréhension pourrait être utilisée pour améliorer la technologie, dit Galli.

Leur découverte pourrait également s'avérer précieuse pour la biochimie sur un certain nombre de fronts.

"Des processus comme le repliement des protéines, la cristallisation et la solubilité sont au cœur de tous les processus biologiques et biochimiques qui définissent essentiellement la vie, " dit Gaïduk, ajoutant que cette découverte peut contribuer à expliquer la solubilité des protéines. « Les scientifiques peuvent maintenant peut-être développer de nouveaux modèles informatiques pour décrire les processus biochimiques dans les cellules, et cela pourrait conduire au développement de nouveaux médicaments."

Cependant, les auteurs concluent que les modifications subtiles de la structure de l'eau par les ions, voire le chlore, sont probablement insuffisantes pour expliquer la solubilité différente des biomolécules dans l'eau pure et salée. Il est clair que les chercheurs ont encore du travail à faire avant de pouvoir pleinement comprendre et modéliser les interactions des ions avec les groupes fonctionnels des protéines. Cependant, cette technique d'analyse du réseau de liaisons hydrogène de l'eau est une première étape pour aider les scientifiques à comprendre comment la structure de l'eau change avec l'ajout de sel.

En utilisant les résultats obtenus par Gaiduk et Galli, un autre groupe de recherche a développé un nouveau modèle qui décrit correctement l'effet des ions sur la structure de l'eau. Leurs conclusions sont détaillées dans le 31 août. édition 2017 du Journal de chimie physique B .