Une glace clathrate, avec des oxygènes représentés comme des sphères, et les liaisons hydrogène sous forme de lignes. Les travaux ont montré comment des structures cristallines complexes émergent à la suite des interactions de l'eau. Crédit :Université de Bristol
Les propriétés de l'eau fascinent les scientifiques depuis des siècles, mais pourtant son comportement unique reste un mystère.
Publié cette semaine dans le journal Actes de l'Académie nationale des sciences , une collaboration entre les universités de Bristol et de Tokyo a tenté une nouvelle voie pour comprendre ce qui fait qu'un liquide se comporte comme de l'eau.
Comparé à un liquide ordinaire, l'eau présente un vaste éventail d'anomalies. Les exemples courants incluent le fait que l'eau liquide se dilate en refroidissant en dessous de 4 C, qui est responsable du gel des lacs par le haut plutôt que par le bas.
En outre, le fait que l'eau devient moins visqueuse lorsqu'elle est comprimée, ou sa tension superficielle inhabituellement élevée, permet aux insectes de marcher à la surface de l'eau.
Ces anomalies et bien d'autres sont d'une importance fondamentale dans d'innombrables processus naturels et technologiques, comme le climat de la Terre, et la possibilité de la vie elle-même. D'un point de vue anthropique, c'est comme si la molécule d'eau avait été affinée pour avoir des propriétés aussi uniques.
Partant du constat que les propriétés de l'eau semblent s'affiner, une collaboration entre le Dr John Russo de l'école de mathématiques de l'Université de Bristol et le professeur Hajime Tanaka de l'Université de Tokyo, a exploité la puissance de puissants supercalculateurs, en utilisant des modèles informatiques pour « désajuster » lentement les interactions de l'eau.
Cela a montré comment les propriétés anormales de l'eau peuvent être modifiées et éventuellement réduites à celles d'un simple liquide. Par exemple, au lieu de flotter sur l'eau, la densité de la glace peut être modifiée en continu jusqu'à ce qu'elle s'enfonce, et la même chose peut être faite avec toutes les anomalies de l'eau.
Le Dr Russo a déclaré :« Avec cette procédure, nous avons découvert que ce qui fait que l'eau se comporte de manière anormale, c'est la présence d'un arrangement particulier des molécules de l'eau, comme l'arrangement tétraédrique, où une molécule d'eau est liée hydrogène à quatre molécules situées sur les sommets d'un tétraèdre.
"Quatre de ces arrangements tétraédriques peuvent s'organiser de telle manière qu'ils partagent une molécule d'eau commune au centre sans se chevaucher.
"C'est la présence de cet arrangement hautement ordonné de molécules d'eau, mélangé avec d'autres arrangements désordonnés qui donne à l'eau ses propriétés particulières.
« Nous pensons que ce travail fournit une explication simple des anomalies et met en évidence le caractère exceptionnel de l'eau, ce qui le rend si spécial par rapport à n'importe quelle autre substance."