L'huile et l'eau ne font pas bon ménage. L'interface entre les deux liquides est un élément constitutif du procédé industriel le plus largement utilisé pour purifier les produits chimiques dans la production d'énergie (de l'énergie nucléaire aux biocarburants) et le stockage (batteries). Une découverte récente pourrait débloquer des mécanismes qui transportent les molécules à travers la frontière entre le pétrole et l'eau. Les simulations et les analyses révèlent une structure très diversifiée et dynamique à l'interface. En réalité, les crêtes de minuscules vagues d'eau dans la phase huileuse font que l'eau se comporte comme s'il s'agissait d'un gaz, ce qui facilite potentiellement le transport des produits chimiques de l'eau vers le pétrole.

Extraire un produit chimique de l'eau et le transformer en huile (extraction par solvant) est une technologie mature. Cependant, l'extraction par solvant n'a pas connu d'avancées majeures depuis de nombreuses décennies. Les molécules à l'interface sont les gardiens. Savoir comment ces molécules s'organisent et se déplacent est la première étape vers la conception d'interfaces qui contrôlent précisément le transport et la réactivité. Ce travail est analogue aux technologies d'interface solide:liquide sur mesure qui ont révolutionné les applications en catalyse. Les interfaces solide:liquide ont également modifié la synthèse des matériaux et la science.

Des décennies de recherche ont montré empiriquement des conditions optimales pour une variété d'applications de séparation, en utilisant des combinaisons spécifiques de solvants, molécules extractantes chimiques, et le pH pour un processus réussi. Pourtant, le rôle essentiel de l'interface est resté insaisissable, en partie parce que même des simulations avancées de dynamique moléculaire se sont concentrées sur son comportement moyen. De nouvelles approches d'analyse des données de simulation (développées à l'Université de l'État de Washington et exécutées à l'Oak Ridge Leadership Computing Facility) ont quantifié l'hétérogénéité des crêtes et des creux des ondes capillaires de surface, révélant des différences extrêmes de comportement des solvants lorsqu'ils chevauchent le vague dans le temps. Les crêtes des vagues sont caractérisées par des protubérances où l'eau se comporte comme une vapeur (moins de liaisons hydrogène, dynamique de rotation de l'eau plus lente) - une caractéristique qui augmente en présence de solutés et peut expliquer l'extraction de l'eau dans la phase organique, un comportement bien observé dans de nombreuses conditions.