Par Chris Deziel Mis à jour le 24 mars 2022
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La molécule d’eau est électriquement neutre, mais la disposition asymétrique des atomes d’hydrogène sur l’atome d’oxygène lui confère une charge nette positive d’un côté et une charge négative de l’autre. Parmi les conséquences importantes pour les organismes vivants figurent la capacité de l'eau à dissoudre diverses substances, plus que tout autre liquide, et sa forte tension superficielle, qui lui permet de former des gouttes et de voyager à travers de minuscules racines, tiges et capillaires. L'eau est la seule substance qui existe sous forme gazeuse, liquide et solide aux températures observées sur Terre, et en raison de la polarité de la molécule d'eau, l'état solide est moins dense que l'état liquide. En conséquence, la glace flotte, ce qui a de profondes implications pour la vie partout sur la planète.
Un moyen simple d'apprécier la nature polaire d'une molécule d'eau est de la visualiser comme la tête de Mickey Mouse. Les atomes d'hydrogène sont placés au sommet de la molécule d'oxygène, de la même manière que les oreilles sont posées sur la tête de Mickey. Cet arrangement tétraédrique déformé est dû à la manière dont les électrons sont partagés entre les atomes. Les atomes d'hydrogène forment un angle de 104,5 degrés, donnant à chaque molécule les caractéristiques d'un dipôle électrique ou d'un aimant.
Le côté positif (hydrogène) de chaque molécule d’eau est attiré vers le côté négatif (oxygène) des molécules environnantes dans un processus appelé liaison hydrogène. Chaque liaison hydrogène ne dure qu'une fraction de seconde et n'est pas assez forte pour rompre les liaisons covalentes entre les atomes, mais elle donne à l'eau une nature anormale par rapport à d'autres liquides, comme l'alcool. Trois anomalies sont particulièrement importantes pour les organismes vivants.
En raison de sa nature polaire, l’eau est capable de dissoudre tellement de substances que les scientifiques la qualifient parfois de solvant universel. Les organismes absorbent de nombreux nutriments essentiels, notamment le carbone, l’azote, le phosphore, le potassium, le calcium, le magnésium et le soufre contenus dans l’eau. De plus, lorsque l’eau dissout un solide ionique, tel que le chlorure de sodium, les ions flottent librement dans la solution et la transforment en électrolyte. Les électrolytes conduisent les signaux électriques nécessaires à la transmission des signaux neuronaux ainsi que ceux qui régulent d'autres processus biophysiques. L'eau est également le moyen par lequel les organismes éliminent les déchets du métabolisme.
L’attraction électrostatique des molécules d’eau les unes sur les autres crée le phénomène de tension superficielle, par lequel la surface de l’eau liquide forme une barrière sur laquelle certains insectes peuvent réellement marcher. La tension superficielle fait que l'eau perle en gouttelettes, et lorsqu'une gouttelette s'approche d'une autre, elles s'attirent pour former une seule gouttelette.
En raison de cette attraction, l’eau peut être aspirée dans de petits capillaires sous forme d’un flux constant. Cela permet aux plantes d’extraire l’humidité du sol par leurs racines et aux grands arbres de se nourrir en aspirant la sève à travers leurs pores. L'attraction des molécules d'eau les unes pour les autres contribue également à maintenir la circulation des fluides dans le corps des animaux.
Si la glace ne flottait pas, le monde serait différent et ne pourrait probablement pas accueillir la vie. Les océans et les lacs pourraient geler de bas en haut et se transformer en une masse solide chaque fois que la température deviendrait froide. Au lieu de cela, les plans d’eau forment une peau de glace pendant l’hiver; la surface de l'eau gèle lorsqu'elle est exposée aux températures plus froides de l'air au-dessus d'elle, mais la glace reste au-dessus du reste de l'eau car la glace est moins dense que l'eau. Cela permet aux poissons et autres créatures marines de survivre par temps froid et de fournir de la nourriture aux créatures terrestres.
À l’exception de l’eau, tous les autres composés deviennent plus denses à l’état solide qu’à l’état liquide. Le comportement unique de l’eau est le résultat direct de la polarité de la molécule d’eau. Au fur et à mesure que les molécules se déposent à l'état solide, la liaison hydrogène les force à former une structure en treillis qui laisse plus d'espace entre elles qu'elles n'en avaient à l'état liquide.