Par Deborah Walden • Mis à jour le 24 mars 2022
Les marées noires, les vinaigrettes et les innombrables moments du quotidien nous rappellent un fait scientifique simple mais fondamental :le pétrole et l’eau ne se mélangent pas. Le comportement de ces deux liquides est dicté par les plus petits éléments constitutifs qui les composent (les molécules) et par leurs propriétés électriques.
L'eau (H₂O) est une molécule polaire car l'atome d'oxygène porte une charge partielle négative tandis que les atomes d'hydrogène portent des charges partiellement positives. Cette répartition inégale des charges crée un dipôle. En revanche, la plupart des huiles sont composées de longues chaînes d'hydrocarbures dépourvues de séparation significative des charges, ce qui les rend non polaires.
Les charges électriques opposées s’attirent, de sorte que le côté négatif d’une molécule d’eau est attiré vers le côté positif d’une autre. Cette attraction forme des liaisons hydrogène, des liens forts et directionnels qui confèrent à l’eau sa cohésion. Lorsqu’une molécule d’huile rencontre de l’eau, la nature non polaire de l’huile signifie qu’elle a une attirance plus faible vers l’eau que vers sa propre espèce. Cependant, les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau sont si robustes qu'elles résistent à la rupture par le pétrole.
Étant donné que les liaisons hydrogène qui lient les molécules d’eau entre elles sont plus fortes que les attractions passagères entre le pétrole et l’eau, le pétrole ne peut pas pénétrer dans le réseau d’eau. Si une goutte d’huile est placée doucement sur une surface d’eau, elle se propage en un film d’une molécule d’épaisseur, puis se retire pour former une couche distincte. Secouez le mélange et l'huile se reformera rapidement en globules séparés une fois le mouvement arrêté.
La densité de l’eau est supérieure à celle de la plupart des huiles, de sorte que les molécules d’eau sont plus serrées. Lorsque l’huile est introduite, les liaisons eau-eau plus fortes empêchent les molécules d’huile de s’infiltrer dans la majeure partie du liquide, provoquant ainsi une poussée de l’huile vers le haut. Par conséquent, le pétrole remonte toujours à la surface et reste séparé de l'eau sous-jacente.
En bref, le pétrole et l’eau restent séparés parce que la polarité de l’eau et le réseau de liaisons hydrogène dominent, tandis que la non-polarité et la faible densité du pétrole le maintiennent flottant à la surface.