L’eau, substance omniprésente sur Terre, présente des propriétés intrigantes qui la distinguent de la plupart des autres liquides. L’une de ces propriétés est sa capacité thermique spécifique élevée, qui lui permet d’absorber et de libérer de grandes quantités de chaleur sans changements importants de température, une caractéristique essentielle à la vie sur notre planète.
Mais à des températures extrêmement basses, le comportement de l’eau devient encore plus fascinant. L'équipe de recherche a utilisé des simulations informatiques avancées pour étudier la dynamique des molécules d'eau à des températures proches du zéro absolu (-273,15 degrés Celsius). Leurs simulations ont révélé que les molécules d'eau présentaient des mouvements de rotation et de translation plus lents, entraînant un ralentissement spectaculaire de la dynamique du liquide.
L’étude a révélé que les mouvements de rotation des molécules d’eau, responsables de leur orientation, devenaient de plus en plus entravés à mesure que la température diminuait. Cet obstacle est dû aux forces d’attraction plus fortes entre les molécules d’eau à des températures plus basses, limitant leur capacité à tourner librement.
De même, les mouvements de translation des molécules d’eau, liés à leur déplacement dans l’espace, ont également été considérablement ralentis. Cet effet est attribué à la formation de liaisons hydrogène transitoires et plus fortes entre les molécules d’eau à basse température, qui « emprisonnent » efficacement les molécules en place, réduisant ainsi leur mobilité.
L’équipe de recherche a également observé la formation de structures tétraédriques transitoires, similaires à celles trouvées dans la glace, au sein de l’eau liquide à des températures extrêmement basses. Ces structures ont en outre contribué au ralentissement de la dynamique de l'eau, les molécules étant temporairement « enfermées » dans ces arrangements tétraédriques.
Les résultats de l'étude font non seulement progresser notre compréhension fondamentale du comportement de l'eau à basse température, mais ont également des implications potentielles en astrobiologie, l'étude de la vie au-delà de la Terre. La dynamique de l'eau joue un rôle crucial dans l'habitabilité des environnements extraterrestres, et les connaissances acquises grâce à cette recherche pourraient éclairer la recherche de réservoirs potentiels d'eau liquide sur des corps célestes glacés tels que Europe, la lune de Jupiter, ou Encelade, la lune de Saturne.
En outre, les connaissances sur le comportement de l'eau à des températures extrêmement basses pourraient avoir des applications pratiques en cryobiologie, l'étude des effets des basses températures sur les systèmes biologiques. Comprendre comment la dynamique de l'eau est affectée par les températures froides pourrait contribuer au développement de techniques de cryoconservation permettant de préserver les cellules, les tissus et les organes en vue d'une utilisation future.
En conclusion, cette étude fournit des informations précieuses sur le ralentissement de la dynamique de l'eau à basse température, offrant ainsi une compréhension plus approfondie du comportement moléculaire unique de l'eau dans des conditions extrêmes. La recherche a des implications pour l'astrobiologie, la cryobiologie et notre compréhension globale des propriétés fondamentales de l'eau.
