Des gouttes de pluie qui tombent de la surface cireuse d'une feuille de nénuphar à l'efficacité des membranes de dessalement, les interactions entre les molécules d'eau et les surfaces hydrophobes « hydrophobes » sont partout autour de nous. L'interaction devient encore plus intrigante lorsqu'une fine couche d'eau est prise en sandwich entre deux surfaces hydrophobes, Les chercheurs de la KAUST l'ont montré.

Au début des années 1980, les chercheurs ont d'abord noté un effet inattendu lorsque deux surfaces hydrophobes étaient lentement réunies dans l'eau. « À un moment donné, les deux surfaces sautaient soudainement en contact - comme deux aimants réunis, " dit Himanshu Mishra du centre de dessalement et de réutilisation de l'eau de KAUST. Le laboratoire de Mishra étudie l'eau à toutes les échelles de longueur, de réduire la consommation d'eau dans l'agriculture, aux propriétés des molécules d'eau individuelles.

Les chercheurs n'ont pas pu expliquer le phénomène au niveau moléculaire, donc en 2016, Mishra a organisé une conférence KAUST sur le sujet. « Nous avons réuni des leaders dans le domaine – expérimentateurs et théoriciens – menant à des débats intenses sur la compréhension des forces de surface hydrophobes, " il dit.

Une partie du défi était que l'interaction hydrophobe est unique à l'eau. "Il n'est pas possible d'obtenir des informations grâce à d'autres liquides ou d'ajouter des cosolvants à l'eau :l'interaction est considérablement réduite ou perdue, " explique Bouddha Shrestha, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Mishra.

Inspiré par la conférence, Mishra a eu l'idée de comparer l'eau ordinaire avec « l'eau lourde, " dans lequel les atomes d'hydrogène sont remplacés par un isotope d'hydrogène plus lourd appelé deutérium.

"Nos mesures de force de surface ont révélé que la force d'attraction était toujours environ 10 pour cent plus élevée dans H 2 O qu'en D 2 , " dit Sreekiran Pillai, un doctorat étudiant dans le laboratoire de Mishra. Collaborant avec Tod Pascal à l'Université de Californie à San Diego, l'équipe a trouvé une explication.

Plus un objet est petit, moins elle est régie par les lois de la physique classique et plus elle est sujette aux effets quantiques. Le minuscule atome d'hydrogène est un objet quantique qui se comporte parfois comme une particule, parfois plus comme une vague. Deutérium, deux fois plus lourd que l'hydrogène, est moins sujet aux effets quantiques. La conséquence est que D 2 O est moins déstabilisé que H 2 O lorsqu'il est pressé entre deux surfaces hydrophobes et les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau sont rompues.

La découverte peut avoir des implications pratiques, dit Mishra. "Par exemple, ces découvertes pourraient aider au développement de plateformes nanofluidiques pour la séparation moléculaire."

"C'est un travail très impressionnant qui montre comment les effets nucléaires quantiques dans l'eau deviennent substantiels à l'échelle nanométrique, " explique le professeur Mischa Bonn, directeur de l'Institut Max Planck pour la recherche sur les polymères. « Les résultats montrent qu'il y a encore beaucoup à apprendre sur l'eau au niveau fondamental, mais avec une pertinence directe pour l'eau confinée à l'échelle nanométrique dans, par exemple, nanopores utilisés pour la purification de l'eau et le dessalement."