L'eau peut exister sous deux formes
liquides différentes selon la température et la pression. Cette
propriété longtemps soupçonnée vient d'être confirmée
expérimentalement, et elle pourrait expliquer pourquoi la glace
flotte. L'eau est la substance la plus répandue sur Terre, mais aussi
l'une des plus énigmatiques. Contrairement à la plupart des
liquides, elle se dilate en refroidissant, ce qui permet à la glace
de flotter. Cette anomalie, essentielle à la vie aquatique,
trouverait son origine dans un point critique de l'eau surfondue
identifié pour la première fois en laboratoire. Depuis plus d'un siècle, les physiciens soupçonnent l'eau de
posséder un
comportement caché. Pourtant, aucune expérience n'avait réussi
à le confirmer directement. Une équipe de l'université de Stockholm
vient de franchir ce cap en utilisant des impulsions laser à rayons
X ultracourtes. Ces flashs, d'une durée de quelques femtosecondes,
permettent d'observer l'eau juste avant qu'elle ne cristallise en
glace. Les résultats publiés dans Science apportent un éclairage
inattendu. L’eau surfondue, refroidie bien en dessous de 0 °C sans
geler, peut en réalité adopter deux états liquides distincts. Dans
un premier cas, les molécules restent très rapprochées, ce qui
donne une forme plus dense. Dans l’autre, le réseau s’ouvre
davantage. La structure devient alors plus légère et se rapproche
de celle de la glace. Ces deux phases coexistent à basse température et sous haute
pression. Toutefois, à un point précis, situé vers -63 °C et 1000
atmosphères, elles fusionnent et deviennent indiscernables. C'est
ce que les physiciens appellent un point critique. Ce point critique ne concerne pas seulement l'eau glacée en
laboratoire. Selon le professeur Anders Nilsson, qui a dirigé les
travaux à l'université de Stockholm, les fluctuations moléculaires
générées à cette température se propagent jusqu'aux conditions
ambiantes. Autrement dit, l'eau du robinet subit encore l'influence
de ce phénomène lointain. Concrètement, ces fluctuations expliquent pourquoi l'eau atteint
sa densité maximale à 4 °C, puis se dilate en continuant à
refroidir. C'est cette expansion qui rend la glace moins dense que
l'eau liquide, et donc capable de flotter. En conséquence, les
lacs gèlent par la surface plutôt que par le fond, préservant
la vie aquatique en hiver. Comme le rapporte Phys.org, cette découverte
affecte aussi d'autres propriétés fondamentales de l'eau, notamment
sa capacité thermique, sa viscosité et sa compressibilité. De plus,
ces anomalies jouent un rôle clé dans d'innombrables processus
biologiques et climatiques. Pour observer ce phénomène, l'équipe a utilisé le laser à
électrons libres PAL-XFEL, situé en Corée du Sud. Cet instrument
produit des impulsions de rayons X extrêmement brèves, capables de
sonder la structure de l'eau en quelques femtosecondes, soit un
millionième de milliardième de seconde. La principale difficulté résidait dans la vitesse. À -63 °C,
l'eau gèle presque instantanément. Or, les chercheurs devaient
l'analyser alors qu'elle était encore liquide. Grâce à la rapidité
du laser, ils ont pu photographier la transition entre les deux
phases liquides juste avant la cristallisation. Comme le rapporte ScienceDaily, cette prouesse
technique met fin à un débat vieux de plusieurs décennies.
Désormais, les modèles théoriques sur l'eau disposent d'une base
expérimentale solide. En parallèle, cette avancée ouvre de
nouvelles pistes pour comprendre le rôle de l'eau dans les systèmes
vivants, de la biologie cellulaire à la chimie atmosphérique. Recevez toute l’actualité des sciences
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