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Les Secrets de la Molécule d'Eau

L'Eau toujours Liquide à 172°C

A.-S.T. - SCIENCES ET AVENIR N°885 > Novembre > 2020

Le Mécanisme de Fusion des Gouttes d'Eau

J.-B.V. - SCIENCE & VIE N°1221 > Juin > 2019

Les Gouttes d'Eau sont douées de Superpropulsion

A.D. - SCIENCE & VIE N°1202 > Novembre > 2017

Qu'est-ce que l'Eau ?

COMMENT ÇA MARCHE N°65 > Novembre > 2015

L'Eau : ce Caillou Liquide

L’eau est un... minéral (au sens de « solide cristallisé »), et c’est une révolution.

Jusqu’à la fin du XXè siècle, l’eau était considérée comme une substance amorphe, c’est-à-dire dotée d’une structure moléculaire totalement désordonnée. Depuis lors, un accélérateur de particules a permis de l’observer de bien plus près. Et d’établir que, sous sa forme liquide, l’eau présente bien une structure régulière et répétitive, similaire à celle de sa version cristallisée, la glace. Un détail ? Loin de là. Désormais classée parmi les minéraux, l’eau a fait évoluer leur définition par ricochet : ceux-ci ne désignent plus simplement des solides dont les atomes sont agencés de façon ordonnée et régulière, mais tout corps pourvu d’une telle organisation.

LU DANS : À la découverte des minéraux et pierres précieuses, de Francois Farges, éditions Dunod.

NATIONAL GEOGRAPHIC N°190 > Juillet > 2015


On sait à quoi Ressemble la Surface de l'Eau

Jamais la molécule la plus courante de l’Univers ne s’était laissé aussi bien cerner !

À partir des lois quantiques qui règnent à l’échelle de l’atome et de particules modèles qui imitent la manière dont les électrons des molécules d’eau fluctuent et répondent à leur environnement, Vlad Sokhan et son équipe du Laboratoire national de physique, à Twickenham (Royaume-Uni), ont mis au point un modèle qui prédit toutes les propriétés de l’eau… même les plus étranges. Et ce n’est pas peu dire : le comportement singulier de cette petite molécule toute simple (H2O) est considéré comme l’un des plus épineux problèmes de la physique. “Notre modèle parvient à le reproduire presque parfaitement et sans hypothèse, assure le chercheur. On voit émerger naturellement sa forte polarisation, sa structure, les forces de van der Waals (interactions électriques)”… Testant ses équations à la surface de l’eau, Vlad Sokhan a reconstitué la topographie des liaisons hydrogène entre les molécules, établissant même que c’est l’asymétrie de ces liaisons qui est à l’origine de l’orientation des molécules. Le modèle ne montre ses limites qu’à très haute pression… “Il y a sans doute quelque chose à creuser de ce côté pour l’améliorer, admet le chercheur… avant d’ajouter : Mais le grand défi est tout autre. Il s’agit de comprendre pourquoi ce modèle est si efficace”.

M.F. - SCIENCE & VIE N°1174 > Juillet > 2015

Secrets de la Molécule d'Eau

L'un des secrets de la molécule d'eau est percé.

Bien que d'une force ténue, la liaison hydrogène joue un rôle important en physique et en biologie moléculaire. C'est elle qui attire entre elles les molécules d'eau et explique la formation de la glace. Des chercheurs japonais viennent de l'observer en direct, sur des molécules isolées, à l'aide d'un microscope à effet tunnel.
Vingt fois plus faible que la liaison covalente, mais plus forte que les liaisons de van der Waals, ses cousines, la liaison hydrogène est responsable non seulement du haut point d'ébullition de l'eau mais aussi de la formation des structures tridimensionnelles des protéines, et surtout, des liaisons entre les bases de l'ADN. On peut donc sérieusement la considérer comme la liaison chimique de la vie.
Bien qu'elle soit en grande partie d'origine électrostatique et de type dipôle-dipôle, il semblerait malgré tout, suite à de récentes études, qu'une partie de la liaison hydrogène soit bien une forme de liaison covalente comme l'avait proposé il y a longtemps le prix Nobel Linus Pauling. La liaison hydrogène possède en effet un caractère de directivité semblable à celui de la liaison covalente. Il existe donc un échange entre les deux molécules d'eau et chacune d'elle tient à tour de rôle ceux d'accepteur et de donneur.

Un effet tunnel échange les rôles des deux molécules d'eau

Des chercheurs japonais ont observé en direct l'une des propriétés dynamiques de la liaison hydrogène, celle qui fait la spécificité de la molécule d'eau : l'échange de rôles entre deux molécules ! Ils ont réussi à mesurer la fréquence à laquelle deux molécules (dimère) échangent leur statut d'accepteur et de donneur de liaison : 60 fois par seconde pour des dimères d'eau normale (H20), contre une seule fois pour des dimères d'eau lourde (D20). Ils en ont alors conclu que le mécanisme à l'origine de cet échange est l'effet tunnel, phénomène quantique qui permet à des particules de franchir une barrière d'énergie alors qu'elles devraient en être incapable.

N.A. - SCIENCE & VIE > Juillet > 2008

Décapitée par la Réfraction

Cette sirène a fait sensation à l'aquarium de Sao Paulo (Brésil). On jurerait que sa tête et sa queue ont été séparées ! Un tour sans trucage : l'illusion vient du fait que les deux parties du corps sont dans deux milieux différents.

Les rayons lumineux émis par la tête ne voyagent que dans l'air (et à travers la paroi de l'aquarium). Ceux du corps de la sirène circulent d'abord dans l'eau, puis dans l'air de l'autre côté de la paroi : en passant d'un milieu à l'autre, ils sont deviés.

L'image du corps arrive donc sur la rétine des spectateurs (ou l'objectif de l'appareil) avec un léger décalage par rapport à celle de la tête. À ce phénomène, appelé réfraction, s'ajoute l'effet "loupe" de l'eau, qui grossit le corps et fait paraître la tête, en proportion, un peu riquiqui.

C.P. - SCIENCE & VIE JUNIOR N°291 > Décembre > 2013

Gouttes : Utilisées pour Créer des matériaux

C'est fait : on sait assembler des réseaux de microgouttes tout en contrôlant leurs propriétés. De quoi envisager d’inédites applications médicales ou techniques.

Il s’agit seulement de petits globes d’eau enrobés d’huile, des gouttes de quelques micromètres de diamètre amoncelées les unes au-dessus des autres. Une banale émulsion... mais qui pourrait délivrer des médicaments directement dans le corps humain, ou former un tissu sensible à la température !

UNE TEXTURE IDÉALE : Pour la première fois, une équipe de l’université britannique d’Oxford a réussi à assembler des gouttes jusqu’à en faire un matériau intelligent. "Voilà des années que nous tentons d’apprivoiser les gouttes, parce que leur texture semblait idéale pour interagir avec les tissus biologiques, relate Hagan Bayley, qui a dirigé les recherches. Seulement, on ne parvenait à assembler que quelques gouttes impossibles à manipuier, et les réseaux que l’on construisait tant bien que mal avaient des défauts... Sauf qu’en s‘inspirant des imprimantes 3D conçues pour les solides, le physicien vient de mettre au point une nouvelle méthode de dépot qui produit, de façon automatique, plusieurs millimètres cubes d’une sorte de gel composé de gouttes, dont la position et la composition sont totalement maitrisées. De quoi, enfin, programmer des réseaux de gouttes qui relâchent leur contenu sur commande, après un changement de composition du milieu dans lequel ils sont plongés, une différence de température ou de potentiel électrochimique des membranes cellulaires. Le physicien confirme : "Dans le corps humain, nos réseaux de gouttes peuvent devenir des réservoirs, des capteurs, des petits moteurs... ou même les 3 à la fois.

M.F. - SCIENCE & VIE > Juin > 2013

À une certaine Vitesse, un Liquide peut Rebondir
PHYSIQUE

Les liquides peuvent être animés de mouvements balistiques... et se mettre à rebondir comme des balles sur un mur !

Sunghwan Jung et son équipe de l’université de Virginie viennent d’en donner la preuve. “Ce phénomène n'était pas totalement inconnu : il avait été décrit une fois... par Lord Rayleigh en 1878, précise le chercheur : Or, les interactions entre fluides sont au cœur de problématiques industrielles comme les procédés de peinture ou métallurgiques". En jouant avec des jets de viscosités, de diamètres, d’inclinaisons et de vitesses variables, sous l'œil d'une caméra rapide, le physicien à fini par comprendre l’origine du phénomène : lorsque deux jets se rencontrent, les instabilités qui se forment à leur surface détruisent la paroi qui les sépare"... Mais dès que la vitesse du jet passe en dessous d'un certain seuil, la tension de surface devient prédominante et maintient leur cohésion, explique-t-il. Les deux jets laissent alors s’infiltrer entre eux une infime couche d’air sur laquelle ils reboudissent littéralement". Prochaine étape : deux jets aux compositions différentes. L’eau rebondira-t-elle sur l’huile ou sur un aloool.

M.F. - SCIENCE & VIE > Juin > 2013

Ils ont fait un Nœud avec de l'Eau
PHYSIQUE

Le jet d'eau s'est engouffré brutalement dans l'orifice et un tourbillon s'est formé. Un simple vortex comme il en naît dans tous les lavabos... sauf que celui-ci, au lieu d'être sphérique, s'enroule sur lui-même jusqu'à former un nœud.

Pour la première fois, William Irvine et Dustin Kleckner, physiciens à l'université de Chicago (États-Unis), sont parvenus à emmêler un tourbillon d'eau. “Ces vortex complexes, qu'on appelle anneaux tourbillonnaires, ont été prédits par la théorie il y a une centaine d'années ; depuis, on n'a cessé d'essayer de les étudier expérimentalement, relate William Irvine. Car ces mouvements de fluides sont au cœur de la physique de la turbulence. Si on parvient à les étudier, on comprendra les mouvements du plasma du Soleil, l'organisation des cristaux liquides, les faisceaux laser, les fluides quantiques... Et les deux physiciens doivent cet exploit... à une simple imprimante 3D ! Elle leur à en effet permis de façonner une hélice de polymère qu'ils ont submergée dans un bac d'eau rempli de minuscules bulles, vouées à rendre visibles les turbulences. En s'engouffrant dans l'hélice, l'eau s'est mise à tourbillonner, formant les structures tant attendues, dont les chercheurs commencent enfin à étudier la dynamique.

M.F. - SCIENCE & VIE > Mai > 2013

L'Énigme des Ponts d'Eau n'en est plus une
PHYSIQUE

Les molécules d'eau ne s'alignent pas sur les champs électriques.

Depuis que des physiciens avaient découverts que, sous l'action d'un fort champ électrique, l'eau pouvait former un pont de plusieurs dizaines de millimètres entre deux récipients, ils pensaient que sa structure pouvait être modifiée. "Certaines expériences avaient semblé montrer que les molécules d'eau se liaient les unes aux autres dans la direction du champ électrique, précise Lawrie Skinner, du laboratoire national d'Argonne (États-Unis). Mais nous venons de prouver que ce n'est pas le cas". Scrutant le phénomène à l'aide d'un diffractomètre à rayon X, le physicien vient en effet de s'apercevoir que les molécules d'eau demeurent indépendantes et leurs mouvements aléatoires... comme dans n'importe quel verre d'eau. C'est simplement en renforçant la cohésion entre les molécules d'eau à la surface du liquide que l'électricité lui offre le pouvoir de la gravité et donne naissance à ces étranges sculptures liquides.

M.F. - SCIENCE & VIE > Février > 2013


En tombant, les Gouttes d'Eau s'écrasent dans l'Air

Pourquoi une goutte d'eau qui tombe sur une surface solide nous éclabousse-t-elle ? Parce qu'elle s'écrase sur de l'air ! Voilà la surprenante conclusion à laquelle sont arrivés Shreyas Mandre et ses collègues de l'université Harvard (Massachusetts).

Les chercheurs viennent en effet de montrer, modèles à l'appui, que la goutte d'eau, en tombant, piège un petit coussin d'air entre elle et la surface, qui amortit sa chute. Un mince filet d'eau est alors éjecté alors que la goutte est encore à quelques nanomètres de la surface, provoquant sa rupture... et les éclaboussures.

A.O. - SCIENCE & VIE > Juillet > 2009

De la Mort d'une Bulle Naissent d'autres Bulles

Une bulle qui éclate ne disparaît pas : elle donne naissance à une couronne de bulles plus petites.

À l'université de Harvard (États-Unis), Laurent Courbin et ses collègues ont élucidé ce phénomène. Ils ont filmé à la caméra ultra rapide l'explosion d'une bulle, puis l'ont simulée numériquement. Au départ, la bulle repose sur une surface, à l'état d'équilibre. Lorsqu'on la perce, la balance des forces qui la maintenaient est rompue : elle s'ouvre et s'effondre sur elle-même. Le mince film de liquide se rétracte, se replie, emprisonne de l'air et prend la forme d'un boudin (tore). Cette structure précaire se déstabilise alors en bulles dix fois plus petites qui s'arrangent en anneau, visible à l'œil nu. Ce processus, qui serait universel, se reproduit à l'identique jusqu'à la troisième génération de bulles. De quoi aider à mieux comprendre les échanges entre océan et atmosphère, ou encore à optimiser la fabrication des mousses industrielles.

S.B. - SCIENCE & VIE > Août > 2010

Un Verre d'Eau plein est à 99,99 % Vide

Les molécules d'eau sont constituées de minuscules particules séparées par une grande quantité... de vide !

En effet, le diamètre d'une molécule d'eau est de 0,3 milliardième de mètre. Or cette molécule est composée de 2 atomes d'hydrogène (soit 2 protons et 2 électrons), et d'un atome d'oxygène (8 protons, 8 neutrons et 8 électrons). La taille d'un électron est négligeable ; quant aux protons et aux neutrons, leur diamètre est d'un millionième de milliardième de mètre. Si on compare le volume qu'ils occupent par rapport à celui de la molécule, on constate qu'une molécule d'eau, et donc un verre quasi plein, est à 99,99999999999999 % vide ! Pour autant, une fois plein, un verre ne peut plus accueillir de molécule supplémentaire. Il est donc bien rempli à... 100 %.

M.G. - SCIENCE & VIE > Août > 2010

L'Eau Pure est un bon isolant Électrique

Attention aux vérifications hâtives : l'eau du robinet ou celle des bouteilles n'est pas pure !

Elle contient quantité de molécules autres que H2O, et donc beaucoup d'ions (chargés électriquement), qui conduisent très bien le courant. Mais l'eau pure idéale, elle, est dépourvu d'ions, ou presque : les seuls qu'elle contient proviennent de la dissociation très partielle des molécules d'eau en ions hydronium H3O+ et en oxydes d'hydrogène OH-, et ils sont rares : seulement 0,275 microgramme par litre. C'est suffisamment peu pour que l'on soit isolante... Et utiliser à ce titre dans l'industrie des semi-conducteurs.


S.A. - SCIENCE & VIE > Août > 2010

 

   
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