Ces nouvelles preuves représentent une avancée significative dans la confirmation de l’idée d’une transition de phase liquide-liquide proposée pour la première fois en 1992.
Caractérisation de la transition de phase liquide-liquide dans l’eau colloïdale (en haut) et moléculaire (en bas) par l’identification des liens et des nœuds. LDL – liquide à faible densité ; HDL – liquide à haute densité. Crédit image : Neophytou et al., doi : 10.1038/s41567-022-01698-6.
“Dans ce travail, nous proposons, pour la première fois, une vision de la transition de phase liquide-liquide basée sur les idées d’enchevêtrement des réseaux”, a déclaré le professeur Francesco Sciortino, chercheur au Dipartimento di Fisica de la Sapienza Università di Roma.
“Je suis sûr que ce travail inspirera une nouvelle modélisation théorique basée sur des concepts topologiques”.
Dans l’étude, le professeur Sciortino et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques pour aider à expliquer quelles caractéristiques distinguent les deux liquides au niveau microscopique.
Ils ont découvert que les molécules d’eau dans le liquide à haute densité forment des arrangements considérés comme topologiquement complexes, tels qu’un nœud en trèfle ou une liaison de Hopf. Les molécules du liquide à haute densité sont donc dites enchevêtrées.
En revanche, les molécules du liquide de faible densité forment pour la plupart des anneaux simples, et les molécules du liquide de faible densité ne sont donc pas enchevêtrées.
“Cette découverte nous a permis d’aborder sous un angle totalement nouveau un problème de recherche vieux de 30 ans, et nous espérons que ce n’est que le début”, a déclaré Andreas Neophytou, étudiant en doctorat à l’école de chimie de l’université de Birmingham.
Les chercheurs ont utilisé un modèle colloïdal de l’eau dans leur simulation, puis deux modèles moléculaires de l’eau largement utilisés.
Les colloïdes sont des particules qui peuvent être mille fois plus grandes qu’une seule molécule d’eau.
En raison de leur taille relativement plus grande, et donc de leurs mouvements plus lents, les colloïdes sont utilisés pour observer et comprendre des phénomènes physiques qui se produisent également à des échelles atomiques et moléculaires beaucoup plus petites.
“Ce modèle colloïdal de l’eau fournit une loupe dans l’eau moléculaire et nous permet de percer les secrets de l’eau concernant le conte de deux liquides”, a déclaré le Dr Dwaipayan Chakrabarti, chercheur à l’école de chimie de l’université de Birmingham.
Les auteurs espèrent que leur modèle ouvrira la voie à de nouvelles expériences qui valideront la théorie et étendront le concept de liquides “enchevêtrés” à d’autres liquides tels que le silicium.
“L’eau, l’une après l’autre, révèle ses secrets”, a déclaré le professeur Sciortino.
“Rêvez comme ce serait beau si nous pouvions regarder à l’intérieur du liquide et observer la danse des molécules d’eau, la façon dont elles vacillent, et la façon dont elles échangent leurs partenaires, restructurant le réseau de liaisons hydrogène.”
“La réalisation du modèle colloïdal de l’eau que nous proposons peut faire de ce rêve une réalité.”
L’étude a été publiée dans la revue Nature Physics.
