Lorsque l’eau est confinée à haute pression entre des feuilles de graphène, ses molécules adoptent une configuration carrée, explique une équipe de physiciens de l’Université des sciences et technologies de Chine, de l’Université de Manchester (Royaume-Uni) et de l’Université d’Ulm (Allemagne).
Glace carrée entre deux feuilles de graphène, vue au microscope électronique à transmission (MET) ; les taches sombres à fort contraste sont des atomes d’oxygène qui indiquent la position des molécules d’eau ; les atomes d’hydrogène présentent un contraste trop faible pour être résolus même par le MET. L’encart en haut à droite montre une image agrandie d’une petite zone au centre du cristal de glace. Crédit image : Université d’Ulm.
Dans notre vie quotidienne, nous connaissons l’eau sous ses formes les plus courantes : liquide, glace et vapeur.
Les chercheurs étudient également l’eau dans des conditions plus extrêmes, notamment à haute pression, où elle peut exister à l’état solide même à température ambiante.
Les cristaux de glace se forment dans les formes tétraédriques magnifiquement symétriques que l’on voit dans les flocons de neige et à la surface des étangs gelés. De telles géométries peuvent persister à des pressions très élevées, même si la structure sous-jacente subit des changements de phase à la fois subtils et spectaculaires en fonction de la pression. Cela s’applique certainement à l’eau sans contrainte.
Cependant, lorsqu’elle est confinée entre d’autres matériaux, le comportement de l’eau est influencé par les interactions atomiques avec les surfaces des matériaux.
Dans une nouvelle étude menée par le Dr Gerardo Algara-Siller de l’Université d’Ulm et ses collègues, une monocouche de graphène a d’abord été déposée sur une grille de microscope électronique, puis exposée à une gouttelette d’eau et recouverte d’une autre couche de graphène.
Une grande partie de l’eau a été expulsée du sandwich de graphène par la force de van der Waals. Le reste a été piégé dans des poches de moins d’un millionième de mètre de diamètre.
“Nous ne savions pas au départ ce que nous voyions, et ce n’est qu’en discutant avec nos collègues de Manchester que l’idée de la glace carrée est née”, a déclaré le professeur Ute Kaiser de l’université d’Ulm, co-auteur de l’étude.
“Une analyse structurelle et élémentaire détaillée a ensuite prouvé que cette structure était réelle”.
Les résultats, rapportés dans la revue Naturepourraient améliorer notre compréhension du transport de l’eau à travers des canaux à l’échelle nanométrique dans les membranes naturelles et artificielles.