Des chimistes découvrent le point de congélation de l'eau surfondue

Il est facile d'imaginer que l'eau doit être l'un des matériaux les mieux compris en science. Après tout, ce liquide est probablement la substance la mieux étudiée sur Terre. Mais la vérité est que nombre de ses propriétés mystifient encore les scientifiques.

Un casse-tête non résolu est son point de congélation. Les scientifiques savent depuis de nombreuses années que vous pouvez refroidir l'eau liquide bien en dessous de zéro degré centigrade sans qu'elle gèle. C'est parce que l'eau a besoin d'un événement de nucléation pour déclencher le processus de formation de glace. Sans nucléation de glace, il reste liquide.

Mais jusqu'où pouvez-vous descendre ?

Aujourd'hui, nous avons en quelque sorte une réponse grâce aux travaux d'Emily Moore et de Valeria Molinero à l'Université de l'Utah à Salt Lake City.

Une partie du problème est que les expériences pour mesurer la température de congélation sont si difficiles à réaliser que personne ne les a gérées. Mais les preuves indiquent la probabilité que des cristaux de glace commencent à se former de toute façon à des températures d'environ -41 ° C.

L'eau surrefroidie doit geler aux alentours de cette température mais personne n'a réussi à la mesurer car elle commence toujours à geler plus tôt.

Moore et Molinero contournent ce problème en simulant le comportement de congélation de plus de 250 000 molécules d'eau sur un ordinateur. Ce qu'ils découvrent, c'est qu'une fois que le processus naturel de formation de glace commence à se produire, l'eau ne peut pas rester liquide à des températures beaucoup plus basses.

En fait, leur simulation indique que le point de congélation naturel de l'eau en surfusion est d'environ -43 °C, juste en dessous de la température à laquelle les cristaux de glace se forment naturellement. C'est comme prévu, mais la simulation donne également de nouvelles informations sur la manière dont ce gel se produit.

Dans cet état, l'eau est un mélange de glace de faible densité et de molécules d'eau qui sont sur le point de devenir de la glace, ce que les chimistes appellent quatre coordonnées, ce qui signifie que chaque molécule est liée aux quatre autres. La structure de quatre eaux coordonnées semble avoir un impact important sur la vitesse à laquelle la glace peut se former et c'est ce qui détermine le point de congélation.

Il y a cependant une mise en garde importante. Les simulations nécessitent une correction importante avant de produire un résultat physiquement réaliste. Pour une raison quelconque, ils suggèrent que la formation naturelle de glace commence à se produire à environ -71 C et que l'eau en surfusion gèle à environ -73 C.

C'est 30 degrés de moins que dans le monde réel. Pour contourner ce problème, Moore et Molinero ajoutent simplement 30 degrés à tous leurs résultats. La raison pour laquelle la simulation est tellement dépassée n'est pas claire.

Si le travail est valide, cependant, il pourrait avoir un impact majeur dans d'autres domaines de la science.

La température à laquelle l'eau surfondue gèle est un facteur important dans la formation des nuages. Et de petits changements dans ce processus, lorsqu'ils sont pris en compte dans les modèles de changement climatique, peuvent avoir un impact important sur les prédictions concernant l'avenir de la Terre.

On ne sait pas encore exactement comment les nouveaux chiffres changeront les prévisions climatiques. Et bien sûr, les climatologues voudront de meilleures preuves qu'une simulation informatique un peu bancale. Mais c'est un pas en avant décent et il vaut la peine de garder un œil sur son influence ailleurs dans la science.

Réf : arxiv.org/abs/1107.1622 : La transformation structurelle dans l'eau surfondue contrôle le taux de cristallisation de la glace

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