Percer les secrets du caractère unique de l’eau
L’eau est la matière la plus répandue sur Terre, mais aussi probablement la moins bien appréhendée. Elle se comporte en effet très différemment des autres liquides. Les scientifiques n’en comprennent pas encore totalement les raisons. «Il y a littéralement des dizaines d’anomalies», explique le coordinateur du projet SOFTWATER John Russo de l’université Sapienza en Italie. «Ainsi, la glace est moins dense que l’eau liquide, et c’est pourquoi elle flotte. Ce qui est l’inverse dans la plupart des autres liquides.»
Faire la lumière sur les propriétés matérielles de l’eau
On ne pourra jamais trop insister sur l’importance de l’eau. Toutes les formes de vie en dépendent et elle constitue environ la moitié du volume de chaque cellule biologique vivante. Elle est également un élément crucial des processus de production et un facteur central du système climatique de notre planète. Comprendre exactement où sont encodées les propriétés matérielles de l’eau pourrait par conséquent être la clé pour débloquer des connaissances dans toute une série de domaines. L’ambitieux projet SOFTWATER, soutenu par le Conseil européen de la recherche, s’est proposé d’appliquer des techniques informatiques pour tenter de découvrir les secrets de l’eau. Il a, pour ce faire, développé des modèles informatiques des liaisons hydrogène tétraédriques de l’eau. Ces modèles ont été progressivement modifiés, jusqu’au point où les propriétés anormales de l’eau disparaissaient. «Nous avons pensé que cela nous permettrait de découvrir ce qui fait la spécificité de l’eau et les changements qu’il convient d’apporter pour que l’eau se comporte davantage comme d’autres liquides», explique John Russo. «La technique informatique nous a permis de découvrir des comportements qui sont normalement très difficiles à appréhender.»
Des approches informatiques pour comprendre le comportement de l’eau
En effet, l’une des principales réussites du projet a été de démontrer l’utilité des approches informatiques pour comprendre le comportement de l’eau. De nombreux scientifiques pensent que les secrets du caractère unique de l’eau pourraient se trouver dans un état de refroidissement profond. Il est difficile d’y accéder expérimentalement sans que l’eau ne se modifie et ne forme des cristaux. «Cet état est ce que de nombreux scientifiques appellent le “No Man’s Land”, car il est extrêmement difficile d’y accéder», ajoute John Russo. «Notre approche informatique nous a permis de rendre ce phénomène plus accessible et plus facile à étudier.» John Russo est également à l’origine d’une nouvelle façon de concevoir l’eau, qu’il qualifie de «liquide à moitié vide». Il explique que l’eau est moins dense que les autres liquides et qu’elle reste stable lorsqu’elle se refroidit. Les autres liquides, en revanche, deviennent progressivement plus denses à mesure qu’ils se refroidissent. «L’eau reste “vide” jusqu’à un certain point», fait-il remarquer. «Lorsque ce point est atteint et que l’eau devient plus dense, il en résulte un effet de cascade. Cela pourrait expliquer d’autres propriétés anormales. Ce concept de “liquide à moitié vide” est une nouvelle façon de concevoir l’eau.»
Des modèles climatiques plus précis
Pour John Russo, les applications potentielles de ce travail sont incroyablement vastes. Comprendre le comportement de l’eau, et la raison de ce comportement, pourrait aider les scientifiques à modéliser avec plus de précision les modèles climatiques, entre autres. «Régler» d’autres molécules pour qu’elles se comportent davantage comme l’eau pourrait également créer de nouvelles opportunités industrielles. Dans cette optique, John Russo aimerait voir si son approche informatique du «réglage» des molécules pourrait être appliquée à plus grande échelle avec les colloïdes, où des particules insolubles sont en suspension dans une autre substance. «Ceci a des implications pour tous les domaines qui ont un rapport avec l’eau», déclare-t-il. «La nécessité de comprendre le comportement de l’eau est un domaine tellement vaste.»
Mots‑clés
SOFTWATER, eau, glace, liquides, informatique, climat, hydrogène