Des chercheurs du Laboratoire collisions agrégats réactivité (LCAR, CNRS/Université Toulouse 3) ont réalisé une expérience qui montre comment le collage d'une molécule d'eau (L’eau (que l'on peut aussi appeler oxyde de dihydrogène, hydroxyde d'hydrogène ou acide hydroxyque) est un...) sur un agrégat d'eau (petites gouttelettes composées d'une dizaine à quelques centaines d'atomes) dépend de la vitesse (La vitesse est une grandeur physique qui permet d'évaluer l'évolution d'une quantité en fonction du temps.) d'impact. Selon qu'elle soit lente ou rapide, l'agrégat se comporte comme un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois...) "mou» ou «dur», favorisant ou défavorisant respectivement le collage de la molécule sur l'agrégat. Ces travaux publiés le 10 mars 2010 sur le site de la revue Physical Review Letters apportent une brique supplémentaire dans l'édifice de la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...) de la nucléation (phénomène de croissance des agrégats). Un phénomène omniprésent aussi bien dans la nature que dans les réalisations technologiques de l'homme, par exemple dans la formation des nuages ou des traînées de condensation (La condensation est le nom donné au phénomène physique de changement d'état de la matière qui passe d'un état dilué...) des avions.

Avec quelle efficacité une molécule d'eau se colle sur un agrégat d'eau ? C'est ce que cherchaient à comprendre les scientifiques du Laboratoire collisions agrégats réactivité. Pour cela ils ont réalisé une expérience originale dont les résultats sont quelque peu inattendus: à basse vitesse d'impact, l'agrégat d'eau se comporte comme un objet "mou" qui absorbe l'énergie de collision (On appelle collision le choc entre deux objets.), favorisant ainsi le collage, tandis qu'à plus haute vitesse d'impact, il ressemble à un objet "dur", sur lequel rebondit la molécule, empêchant l'adhésion.

Dans une gamme d'énergies de collision suffisamment basses, les mesures effectuées ont montré que la probabilité de collage ne pouvait pas s'interpréter uniquement en termes d'énergie déposée, mais était aussi gouvernée par la durée de la collision. La probabilité de collage de molécules d'eau sur des agrégats d'eau a été mesurée en fonction de la taille de ceux-ci, contrôlée à la molécule près, pour différentes énergies de collisions. Dans les conditions des expériences réalisées, les scientifiques s'attendaient à observer une probabilité de collage sensiblement plus grande que celle donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose,...) par la probabilité géométrique de collision, à cause de l'attraction électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles,...) entre la molécule et l'agrégat. Or, toutes les mesures donnent une probabilité plus petite, ce qui signifie que souvent la molécule, bien qu'ayant percuté l'agrégat, ne s'y colle pas.


Ces résultats n'ont pas pu être rationalisés en termes d'énergie déposée, mais en considérant plutôt la relation entre la durée de collision et la période de vibration des molécules d'eau à la surface des agrégats. Cette période de vibration a pu être extraite quantitativement à partir des probabilités de collage mesurées et coïncide exactement avec la période de vibration mesurée par une technique complètement indépendante. Ceci conforte l'interprétation des scientifiques: lorsque la durée de la collision est inférieure à la période de vibration des molécules d'eau à la surface de l'agrégat, l'énergie de la collision n'a pas le temps (Le temps est un concept développé pour représenter la variation du monde : l'Univers n'est jamais figé, les...) d'être transférée à celui-ci et la molécule est diffusée sur l'agrégat, sans coller. Au contraire, lorsque la collision dure suffisamment longtemps, l'énergie de collision a le temps d'être redistribuée entre les modes internes de vibration de l'agrégat et le collage a lieu. Ainsi dans le premier cas, l'agrégat se comporte comme un objet "dur" sur lequel rebondit la molécule, alors que dans le second cas il est "mou", ce qui favorise l'absorption ( En optique, l'absorption se réfère au processus par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre...) d'énergie et donc le collage.