Des corrélations à très longue portée entre les molécules d'eau

Publié par Redbran le 13/08/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
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Il n'y a pas que sous forme de glace que les molécules d'eau s'organisent et certains agencements ont déjà été observés dans de l'eau liquide sur quelques fractions de nanomètres. Grâce à des systèmes optiques, des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) Fresnel et de l'Institut lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) ont montré que ces phénomènes pouvaient en réalité se manifester sur plusieurs dizaines de nanomètres, soit environ 200 fois plus. Ces travaux, publiés dans Physical Review Letters, mettent également en évidence l'existence d'une autre forme d'organisation (Une organisation est) à distance des molécules en présence de sel.


© Institut Fresnel
Gauche: Illustration des corrélations d'orientation des molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les...) à longue distance. En rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) les molécules d'eau, en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...), les sels.
Droite: longueur des corrélations en fonction de la concentration en sel. L'ajout de sel a tendance à briser les corrélations longues distances.

L'optique non linéaire s'intéresse au comportement de faisceaux lumineux affectés de manière non linéaire par un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...), ici l'eau. Deux chercheurs de l'Institut Fresnel (CNRS/Centrale Marseille/AMU) et de l'Institut lumière matière (CNRS/Université Claude Bernard) ont ainsi étudié le passage d'une lumière rouge à travers de l'eau pure, et récolté les photons (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction...) harmoniques émis. Ces rayonnements, qui vibrent exactement à la moitié de la fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) de la lumière incidente et qui sont donc ici de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) bleue, n'apparaissent que lorsqu'ils rencontrent des molécules d'eau suivant certaines orientations.

La quantité de photons harmoniques indique que les molécules d'eau s'organisent sur des distances beaucoup plus grandes que ce qui était jusqu'à présent admis. Elles s'arrangent ainsi sur plusieurs dizaines de nanomètres selon une distribution azimutale: si l'une pointe vers une direction, l'autre est orientée à l'opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à...). Ces travaux montrent aussi que, lorsque l'on ajoute du sel, une transition apparaît. Les molécules d'eau adoptent brutalement une distribution radiale à courte distance, centrée sur les ions du sel.

Cette remise en cause de la vision classique des liquides et leur organisation aux échelles nanométriques ouvre de nombreuses perspectives de recherche.

Références publication:
Salt-induced Long-to-Short Range Orientational Transition in Water,
J. Duboisset and P.-F. Brevet,
Physical Review Letters 120, 263001 (2018)
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.120.263001

Contacts chercheurs:
- Julien Duboisset- Institut Fresnel
- Pierre-François Brevet - ILM
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