Des corrélations à très longue portée entre les molécules d'eau
Publié par Redbran le 13/08/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
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 habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Fresnel et de l'Institut lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) 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 (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil à l'équinoxe) et des points cardinaux (nord de la boussole) ;) des molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) à longue distance. En rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) les molécules d'eau, en bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs primaires. Sa longueur d'onde est comprise approximativement entre 446 et...), les sels.
Droite: longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de...) des corrélations en fonction de la concentration en sel. L'ajout de sel a tendance à briser les corrélations longues distances.

L'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) 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 pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés particulières et mise...), 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 électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules...) 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 phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie...) 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 lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) bleue, n'apparaissent que lorsqu'ils rencontrent des molécules d'eau suivant certaines orientations.

La quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) 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 ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante...). 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 (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...).

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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