Des corrélations à très longue portée entre les molécules d’eau
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 Fresnel et de l’Institut lumière matière 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 à distance des molécules en présence de sel.
L’optique non linéaire s’intéresse au comportement de faisceaux lumineux affectés de manière non linéaire par un matériau, 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 harmoniques émis. Ces rayonnements, qui vibrent exactement à la moitié de la fréquence de la lumière incidente et qui sont donc ici de couleur 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. 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.
© Institut Fresnel
Gauche : Illustration des corrélations d’orientation des molécules d’eau à longue distance. En rouge les molécules d’eau, en bleu, 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.
Références :
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