{"id":14831,"date":"2023-07-03T15:41:48","date_gmt":"2023-07-03T15:41:48","guid":{"rendered":"https:\/\/www.africa-press.net\/djibouti\/politique\/les-7-proprietes-exceptionnelles-de-leau"},"modified":"2023-07-03T16:51:53","modified_gmt":"2023-07-03T16:51:53","slug":"les-7-proprietes-exceptionnelles-de-leau","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.africa-press.net\/djibouti\/toutes-les-actualites\/les-7-proprietes-exceptionnelles-de-leau","title":{"rendered":"Les 7 propri\u00e9t\u00e9s exceptionnelles de l’eau"},"content":{"rendered":"

Africa-Press – Djibouti. <\/strong><\/span>La formule chimique de la mole\u0301cule d’eau est sans doute la plus ce\u0301le\u0300bre de toutes. En raison du caracte\u0300re vital et si familier de cette ressource, d’abord ; et parce qu’elle est aussi l’une des plus simples qui soit ! Trois atomes seulement : un d’oxyge\u0300ne (O) combine\u0301 a\u0300 deux d’hydroge\u0300ne (H), ce dernier e\u0301le\u0301ment e\u0301tant lui-me\u0302me le plus basique et le plus abondant de l’Univers.<\/p>\n

Pourtant, lorsque ces mole\u0301cules se pre\u0301sentent en grand nombre et interagissent, au fond d’un lac ou dans un vulgaire glac\u0327on, elles forment un mate\u0301riau aux proprie\u0301te\u0301s complexes, paradoxales, \u00ab\u00a0dont certaines ne sont pas encore totalement comprises et suscitent une importante activite\u0301 de recherche \u00ab\u00a0, signale Fre\u0301de\u0301ric Caupin, professeur a\u0300 l’Universite\u0301 Claude-Bernard Lyon 1. Les scientifiques ont identifie\u0301 ainsi de nombreuses situations ou\u0300 l’eau se comporte de fac\u0327on e\u0301trange, singulie\u0300re. \u00ab\u00a0Elle n’est certes pas la seule substance a\u0300 pre\u0301senter de telles anomalies, observe le physicien. Mais c’est elle qui en cumule le plus, faisant de l’eau un mate\u0301riau aussi exceptionnel que fascinant, intimement associe\u0301 a\u0300 la vie .\u00a0\u00bb<\/p>\n

1\/ Un liquide pas comme les autres<\/b><\/p>\n

Dans une mole\u0301cule d’eau, les atomes s’assemblent en mettant en commun leurs e\u0301lectrons, particules de charge e\u0301lectrique ne\u0301gative. Mais ce partage ne se fait pas de manie\u0300re e\u0301quitable. L’atome d’oxyge\u0300ne tend en effet a\u0300 attirer les e\u0301lectrons, tandis que l’hydroge\u0300ne cherche pluto\u0302t a\u0300 s’en de\u0301barrasser. H2O posse\u0300de ainsi un exce\u0300s de charges ne\u0301gatives du co\u0302te\u0301 de l’oxyge\u0300ne et un exce\u0300s de charges positives du co\u0302te\u0301 des deux atomes d’hydroge\u0300ne. Une polarite\u0301 a\u0300 l’importance capitale, car les mole\u0301cules vont pouvoir interagir gra\u0302ce a\u0300 elle, le po\u0302le ne\u0301gatif de l’une attirant les po\u0302les positifs d’une autre, par un type d’interaction que les chimistes appellent des \u00ab\u00a0liaisons hydroge\u0300ne\u00a0\u00bb.<\/p>\n

\u00ab\u00a0L’eau liquide ne peut donc pas e\u0302tre conside\u0301re\u0301e comme un simple empilement de mole\u0301cules qui rouleraient les unes sur les autres \u00ab\u00a0, explique Damien Laage, professeur attache\u0301 de chimie the\u0301orique a\u0300 l’E\u0301cole normale supe\u0301rieure de Paris. Contrairement au me\u0301thane (CH2) par exemple, qui ne de\u0301veloppe pas de telles interactions. D’autres mole\u0301cules peuvent certes former des liaisons hydroge\u0300ne (l’ammoniaque, l’e\u0301thanol du vin ou l’acide formique secre\u0301te\u0301 par les insectes), mais elles n’en produiront jamais autant que l’eau, car ces mole\u0301cules sont plus grosses, ce qui ge\u0301ne\u0300re des encombrements. \u00ab\u00a0L’eau est un cas ide\u0301al, pour Fre\u0301de\u0301ric Caupin. Chaque mole\u0301cule pourra nouer quatre liaisons hydroge\u0300ne avec ses voisines en se positionnant au centre d’un te\u0301trae\u0300dre. Et de\u0301velopper ainsi un re\u0301seau tridimensionnel complet en connectant quasiment n’importe quel point du liquide. \u00a0\u00bb Ces interactions sont cependant fugaces, note Damien Laage : \u00ab\u00a0Elles se rompent et se reforment mille milliards de fois par seconde \u00ab\u00a0, confe\u0301rant a\u0300 l’eau sa grande fluidite\u0301 et l’empe\u0302chant de se comporter comme un gel.<\/p>\n

2\/ L’eau devrait bouillir a\u0300 – 80 \u00b0C<\/b><\/p>\n

Ce maillage explique la plupart de ses proprie\u0301te\u0301s exceptionnelles. A\u0300 commencer par sa tempe\u0301rature d’e\u0301bullition, bien plus e\u0301leve\u0301e que pour les corps de masse similaire. Si elle ne de\u0301veloppait pas toutes ces interactions, les calculs indiquent qu’elle se vaporiserait non pas a\u0300 100 \u00b0C… mais a\u0300 -80 \u00b0C ! A\u0300 l’instar du sulfure d’hydroge\u0300ne (H2S), qui bout a\u0300 -60,7 \u00b0C, ou de l’ammoniaque (NH3), a\u0300 -33 \u00b0C. \u00ab\u00a0Dans les conditions qu’on trouve a\u0300 la surface de notre plane\u0300te (pression de 1 bar), l’eau serait ainsi, ni solide ni liquide, mais entie\u0300rement sous forme de vapeur. Ce qui rendrait la Terre beaucoup moins favorable a\u0300 la vie, du moins telle que nous la connaissons \u00ab\u00a0, rele\u0300ve Bruno Issenmann, lui aussi chercheur a\u0300 l’Universite\u0301 Claude-Bernard Lyon 1.<\/p>\n

Pour que les mole\u0301cules d’eau s’extirpent du liquide et passent dans l’atmosphe\u0300re gazeuse environnante, elles doivent briser les \u00ab\u00a0chai\u0302nes\u00a0\u00bb qui les lient. L’agitation thermique devra donc e\u0302tre anormalement augmente\u0301e afin que les liaisons hydroge\u0300ne vibrent et se tordent de plus en plus jusqu’a\u0300 se scinder. E\u0301lever de 1 \u00b0C la tempe\u0301rature d’une certaine masse d’eau ne\u0301cessite ainsi quatre fois plus d’e\u0301nergie que pour une me\u0302me masse d’air et dix fois plus que pour une masse identique de cuivre.<\/p>\n

\u00ab\u00a0Cette capacite\u0301 a\u0300 emmagasiner l’e\u0301nergie thermique joue un ro\u0302le essentiel dans la re\u0301gulation du climat\u00a0\u00bb , souligne Damien Laage. Gra\u0302ce a\u0300 elle, les oce\u0301ans absorbent et relarguent la chaleur sans engendrer de trop fortes variations de tempe\u0301rature. \u00ab\u00a0Cet effet ope\u0300re aussi a\u0300 l’inte\u0301rieur des cellules. L’eau qu’elles contiennent facilite le maintien d’une gamme de tempe\u0301ratures compatible avec les fonctions biologiques. \u00a0\u00bb<\/p>\n

3\/ Les glac\u0327ons ne sont pas cense\u0301s flotter<\/b><\/p>\n

L’agitation thermique permet aux liaisons hydroge\u0300ne de se tordre, de se rompre et de se reformer en permanence, donnant aux mole\u0301cules d’eau une grande liberte\u0301 de mouvement. Mais lorsque la tempe\u0301rature diminue jusqu’au point de conge\u0301lation (0 \u00b0C), les ponts intermole\u0301culaires se figent. Les structures te\u0301trae\u0301driques constituent alors un ordre a\u0300 grande distance, empe\u0302chant les mole\u0301cules de bouger et transformant l’eau liquide en solide cristallin. Sous cette tempe\u0301rature, les liaisons hydroge\u0300ne sont moins de\u0301forme\u0301es, ce qui e\u0301loigne les mole\u0301cules et ge\u0301ne\u0300re davantage d’espaces vides.<\/p>\n

Re\u0301sultat : une augmentation du volume d’environ 11 % et une baisse de la densite\u0301. C’est pour cette raison qu’une bouteille pleine laisse\u0301e au conge\u0301lateur e\u0301clatera… et que les icebergs flottent sur l’oce\u0301an ! \u00ab\u00a0Un tel comportement est tre\u0300s inhabituel, indique Bruno Issenmann. Pour la quasi-totalite\u0301 des mate\u0301riaux, la solidification rapproche les mole\u0301cules et accroi\u0302t leur densite\u0301, comme dans une bouteille d’huile ou\u0300 la partie gele\u0301e coule. \u00a0\u00bb<\/p>\n

4\/ L’eau empe\u0302che les lacs de geler en hiver<\/b><\/p>\n

Lorsqu’un morceau de glace chauffe et commence a\u0300 fondre, l’agitation thermique de\u0301truit l’architecture cristalline et de\u0301sorganise les mole\u0301cules. Mais curieusement, la densite\u0301 du liquide n’e\u0301volue pas de fac\u0327on line\u0301aire : elle augmente jusqu’a\u0300 environ 4 \u00b0C avant de diminuer. Comment l’expliquer ?<\/p>\n

\u00ab\u00a0Par le fait que l’eau, dans cette gamme de tempe\u0301rature, se comporte comme un liquide a\u0300 trous \u00ab\u00a0, s’e\u0301merveille Fre\u0301de\u0301ric Caupin. Car le re\u0301seau de te\u0301trae\u0300dres est encore suffisamment important pour produire de nombreux espaces vides. Les mole\u0301cules libres de leur mouvement peuvent alors s’y engouffrer, d’ou\u0300 la hausse de densite\u0301 ! \u00ab\u00a0Cette tempe\u0301rature de 4 \u00b0C n’a donc rien de magique, indique Fre\u0301de\u0301ric Caupin. Elle re\u0301sulte d’une compe\u0301tition entre l’agitation des mole\u0301cules et leur propension a\u0300 former des re\u0301seaux de te\u0301trae\u0300dres. \u00a0\u00bb<\/p>\n

Au-dela\u0300 de 4 \u00b0C, c’est le de\u0301sordre qui l’emporte : la densite\u0301 diminue alors continu\u0302ment tout comme le nombre de te\u0301trae\u0300dres. Ce phe\u0301nome\u0300ne joue un ro\u0302le fondamental dans la stratification des lacs. En e\u0301te\u0301, leur tempe\u0301rature sera plus e\u0301leve\u0301e en surface et de plus en plus basse au-dessous, jusqu’a\u0300 atteindre 4 \u00b0C dans les profondeurs ou\u0300 l’eau la plus compacte \u00ab\u00a0coule\u00a0\u00bb. Mais c’est l’inverse qui se produit en hiver. L’eau sera de moins en moins froide sous la surface glace\u0301e, la tempe\u0301rature du fond restant de fait a\u0300 4 \u00b0C. \u00ab\u00a0Cette stratification, qui permet aux lacs de ne pas geler entie\u0300rement, garantit la survie des poissons \u00ab\u00a0, pre\u0301cise Bruno Issenmann.<\/p>\n

5\/ Sur Uranus et Neptune, elle devient noire<\/b><\/p>\n

A\u0300 pression atmosphe\u0301rique normale et au-dessous de 0 \u00b0C, les mole\u0301cules d’eau cristallisent en formant des te\u0301trae\u0300dres qui s’emboi\u0302tent eux-me\u0302mes selon une ge\u0301ome\u0301trie hexagonale. Tel est le type d’eau solide, la glace, qu’on trouve sur notre plane\u0300te. Mais les mole\u0301cules peuvent interagir et s’agencer de bien d’autres manie\u0300res. Quand la pression est 2000 fois plus forte que celle de l’atmosphe\u0300re (2000 bars), elles constituent par exemple un cristal orthorhombique appele\u0301 \u00ab\u00a0glace II\u00a0\u00bb.<\/p>\n

En jouant sur les conditions de pression et de tempe\u0301rature, les chercheurs ont synthe\u0301tise\u0301 ainsi de nombreuses structures cristallines. La dernie\u0300re date de 2019. Observe\u0301e sous une pression inoui\u0308e de 2 millions de bars et une tempe\u0301rature de 5.000 \u00b0C, elle est tre\u0300s diffe\u0301rente de celle qui emplit nos conge\u0301lateurs. De couleur noire, quatre fois plus dense, elle s’organise selon une ge\u0301ome\u0301trie cubique… et conduit l’e\u0301lectricite\u0301 presque aussi bien qu’un me\u0301tal ! Baptise\u0301 \u00ab\u00a0glace XVIII\u00a0\u00bb ou \u00ab\u00a0glace superionique\u00a0\u00bb, ce mate\u0301riau n’est pas qu’une curiosite\u0301 de laboratoire. \u00ab\u00a0Il serait pre\u0301sent a\u0300 l’inte\u0301rieur des plane\u0300tes ge\u0301antes comme Neptune ou Uranus et leurs analogues extrasolaires, ou\u0300 les tempe\u0301ratures et pressions tre\u0300s e\u0301leve\u0301es permettraient la formation de cette glace tre\u0300s conductrice \u00ab\u00a0, indique Bruno Issenmann.<\/p>\n

6\/ C’est un extraordinaire dissolvant<\/b><\/p>\n

De\u0301posez une cuillere\u0301e de sel dans un verre d’eau, puis remuez. L’eau redeviendra vite tre\u0300s claire, les cristaux devenant invisibles car totalement dissous. Plus encore que l’ace\u0301tone ou le me\u0301thanol, l’eau fait partie des liquides qui dissolvent le mieux les compose\u0301s ioniques. A\u0300 l’instar du sel de cuisine (chlorure de sodium), ils sont constitue\u0301s d’ions portant une charge ne\u0301gative (ici l’ion chlorure Cl-) et d’ions charge\u0301s positivement (Na+ ). Or les mole\u0301cules d’eau interagissent fortement avec ces ions, ce qui permet de les dissocier, chaque ion s’entourant d’une coque de mole\u0301cules et se de\u0301plac\u0327ant librement dans le fluide.<\/p>\n

Par un me\u0301canisme similaire, impliquant cette fois les liaisons hydroge\u0300ne, l’eau dissout e\u0301galement la totalite\u0301 des espe\u0300ces polaires : de la famille des sucres, des alcools, des amines, des acides et autres compose\u0301s alcalins. Ces cohortes de mole\u0301cules pourront se disperser, se rencontrer et e\u0301ventuellement re\u0301agir entre elles. Elles seront en outre facilement convoye\u0301es, gra\u0302ce a\u0300 l’eau pre\u0301sente dans la se\u0300ve (95 %), le plasma sanguin (90 %) ou les cellules de notre corps (70 %). Essentielles pour l’activite\u0301 cellulaire, les prote\u0301ines se solubilisent aussi parfaitement dans l’eau gra\u0302ce aux groupements d’alcools ou d’amines qu’elles contiennent.<\/p>\n

7\/ Marcher sur l’eau ne rele\u0300ve pas du miracle<\/b><\/p>\n

Si la rose\u0301e se condense en gouttes sphe\u0301riques sur les feuilles d’un arbre et que des insectes comme le gerris – ou punaise d’eau – peuvent marcher sur un e\u0301tang, c’est parce que l’eau posse\u0300de une sorte de \u00ab\u00a0peau\u00a0\u00bb. A\u0300 l’interface entre l’air et le liquide, les mole\u0301cules d’eau auront en effet moitie\u0301 moins de voisines avec lesquelles interagir. Elles seront plus fortement attire\u0301es vers l’inte\u0301rieur du fluide et sur le plan horizontal, cre\u0301ant une force de tension a\u0300 sa surface. En raison des liaisons hydroge\u0300ne, cette \u00ab\u00a0tension superficielle\u00a0\u00bb de l’eau atteint 72,8 millinewtons par me\u0300tre a\u0300 tempe\u0301rature ambiante.<\/p>\n

\u00ab\u00a0Une valeur bien plus importante que la plupart des autres liquides. Seul le mercure fait mieux \u00ab\u00a0, pre\u0301cise Damien Laage. En 2017, les chercheurs de l’institut Lumie\u0300re matie\u0300re (Universite\u0301 Claude-Bernard Lyon 1\/CNRS) ont mesure\u0301 la force de traction jusqu’a\u0300 laquelle l’eau pouvait e\u0302tre e\u0301tire\u0301e tel un e\u0301lastique. Gra\u0302ce a\u0300 des lasers et en e\u0301tudiant des gouttes de 5 millionie\u0300mes de me\u0300tre, ils ont e\u0301tabli que \u00ab\u00a0cette force e\u0301tait 1400 fois plus importante que la pression atmosphe\u0301rique \u00ab\u00a0, s’e\u0301bahit Fre\u0301de\u0301ric Caupin. Au-dela\u0300, l’eau perd sa cohe\u0301sion… et craque litte\u0301ralement avant de reformer une bulle.<\/p>\n

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Africa-Press – Djibouti. La formule chimique de la mole\u0301cule d’eau est sans doute la plus ce\u0301le\u0300bre de toutes. En raison du caracte\u0300re vital et si familier de cette ressource, d’abord ; et parce qu’elle est aussi l’une des plus simples qui soit ! 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