Et pourtant elle coule

Amine Dehaoui, Bruno Issenmann et Frédéric Caupin (équipe Liquides et Interfaces), ont publié un article intitulé "Viscosity of deeply supercooled water and its coupling to microscopic diffusion" dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

L'eau liquide peut exister au-dessous de 0° C dans un état de surfusion, mais la moindre perturbation déclenche la nucléation et la croissance d'un cristal. C’est ce qui arrive aux gouttes d’une pluie verglaçante quand elles atteignent le sol. Pour cette raison, les propriétés de l'eau surfondue sont extrêmement difficiles à mesurer. Pourtant, elles possèdent de nombreuses anomalies qui constituent la clef de notre compréhension de l’eau et de son réseau complexe de liaisons hydrogène. En mesurant la vitesse d'écoulement de l'eau dans un petit tube, la viscosité de l'eau a été obtenue jusqu'à -24 ° C par Hallett en 1963, et jusqu’à -35 ° C par Osipov et al. en 1977. Cependant des doutes ont été émis au sujet de ces dernières données. Les chercheurs de l’ILM ont utilisé une autre méthode: ils ont suivi les mouvements spontanés de billes de polystyrène de 400 nm de diamètre en suspension dans l'eau et soumis aux chocs aléatoires de molécules d'eau. L'amplitude de ce mouvement Brownien est liée à la taille des billes, à la température, et à la viscosité du liquide, comme l’a montré Albert Einstein en 1905. Les nouvelles données confirment les résultats de Hallett, mais révèlent un biais dans ceux d’Osipov et al. L'eau à -34 ° C est 14 fois plus visqueuse qu’à température ambiante. La comparaison avec les propriétés de diffusion des molécules d'eau révèle que la viscosité se découple de la diffusion translationnelle, tandis qu'elle reste couplée à la diffusion rotationnelle. Selon des simulations numériques, le découplage entre viscosité et translation pourrait être dû à l'existence dans l'eau en surfusion des mêmes hétérogénéités dynamiques que dans un liquide à proximité de sa transition vitreuse : les molécules les plus rapides ne sont pas distribuées uniformément, mais regroupées dans des régions de l'espace fluctuant dans le temps.

12/10/2015