Les scientifiques ont réussi à maintenir les gouttelettes d’eau sous forme liquide à -47,2 degrés Fahrenheit
Une nouvelle étude montre que le point de congélation final de l’eau vient de tomber.
Des scientifiques du Texas ont pu réduire la limite à laquelle l’eau (H2O) gèle à -47,2 °F (-44 °C), contre -36,4 °F (-38 °C).
Les experts ont fait leur record en utilisant des gouttelettes d’un diamètre d’environ 2 nanomètres seulement – environ un million de fois plus petites qu’un flocon de neige.
Leurs recherches sont importantes car le point de congélation de minuscules gouttelettes d’eau joue un rôle dans la survie des animaux dans des environnements froids, disent-ils.
Une goutte d’eau gelée à l’intérieur d’une cellule animale provoque la rupture et la mort de la cellule.
Comprendre les conditions qui conduisent à la formation de glace peut également aider la recherche en science planétaire, comme l’évaluation des conditions sur d’autres mondes.
Des chercheurs de l’Université de Houston signalent un déphasage de la glace d’eau jusqu’à 2 nanomètres (nm) de diamètre.
Les chercheurs ont mis des gouttelettes aussi petites que 2 nanomètres en contact avec des interfaces lisses, telles que des gels et des lipides. Une illustration du document de recherche de l’équipe montre une nanoélectrode enfermée dans de l’huile où la nucléation de la glace – le processus principal qui se produit dans la formation de cristaux à partir d’une solution – se produit
Auparavant, on savait qu’une goutte d’eau gèle à n’importe quelle température entre 32 °F et -36,4 °F (0 °C à -38 °C).
Selon les auteurs de l’étude, le gel en dessous de ce degré était jusqu’à présent inévitable à l’Université de Houston.
« La transformation de la glace d’eau de quelques gouttelettes à l’échelle nanométrique joue un rôle essentiel dans la nature, notamment le changement climatique, la microphysique des nuages, le mécanisme de survie des animaux dans les environnements froids et un large éventail de technologies », disent-ils.
Les résultats fournissent une compréhension de divers phénomènes naturels et ouvrent la voie à la conception de surfaces biomimétiques ultra-hautes antigel ou lisses remplies de fluide.
La transformation de l’eau en glace est l’un des plus grands mystères de la science, selon l’équipe, et comment et pourquoi cela se produit fait l’objet d’un examen minutieux.
L’eau a en fait des propriétés étranges – contrairement à d’autres liquides, elle devient moins dense lorsqu’elle gèle. C’est pourquoi les blocs de glace d’eau flottent sur l’eau liquide au lieu de couler au fond.
L’eau liquide se dilate lorsqu’elle commence à atteindre son point de congélation, ce qui fait que les lacs gèlent par le haut plutôt que par le bas.
Étonnamment, les plus petites nano-gouttelettes d’eau dans lesquelles la glace peut se former ne dépassent pas 90 molécules d’eau, soit un dixième de la taille du plus petit virus.
Pour en savoir plus sur la cristallisation de l’eau dans la glace au niveau moléculaire, l’équipe a placé des gouttelettes aussi petites que 2 nanomètres en contact avec des interfaces molles, telles que des gels et des lipides.
L’eau liquide se dilate lorsqu’elle commence à atteindre son point de congélation, ce qui fait que les lacs gèlent par le haut plutôt que par le bas. Sur la photo, la glace gelée du lac Baïkal en Russie
Ils ont découvert qu’ils étaient capables de maintenir de minuscules gouttelettes sous forme liquide jusqu’à -47,2 degrés Fahrenheit en entrant en contact avec des surfaces molles.
On pense que la suppression de la nucléation de la glace – le processus initial qui se produit dans la formation de cristaux à partir d’une solution – est due à la pression exercée sur les gouttelettes de l’interface molle.
« Nous avons découvert que si une goutte d’eau est en contact avec une interface molle, la température de congélation peut être bien inférieure à celle des surfaces dures », a déclaré l’auteur de l’étude, le professeur Hadi Ghasemi de l’Université de Houston.
« De plus, une goutte d’eau de quelques nanomètres peut éviter de geler à -44 degrés Celsius si elle entre en contact avec une interface souple. »
On sait déjà que le point de congélation de l’eau diminue pendant la pression, explique le Dr Christopher S. Baird de la West Texas A&M University, qui n’a pas participé à l’étude.
« Pour la plupart des liquides, presser l’eau augmente la température à laquelle le liquide gèle pour devenir un solide », a-t-il déclaré.
Chaque molécule d’eau contient deux atomes d’hydrogène (H) liés à un atome d’oxygène (O).
Un solide se forme lorsque les molécules lâches ondulées d’un liquide ralentissent suffisamment et se rapprochent suffisamment pour former des liaisons stables qui les maintiennent en place.
Lorsque nous pressurisons un liquide, nous forçons les molécules à se rapprocher les unes des autres. Ainsi, il peut former des liaisons stables et devenir solide même si la température est supérieure au point de congélation à la pression standard.
Cependant, l’eau est quelque peu unique. Les molécules d’eau diffusent lorsqu’elles se lient à une structure cristalline solide.
« Cette action de diffusion des molécules d’eau pendant la congélation signifie également que la pression sur l’eau abaisse le point de congélation. »
La déformation de l’eau, comme la façon dont elle gèle, est la clé de nombreux processus naturels et technologiques.
L’équipe de l’Université de Houston affirme que la nouvelle étude pourrait également aider à prédire le climat, les conditions nuageuses, la cryoconservation des organes et les technologies exposées aux conditions de glace telles que les avions et les éoliennes.
Leur étude a été publiée dans Communication Nature.
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