Le polymorphisme amorphe de l'eau
L'eau est la seule substance que l'on peut trouver dans la nature à l'état solide, liquide et gazeux. Dans sa forme liquide, en particulier, il existe une immense variété de formes cristallines et d'états vitreux appelés glaces amorphes. La quantité d'acronymes différents utilisés pour les décrire est représentative des multiples voies permettant de les préparer. Combien existe-t-il de glaces amorphes différentes? Cette question encore sans réponse de la distinction, de la définition et de l'identification des états vitreux de l'eau a été abordée par le projet SULIWA (Deeply supercooled liquid water), financé par l'UE. Durant les cinq années de l'étude, les scientifiques n'ont pu qu'effleurer la surface des états de l'eau à basse température. L'équipe SULIWA a cependant découvert un nouveau liquide à forte densité formé par de l'eau à des températures inférieures à – 157 °C. Il s'agit de la température la plus basse à laquelle l'eau liquide n'a jamais été observée. Les scientifiques ont également découvert que ce liquide pouvait coexister, à une température d'environ – 130 °C, avec un état d'eau liquide différent de faible densité. Les scientifiques ont étudié les réactions pouvant se produire à de telles faibles températures, comme l'inclusion dans une molécule hôtesses de glace moléculaire ainsi que la réaction de protonation. Aucune de ces réactions n'était trop lente. L'observation d'un tel polymorphisme liquide devrait détenir la réponse à des questions telles que pourquoi le comportement de l'eau peut être si différent ou pourquoi la glace flotte sur l'eau liquide. La glace n'est pas uniquement présente à des températures inférieures à -100 °C, mais également dans l'atmosphère terrestre à des températures pouvant atteindre 0 °C. Le projet SULIWA a étudié le processus de gel de gouttelettes d'eau liquide et a obtenu des résultats surprenants. En fonction de leur taille, après le gel des gouttelettes, une couche liquide recouvre le noyau gelé. Cette seconde couche gèle ou se transforme en couche vitreuse avant de continuer à geler. Les résultats de SULIWA contribueront à améliorer la compréhension de la microphysique des nuages et les modèles de climat terrestre. L'albédo des nuages, en particulier, est différent lorsque de la glace cristalline, de l'eau vitreuse ou des solutions liquides recouvrent la surface des particules. C'est ainsi que de nouveaux arguments viennent stimuler le long débat sur les nombreuses particularités de l'eau.
Mots‑clés
Eau, états vitreux, glaces amorphes, SULIWA, eau liquide, polymorphisme liquide
