Nous connaissons enfin l’épaisseur exacte de la frontière entre l’eau et l’air

En utilisant des lasers, une équipe de scientifiques allemands est parvenue à déterminer l’épaisseur exacte de la barrière entre l’eau et l’air, avec des implications potentielles pour la production d’énergies renouvelables.

Mesurer précisément l’interface air-eau

Les molécules d’eau sont généralement orientées de manière aléatoire. S’il avait été précédemment montré que celles se trouvant à la surface présentaient un alignement particulier, les empêchant de former des liaisons hydrogènes avec les molécules d’air juste au-dessus d’elles, cette « barrière » n’avait jusqu’à présent jamais pu être mesurée précisément.

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C’est désormais chose faite, grâce aux travaux de Martin Thämer, de l’Institut Fritz-Haber, et de ses collègues, pré-publiés sur le serveur arXiv.

Le protocole expérimental a impliqué deux faisceaux laser minutieusement calibrés, braqués sur des molécules d’eau afin de les faire vibrer. En étudiant les changements des propriétés de la lumière qu’elles réfléchissaient (incluant sa fréquence), l’équipe a pu estimer précisément l’épaisseur de l’inteface air-eau. Celle-ci a été confirmée en répétant les mêmes opérations avec un échantillon d’eau dans lequel les atomes d’hydrogène avaient été remplacés par du deutérium, isotope de ce gaz notamment utilisé dans les réactions de fusion nucléaire.

Une soixantaine d’heures se sont révélées nécessaires pour obtenir une mesure précise de cette frontière, composée de trois couches de molécules d’eau orientées de manière inhabituelle et mesurant moins d’un nanomètre d’épaisseur.

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D’importantes implications

Déterminer précisément comment les molécules d’eau se comportent se révèle essentiel pour notre compréhension de nombreux phénomènes naturels, comme la dissolution de gaz atmosphériques dans l’océan, et l’amélioration de nombreux processus, allant des réactions de catalyse à la production d’hydrogène.

Pour les auteurs de la nouvelle étude, la prochaine étape consistera à sonder d’autres propriétés de l’interface air-eau, pour laquelle il n’existe actuellement pas de consensus théorique.

« L’eau est présente partout, du corps humain à l’atmosphère terrestre, mais nous sommes encore loin d’avoir percé tous ses mystères », conclut Thämer.

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