- Un article publié dans Physical Review par des scientifiques des universités de Grenade et de Barcelone pourrait changer sous peu les processus de désalinisation et de filtrage des eaux.
- L’eau liquide possède un étrange ensemble de propriétés que les autres composés chimiques ne partagent pas : jusqu’à 65 anomalies. Les nanocanaux sont des espèces de tunnels extrêmement petits, dont le diamètre interne est de 1 à 100 nanomètres.
Des scientifiques des universités de Grenade et de Barcelone ont décrit pour la première fois au niveau moléculaire la diffusion de l’eau à l’état liquide à travers de nanocanaux, des espèces de tunnels extrêmement petits, dont le diamètre interne est de 1 à 100 nanomètres (nm, unité de longueur équivalente à la mille-millionième partie d’un mètre, employée dans le domaine de la nanotechnologie). Les scientifiques utilisent ces canaux afin d’étudier le comportement des molécules.
Ce travail pourrait changer sous peu les processus habituels de désalinisation et de filtrage des eaux qui, comme cela vient d’être démontré dans deux articles publiés dans Science, feront l’objet d’une révolution grâce à l’introduction de membranes de graphène et de nano-couches de carbone dans lesquels l’eau se diffuse très rapidement lorsque la section des pores est de l’ordre de 1 nm.
L’eau liquide possède un étrange ensemble de propriétés que les autres composés chimiques ne partagent pas : jusqu’à 65 anomalies. Certaines parmi elles sont connues depuis plus de 300 ans, comme le fait de se diffuser au dessous de -4º centigrades. Beaucoup d’entre elles sont du type dynamique, par exemple la responsable que les molécules d’eau se déplacent plus vite à une densité plus élevée, et toutes sont la conséquence des propriétés du réseau de liaison par pont d’hydrogène que forment les molécules d’eau, et qui induit la formation de structures approximativement tétraédriques de quatre molécules autour d’une centrale. Cependant, cette disposition géométrique change avec la pression et la température et, jusqu’à cette date, malgré la simplicité de cette molécule, il n’existait aucune description moléculaire de l’eau décrivant toutes ses propriétés connues à l’état liquide.
Un mystère toujours irrésolu
Particulièrement confus sont les résultats sur la diffusion de l’eau contenue par des parois hydrophobiques. Ni les expérimentations ni les simulations par ordinateur éclairent tout à fait si ce confinement favorise ou bien réduit la mobilité des molécules, bien que, grosso modo, elles paraissent indiquer que celle-ci diminue ou augmente selon que la largeur des conduits soit inférieure ou supérieure à 1 mn.
Dans un article paru dans la prestigieuse revue Physical Review, les professeurs Francisco de los Santos Fernández (Université de Grenade) et Giancarlo Franzese (Université de Barcelone) ont étudié en théorie et par simulation comment réagit l’eau lorsqu’elle se trouve confinée à échelle nanométrique entre deux plaques hydrophobiques. Leur travail a démontré que la diffusion anormalement rapide de l’eau nano-confinée est la conséquence de la compétition entre, d’une part, la rupture et formation de liaisons par pont d’hydrogène et, d’autre part, la disponibilité de volume libre pour que les molécules de réorganisent.
Lorsque l’eau se diffuse dans les canaux à section inférieure à 1 nm, la diffusion macroscopique est seulement possible s’il y a mouvement coopératif de molécules, avec la conséquente rupture des liaisons par pont d’hydrogène dans les zones de 1 nm. Dans les canaux à section inférieure à 1 nm, la diffusion est facilitée car elle ne doit pas rompre autant de liaisons. Ainsi, selon démontre cet article, 1 nanomètre est l’échelle à partir de laquelle les effets coopératifs dans l’eau entrent en jeu et déterminent les propriétés macroscopiques.
Image adjointe : La figure illustre une possible disposition de 12 molécules d’eau et leurs liaisons par pont d’hydrogène dans la zone coopérative de 1 nm.
Référence bibliographique : F. de los Santos and G. Franzese, Phys. Rev. E 85, 010602(R) (2012). URL: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevE.85.010602
Contacto: Francisco de los Santos Fernández. Département d’Électromagnétisme et de Physique de la Matière de l’Université de Grenade. Tél.:958 244 014. Courriel: fdlsant@ugr.es
