July 12th, 2005<\/p>\n
L\u2019eau est un liquide dont les propri\u00e9t\u00e9s sont tout \u00e0 fait surprenantes, \u00e0 la fois comme liquide pur et comme solvant.<\/p>\n
C\u2019est un liquide tr\u00e8s coh\u00e9sif : ses temp\u00e9ratures de cristallisation et d\u2019\u00e9bullition sont tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9es pour un liquide qui n\u2019est ni ionique ni m\u00e9tallique, et dont la masse molaire est faible. Cette coh\u00e9sion est assur\u00e9e par les liaisons hydrog\u00e8ne entre mol\u00e9cules d\u2019eau ; l\u2019eau fait ainsi partie d\u2019un petit groupe de liquides qu\u2019on appelle liquides associ\u00e9s. Cependant, parmi ces liquides, la coh\u00e9sion de l\u2019eau est remarquable, et elle se traduit par une chaleur sp\u00e9cifique \u00e9norme. Cette r\u00e9sistance aux variations de temp\u00e9rature a des cons\u00e9quences climatiques importantes, puisque la capacit\u00e9 calorifique des oc\u00e9ans leur fait jouer le r\u00f4le de r\u00e9gulateurs thermiques du climat.<\/p>\n
L\u2019eau est aussi un liquide tr\u00e8s coh\u00e9sif d\u2019un point de vue di\u00e9lectrique : sa constante di\u00e9lectrique est bien plus \u00e9lev\u00e9e que celle qu\u2019on attendrait sur la base de la valeur du moment dipolaire de la mol\u00e9cule isol\u00e9e.<\/p>\n
C\u2019est aussi, dans les conditions usuelles de temp\u00e9rature et de pression, un liquide peu dense : les atomes y occupent moins de la moiti\u00e9 du volume total ; une grande partie du volume de l\u2019eau liquide est donc form\u00e9e de cavit\u00e9s. Le volume occup\u00e9 par ces cavit\u00e9s varie de mani\u00e8re tout \u00e0 fait anormale \u00e0 basse temp\u00e9rature. D\u2019abord, l\u2019eau se dilate quand on la refroidit en dessous d\u2019une temp\u00e9rature appel\u00e9e temp\u00e9rature du maximum de densit\u00e9. Ensuite, l\u2019eau se dilate encore de 9 % en cristallisant, contrairement \u00e0 la plupart des liquides, qui se contractent d\u2019environ 10 % en cristallisant. Cette augmentation de volume, qui fait flotter la glace sur l\u2019eau, a des cons\u00e9quences environnementales consid\u00e9rables : si la glace \u00e9tait plus dense que l\u2019eau liquide, toute la glace form\u00e9e dans les r\u00e9gions arctiques coulerait au fond des oc\u00e9ans au lieu de former une banquise qui les isole thermiquement des temp\u00e9ratures ext\u00e9rieures, et la production de glace continuerait jusqu\u2019\u00e0 cong\u00e9lation compl\u00e8te de ces oc\u00e9ans.<\/p>\n
Pour presque tous les liquides, l\u2019application d\u2019une pression r\u00e9duit la fluidit\u00e9 et favorise le solide par rapport au liquide. Au contraire, pour l\u2019eau \u00e0 basse temp\u00e9rature, l\u2019application d\u2019une pression accro\u00eet la fluidit\u00e9 et favorise le liquide par rapport \u00e0 la glace. Cet effet anormal de la pression permet \u00e0 l\u2019eau de rester fluide lorsqu\u2019elle est confin\u00e9e dans des pores ou des films nanom\u00e9triques, contrairement aux autres liquides qui se solidifient sous l\u2019effet des pressions de confinement. Cette persistance de l\u2019\u00e9tat fluide est capitale pour le fonctionnement des cellules biologiques : en effet, de nombreux processus requi\u00e8rent le d\u00e9placement de couches d\u2019hydratation avant le contact entre macromol\u00e9cules, ou avant le passage d\u2019un ligand vers son r\u00e9cepteur. De m\u00eame, le passage des ions \u00e0 travers les canaux qui traversent les membranes des cellules n\u2019est possible que gr\u00e2ce \u00e0 l\u2019\u00e9tat fluide de l\u2019eau confin\u00e9e dans ces canaux.<\/p>\n
Les th\u00e9ories anciennes attribuaient toutes ces anomalies au fait que les mol\u00e9cules d\u2019eau sont li\u00e9es par des liaisons H. En ce sens, l\u2019eau devrait avoir des propri\u00e9t\u00e9s “en ligne” avec celles d\u2019autres liquides associ\u00e9s (\u00e9thanol, glycols, amides). Pour les propri\u00e9t\u00e9s de coh\u00e9sion, c\u2019est une bonne hypoth\u00e8se de d\u00e9part \u2013 bien que les propri\u00e9t\u00e9s de l\u2019eau (densit\u00e9 d\u2019\u00e9nergie coh\u00e9sive, constante di\u00e9lectrique) soient sup\u00e9rieures \u00e0 celles des liquides comparables. Pour les autres propri\u00e9t\u00e9s, cette hypoth\u00e8se n\u2019est pas suffisante : les autres liquides associ\u00e9s ne partagent pas les propri\u00e9t\u00e9s volumiques anormales de l\u2019eau, ni son polymorphisme, ni son comportement comme solvant. Certains liquides ont un comportement qui ressemble \u00e0 celui de l\u2019eau pour une de ses propri\u00e9t\u00e9s : par exemple, on conna\u00eet quelques liquides qui se dilatent \u00e0 basse temp\u00e9rature, ou en cristallisant. Nous d\u00e9couvrirons peut-\u00eatre un jour que chacune des propri\u00e9t\u00e9s anormales de l\u2019eau existe aussi dans un autre liquide. Cependant, il est remarquable qu\u2019un seul liquide rassemble autant d\u2019anomalies. Il y a donc un besoin d\u2019explication, auquel ne r\u00e9pondent pas les th\u00e9ories d\u00e9velopp\u00e9es pour les liquides simples.<\/p>\n
Bernard Cabane, physicien, est directeur de recherche au CNRS.<\/em><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Recent conference on water at the Universit\u00e9 de tous les savoirs July 12th, 2005 Th\u00e8me de la conf\u00e9rence : L\u2019eau est un liquide dont les propri\u00e9t\u00e9s sont tout \u00e0 fait surprenantes, \u00e0 la fois comme liquide pur et comme solvant. C\u2019est un liquide tr\u00e8s coh\u00e9sif : ses temp\u00e9ratures de cristallisation et d\u2019\u00e9bullition sont tr\u00e8s \u00e9lev\u00e9es […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":0,"parent":456,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-464","page","type-page","status-publish","hentry"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/464","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=464"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/464\/revisions"}],"up":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/pages\/456"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/bernardcabane.net\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=464"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}