Les scientifiques assistent à la naissance de molécules d’eau à la plus petite échelle jamais vue

C’est l’une de ces questions scientifiques si simples, mais si fondamentales, qu’il est difficile de croire que nous n’avons pas de réponse jusqu’à présent : à quoi ressemble l’eau lorsqu’elle se forme ? Des océans aux étangs, nous connaissons le résultat final, mais personne n’a jamais vu naître une nouvelle molécule d’eau. Comme le dit le proverbe, l’eau, l’eau, est partout, mais la façon dont elle se forme est si mystérieuse qu’elle nous donne envie de boire.

Cela a changé grâce au travail des ingénieurs de la Northwestern University. Grâce à une nouvelle méthode d’analyse des molécules de gaz, ils ont pu observer la formation d’eau à la plus petite échelle jamais enregistrée. Non seulement ils ont vu la petite goutte d’eau, mais ils ont également déclaré que leur expérience pourrait avoir d’énormes conséquences, ici sur Terre et sur d’autres planètes.

Le palladium est un métal intéressant en raison de sa capacité à absorber d’énormes quantités d’hydrogène. Même si certaines réactions chimiques nécessitent des environnements soigneusement calibrés, le palladium est capable de réaliser cet exploit à température ambiante et à pression atmosphérique normale. Mais la raison derrière cela reste « insaisissable », écrivent les ingénieurs dans leur étude.

« C’est un phénomène bien connu, mais il n’a jamais été entièrement compris », a déclaré Yukun Liu, un doctorant qui a travaillé sur l’étude. déclaration. « Parce qu’il faut vraiment pouvoir combiner la visualisation directe de la production d’eau avec l’analyse de la structure au niveau atomique afin de comprendre ce qui se passe avec la réaction et comment l’améliorer. »

En janvier, Vinayak Dravid, professeur à l’Université Northwestern, a dévoilé un nouvel appareil. technique Pour observer les atomes, on utilise une membrane contenant des molécules de gaz, qui peuvent ensuite être examinées sous de puissants microscopes électroniques. La nouvelle méthode a permis d’observer les particules avec une résolution de 0,102 nanomètres, soit approximativement la même taille que les plus petites molécules.

« Nous pensons qu’il s’agit peut-être de la plus petite bulle jamais formée qui ait été observée en direct. Ce n’est pas ce à quoi nous nous attendions. Heureusement, nous l’enregistrions, afin de pouvoir prouver aux autres que nous ne sommes pas fous. »

Dans la revue PNAS Liu, Dravid et leurs collègues décrit Comment ils ont utilisé cette technique pour surveiller les molécules d’hydrogène entrant dans le palladium. En temps réel, ils ont vu de minuscules bulles d’eau se former à la surface du palladium.

« Nous pensons qu’il s’agit peut-être de la plus petite bulle jamais formée et observée directement », a déclaré Liu. « Ce n’est pas ce à quoi nous nous attendions. Heureusement, nous l’enregistrions, pour pouvoir prouver aux autres que nous ne sommes pas fous.

La méthode est similaire au personnage de Matt Damon dans Martien Brûler du carburant de fusée pour extraire de l’hydrogène et ajouter de l’oxygène pour former de l’eau, a déclaré Dravid. « Notre processus est similaire, sauf que nous contournons le besoin d’incendie et d’autres conditions extrêmes », a-t-il ajouté. «Nous avons simplement mélangé du palladium et des gaz.»

Pour s’assurer qu’ils surveillaient l’eau, ils ont mesuré l’énergie perdue en raison de la diffusion des électrons au cours du processus. Le résultat était identique à celui trouvé lors du processus de liaison de l’oxygène dans l’eau.

Parce qu’ils ont pu voir ce qui se passait à si petite échelle, les ingénieurs ont pu démarrer le processus et avoir une idée plus précise des conditions nécessaires pour que le palladium génère de l’eau. Ils ont découvert que l’exposition du métal à l’oxygène avant l’hydrogène ralentit la vitesse de réaction, alors que l’inverse se produit lorsque l’hydrogène est ajouté en premier.

Cette prise de conscience pourrait contribuer à alimenter les futurs projets de production d’eau, qu’ils visent à amener de l’eau dans des régions arides de la Terre, dans l’espace ou même sur d’autres planètes. Mieux encore, ce processus ne modifie pas la structure moléculaire du palladium, ce qui signifie que la même pièce peut être utilisée encore et encore.

« Le palladium peut paraître cher, mais il est recyclable », a déclaré Liu. « Notre procédé n’en consomme pas. La seule chose consommée est du gaz, et l’hydrogène est le gaz le plus abondant dans l’univers. Après la réaction, nous pouvons réutiliser la plateforme de palladium encore et encore. »

C’est une excellente nouvelle, car l’eau est essentielle pour toute base habitée sur la Lune ou toute mission sur Mars. C’est une nouvelle encore meilleure pour Matt Damon, qui a la mauvaise habitude notoire de l’attraper. en rapport Sur des planètes inhospitalières.