Dr. José Teixeira

Laboratoire Léon Brillouin (CEA/CNRS)

« Les anomalies de l'eau à basse température et les modèles à l'échelle moléculaire »

La plupart des propriétés "anormales" de l'eau liquide nous sont très familières, tout simplement parce que l'eau est pratiquement le seul liquide naturel présent à la surface de la Terre.

Malgré la simplicité de la molécule, constituée de seulement 3 atomes, l'eau est un liquide complexe à cause des liaisons chimiques très directionnelles qui se forment entre molécules voisines. D'une énergie relativement élevée par rapport à la température ambiante, les liaisons ont néanmoins des temps de vie inférieurs à la ps. La structure locale du liquide est très ouverte, chaque molécule étant entourée de seulement 4 voisines formant un tétraèdre.

Depuis plus d'un siècle, des modèles de mélange de deux phases et des modèles dits continus se sont affrontés, les expériences plus récentes étant en faveur des deuxièmes. Des simulations de la dynamique moléculaire ont été pratiquées avec plus d'une cinquantaine de potentiels ad hoc qui n'arrivent toujours pas à reproduire simultanément la structure et les propriétés thermodynamiques du liquide.

Les recherches les plus récentes concernent l'eau surfondue. A cause du polymorphisme de la glace amorphe et de certains potentiels, les modèles de mélange sont réapparus et postulent même l'existence d'un deuxième point critique à basse température et relativement haute pression, mais dans des domaines qui ne sont pas accessibles à l'expérience à cause de la nucléation de la glace cristalline.

Dans l'exposé, on donnera un aperçu des expériences réalisées récemment et des problèmes qui restent ouverts. On présentera en particulier un modèle où la dynamique et le nombre des liaisons jouent le rôle le plus important dans l'interprétation des anomalies thermodynamiques. Dans ce contexte, des expériences de diffusion de neutrons par écho de spin permettent d'accéder avec moins d'ambiguïté à la dynamique des liaisons.

Un café+croissant sera servi dans le hall à partir de 10h45.

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