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De la pluie sur demande grâce à un nouveau type de glace ?

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L'eau, malgré la simplicité de sa molécule et les innombrables recherches qui lui ont été consacrées, conserve bien des mystères. Dernière découverte en date : une cristallisation sous forme d'empilements de structures pentagonales alors que les flocons de neige sont constitués de cristaux hexagonaux. Anecdotique ? Non : de telles structures pourraient servir à provoquer artificiellement la pluie.

Les filaments de glace formés de quasi-cristaux nanométriques pentagonaux. Crédit : Matt Forster, University of Liverpool

L'eau liquide possède des propriétés uniques pour un biologiste et même pour un chimiste car c'est un excellent solvant, à tel point qu'on la désigne parfois de façon un peu exagérée comme un solvant universel. Pour le physicien aussi, l'eau est un inépuisable sujet de réflexion dont tous les secrets ne sont pas encore compris, même si des simulations basées sur l’équation de Schrödinger ont permis de grands progrès.

L'un des domaines de recherche des physico-chimistes est de mieux comprendre la transition de phase faisant passer l'eau de l'état liquide à la glace. Le domaine des transitions de phase est notoirement difficile, même si ces phénomènes sont mieux compris depuis une trentaine d'années grâce aux travaux de physiciens du calibre de Kenneth Wilson et au recours à des simulations sur réseau à l'aide des méthodes de dynamique moléculaire et de Monte Carlo. Malgré ces avancées, la supraconductivité à haute température critique, par exemple, résiste encore à la sagacité des théoriciens.

L'un des domaines de la physico-chimie encore très actif concerne les interfaces entre deux milieux. De manière générale, on parle d'ailleurs de physique et de chimie des surfaces. Dans ce cadre, un groupe de chercheurs, parmi lesquels Andrew Hodgson du Surface Science Research Centre de l'université de Liverpool, s'est intéressé au passage de l'eau liquide à l'état de glace à la surface du cuivre, avec des équipes de l'University College de Londres et de l'Institut Fritz-Haber à Berlin.

Un cristal de glace hexagonal. Cliquer sur l'image pour l'agrandir. Crédit : cosmicastronomy.com

De meilleurs germes de nucléation pour provoquer des précipitations ?

L'un des objectifs était de comprendre comment, à l'échelle nanométrique, se forment les cristaux de glace dans les nuages. En principe, ces cristaux, en particulier des flocons de neige, possèdent une structure hexagonale. Mais dans les conditions de l'expérience, ces physiciens ont remarqué la formation de longs filaments de glace ne respectant pas cette règle.

En analysant leur structure, les chercheurs se sont aperçus qu'ils étaient constitués d'un empilement de quasi-cristaux de glace de forme pentagonale. Cette structure inédite pourrait conduire à la création de nouveaux composés capables de servir de germes de nucléation pour provoquer artificiellement de la pluie ou dissiper des brouillards.

La technique déjà connue, basée sur le saupoudrage des nuages avec de l'iodure d'argent, conduit à la formation de cristaux de glace puis de neige qui fondent en donnant de la pluie. Son résultat est plus ou moins aléatoire et dépend des conditions météorologiques. Certains le mettent même en doute. Les travaux que les chercheurs viennent de publier dans Nature Materials pourraient, selon eux, faire la différence. Plus généralement et plus probablement, cette découverte devrait permettre de mieux comprendre les réactions chimiques dans l'eau sur des surfaces.

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