Une récente découverte scientifique a révélé la formation d’eau à l’échelle moléculaire, un processus jusqu’à présent difficile à observer. Grâce à des nanoreacteurs et des techniques avancées, les chercheurs ont réussi à documenter cette réaction, ouvrant la voie à des applications potentielles sur Terre et dans l’espace.
La formule chimique de l’eau est connue de presque tout le monde, le H2O étant appris dès le plus jeune âge. Cependant, comme il ne s’agit pas d’un processus simple, cette vidéo récente est impressionnante : des chercheurs ont documenté, pour la première fois dans l’histoire, la formation d’eau à l’échelle moléculaire.
Dès le début, les personnes apprennent que les molécules d’eau sont constituées de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène : H2O. De plus, il est possible de décomposer une molécule d’eau déjà formée en atomes d’hydrogène et d’oxygène séparés.
Cette méthode, connue sous le nom d’hydrolyse, est très utile pour obtenir de l’hydrogène vert, utilisé comme combustible. Cependant, bien que cela puisse paraître simple, le processus est complexe.
C’est pourquoi il est intéressant que des chercheurs de l’Université Northwestern aient documenté, pour la première fois, la formation d’eau à l’échelle moléculaire.
Expérience réalisée à « nanoscale »
La raison pour laquelle il a été si difficile d’obtenir la réaction de formation d’eau jusqu’à présent est qu’il était nécessaire d’utiliser un catalyseur. On savait qu’un élément métallique rare, appelé palladium, pouvait jouer ce rôle. Cependant, le mécanisme n’était pas bien compris, rendant sa replication difficile.
Certaines réactions chimiques nécessitent ce qu’on appelle un catalyseur. Autrement dit, des molécules qui accélèrent la vitesse de la réaction jusqu’à ce que les substrats puissent se rencontrer pour donner naissance à leurs produits. Sans cela, la réaction ne se produit pas.
Les scientifiques ont donc testé différentes configurations puis ont enregistré le processus à l’échelle nanométrique.
Génération de nanobulles de H2O in situ. Source : Y. Liu, K. Koo, Z. Mao, X. Fu, X. Hu, V.P. Dravid, Dévoiler la réaction d’oxydation de l’hydrogène limitée par adsorption à la surface de palladium via la microscopie électronique in situ, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (40) e2408277121 (2024)
Pour obtenir la réaction de formation d’eau visible dans la vidéo, les scientifiques ont placé des échantillons de palladium dans des réacteurs très petits. Ces nanoréacteurs ont été ensuite scellés dans des membranes en verre ultrafines.
Une fois le support de réaction préparé, l’entrée d’oxygène et d’hydrogène a été permise dans la membrane. Pendant ce temps, le processus a été enregistré avec des microscopes électroniques à transmission à haute tension, capables de détecter des détails.
Les chercheurs ont observé que les atomes d’hydrogène étaient intégrés dans les plaques de palladium, séparant leurs propres atomes et s’entrelacant les uns aux autres. Peu de temps après, des bulles d’eau ont commencé à se former à la surface du palladium.
Les auteurs de l’étude croient qu’il s’agit des plus petites bulles d’eau jamais enregistrées.
La formation d’eau artificielle pourrait résoudre des problèmes terrestres et spatiaux
En plus d’avoir documenté la formation d’eau à l’échelle moléculaire, les chercheurs ont réussi à concrétiser cette formation de manière artificielle, ce qui pourrait avoir des applications intéressantes.
En effet, depuis le début de la course spatiale, la recherche d’eau dans l’espace a été d’une grande importance. Non seulement parce qu’elle pourrait indiquer l’existence actuelle ou passée de la vie, mais aussi parce que cette eau pourrait être utilisée pour ravitailler les futurs voyageurs spatiaux.
Cependant, étant donné que les chercheurs ont rencontré des difficultés pour la trouver, il serait pertinent que les astronautes puissent fabriquer leur propre eau.
Actuellement, des méthodes comme le recyclage de l’urine sont testées, mais fabriquer l’eau à partir de rien serait, bien sûr, mieux.
En plus de la production d’eau dans l’espace, comprendre la réaction de formation de l’eau peut être très utile pour synthétiser lors de périodes de sécheresse.
Bien que le palladium soit un élément très coûteux, il ne s’use ni ne se dégrade lors de la catalyse de la réaction. De plus, les membranes utilisées peuvent être réutilisées à plusieurs reprises, nécessitant simplement un réapprovisionnement en gaz, qui sont abondants dans l’air.
Toutefois, bien que cette découverte soit impressionnante et véritablement utile, il est crucial que d’autres recherches soient menées pour renforcer