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De l'eau à des pressions négatives

Mona El Mekki Azouzi et Frédéric Caupin viennent de publier en collaboration avec C. Ramboz (ISTO, Orléans) et J.F. Lenain (GRESE, Limoges) un article intitulé A coherent picture for water at extreme negative pressure dans la revue Nature Physics. Dans cet article, les chercheurs se sont intéressés à la cavitation de l'eau à pression négative.

En effet, la grande cohésion de l’eau permet de mettre ce liquide sous tension importante sans qu’il ne se vaporise. Lorsque la tension augmente encore, la cohésion se rompt et le liquide se transforme en gaz : on dit qu’il cavite. Pour étudier expérimentalement ce phénomène, les chercheurs ont utilisé une méthode très performante introduite par le groupe d’Austen Angell (Department of Chemistry, Arizona State University, USA) en 1991. Procédant comme une sorte de cocote-minute à l’envers, cette méthode consiste à refroidir à volume constant des inclusions d’eau liquide contenues dans un cristal de quartz, comme représentées sur la photographie. L’eau, qui se contracte plus que le quartz en se refroidissant est ainsi mise sous tension.

Jusqu’à présent, les expériences effectuées sur ces systèmes consistaient à mesurer le seuil d’apparition des bulles de vapeur sur de nombreuses inclusions en même temps, produisant des résultats très dispersés. Pour obtenir des mesures très précises, les physiciens ont mesuré le seuil d’apparition des bulles de nombreuses fois sur une seule inclusion bien choisie. Les chercheurs ont ainsi mesuré un taux d’apparition de bulles en accord avec le mécanisme de « nucléation homogène » et en désaccord avec les autres mécanismes. En outre, ces expériences ont permis de localiser la température du maximum de densité de l’eau à pression négative : 27°C pour une densité de 922.8 kg/m3. Cette découverte constitue une avancée sur le diagramme de phase de l’eau, encore très débattu.

Cet article fait partie des articles les plus téléchargés du moment du journal nature physics.

Facettage contrôlé par électromigration

Fatima Barakat, Kirsten Martens et Olivier Pierre-Louis, ont publié un article intitulé Nonlinear wavelength selection in surface facetting under electromigration dans la revue Physical Review Letters.

De nombreuses surfaces cristallines sont thermodynamiquement instables. Cette instabilité, appelée facettage, mène en général à une morphologie de surface en toit d'usine. Les auteurs proposent de contrôler cette instabilité en appliquant un courant électrique au cristal, qui induit l'électromigration des atomes à la surface. Selon son amplitude et sa direction, l’électromigration peut faire disparaître l'instabilité, menant à une surface plane, ou renforcer l’instabilité, menant à  une dynamique de mûrissement perpétuel (augmentation indéfinie de la longueur d'onde). Pour les cas intermédiaires, les auteurs prédisent que l'instabilité de facettage produit des structures avec une longueur d'onde fixe. La sélection de cette longueur d'onde représente un nouveau scénario nonlinéaire qui pourrait être pertinent pour d'autres systèmes.

Fluctuations thermiques en nanofluidique

François Detcheverry et Lydéric Bocquet ont publié un article intitulé Thermal fluctuations in nanofluidic transport dans la revue Physical Review Letters.

Ce travail met en évidence l'influence des fluctuations thermiques sur le transport dans des pores de taille nanométrique. En effet, l'agitation thermique engendre un écoulement stochastique du fluide confiné, avec en particulier un mouvement aléatoire du centre de masse du fluide. Une description analytique du phénomène est proposée, sur la base des équations de l'hydrodynamique fluctuante. Les conséquences expérimentales sont discutées dans deux situations : (i) pour une particule traversant le pore, une augmentation du coefficient de diffusion effectif et (ii) dans un nanopore chargé, une contribution nouvelle aux fluctuations du courant électrique.