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Collaboration internationale en Chimie : origines des anomalies thermodynamiques et dynamiques de l'eau liquide métastable – ANOMWATER

Résumé de soumission

L?eau est parmi les substances les plus importantes et les plus étudiées sur terre ; pourtant, les origines des anomalies de ses propriétés thermodynamiques, dynamiques et structurelles ont échappé à une compréhension complète. Des travaux théoriques, numériques, et expérimentaux suggèrent que des indices relatifs à ces origines se trouvent dans les états métastables de l?eau à pression négative (régime surchauffé et étiré) et à des températures de surfusion. Ce projet conjoint propose un ensemble vaste et nouveau de techniques pour relever le défi de fournir une analyse expérimentale complète de ces états. Les résultats du projet poseront les bases d?une connaissance améliorée de l?eau et constitueront un terrain de formation riche pour les étudiants en physico-chimie expérimentale. Questions principales: Q1) Diagramme de phase et structure dans les régimes surchauffé et étiré, et surfondu. L?équation d?état n?a jamais été établie loin dans ces régimes, laissant ouverte des questions fondamentales à propos des propriétés qui pourraient expliquer les anomalies de l?eau. Des études numériques indiquent un lien étroit entre l?évolution de la structure moléculaire et les anomalies macroscopiques. Les données expérimentales parcellaires sur la structure dans le régime surchauffé et étiré laissent ouvertes des questions importantes concernant la précision de ces prédictions et les aspects énergétiques (enthalpie par rapport à entropie) qui peuvent régir ces phénomènes. Q2) Mécanismes de la rupture de la métastabilité. Dans toutes les expériences sauf une, la limite de stabilité observée dans le régime surchauffé et étiré est plusieurs fois plus basse que les prédictions théoriques. Les expériences récentes de Caupin suggèrent qu?il peut exister un mécanisme fondamental de nucléation dont les prédictions conventionnelles ne tiennent pas compte ; révéler ce mécanisme aurait des conséquences profondes en science et en technologie. Q3) Viscosité dans le régime surfondu. Seule une expérience fiable est disponible à 1 bar dans le régime surfondu ; aucune n?existe dans le régime surchauffé et étiré. Ces mesures, combinées aux données de diffusivité existantes, permettront de tester les relations de Stokes-Einstein et Stokes-Einstein-Debye, qu?on pense violée à des températures plus hautes dans l?eau que dans les habituels liquides pouvant former des verres, et qu?on considère susceptible de fournir une signature du point critique liquide-liquide prédit par les simulations dans la région surfondue.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

Aide de l'ANR 0 euros
Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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