De l’eau sèche en poudre ?

L’article décrit de l’eau liquide absorbé par de la silice en poudre pour former soi-disant de «l’eau sèche» contenant 95% d’eau…

Pourquoi j’ai du mal à y croire ?

Voici mon argument. L’eau liquide est incompressible. La masse volumique de la silice est de 2,65 g/cm³. On aura donc 95 g d’eau emmagasinée dans 5 g de silice, et donc 95 cm³ d’eau stockée dans un volume silicieux de 1,89 cm³. Or on ne peut pas mettre 95 cm³ d’eau liquide dans un volume silicieux de 1,89 cm³ puisque l’eau liquide est incompressible… Si les ingénieurs connaissent un truc qui m’aura échappé, j’aimerais le connaître…

Il est a priori possible de solubiliser du méthane dans de «l’eau sèche», comme le raconte l’article de Nature : http://www.nature.com/news/2008/080903/full/news.2008.1077.html

Cependant, la proportion de 95% d’eau dans «l’eau sèche» me paraît très incohérente. Mon argument ne vaut que si l’eau est absorbée par la silice (en supposant que la silice est très poreuse). Toutefois, le paradoxe volumique disparaît si l’eau ne s’incorpore pas à la silice, en se limitant aux phénomènes de tension superficielle. Ainsi, le volume d’eau ne devra pas être forcément égal au volume de silice poreuse, l’eau devant a priori remplir les pores de silice. En fait, les volumes s’additionnent, l’eau enroberait la silice sans la pénétrer. J’en déduis que l’eau sèche, si elle existe, a une masse volumique de 1,032 g/cm³.

Concernant la solubilité des gaz dans l’eau sèche, je ne peux guère me prononcer.

Même si l’histoire de l’eau sèche semble accréditée par la revue Nature, il vaut mieux rester critique. Si je me montre sceptique, c’est parce que j’ai entendu parler il y a quelques années de l’histoire fumeuse de l’eau lyophilisée qui s’est révélée être un canular scientifique

Un canular ? Oui, comme le montre certains sites web :

L’anecdote actuelle de l’eau sèche est cependant vérifiable scientifiquement. L’eau sèche, si elle existe, peut être produite assez facilement en dispersant des nanoparticules de silice hydrophobe dans de l’eau à l’aide d’une tige d’agitation à 19 000 tours par minute pendant 90 secondes, ce qui enrobe complètement les gouttelettes. En gros, c’est une émulsion entre l’eau, l’air et la silice. Voila un protocole expérimental précis. Mais je ne peux rien conclure tant que je n’ai rien encore expérimenté.

Toute cette histoire amène à se poser une question scientifique intéressante dans le domaine de la chimie : quel est le lien entre la solubilité d’un gaz dissout dans l’eau et la tension superficielle de l’eau en émulsion avec de la silice ?

Je reste prudent en ce qui concerne l’eau sèche. Nul n’est à l’abri d’un canular scientifique bien ficelé. L’affaire Sokal est un bon exemple qui montre que cela peut arriver, et plus facilement qu’on croit…

On n’adhère pas à une découverte sur son apparente crédibilité, on l’accepte seulement si on en a évalué la solidité à travers des expériences reproduites indépendamment. Je ne crois qu’en ce que j’observe et ce que je mesure.

La tension superficielle de l’eau reste t-elle cohérente par rapport à la quantité d’eau par rapport à la silice (95 sur 5) ? C’est une piste à vérifier.

Un bon canular peut être utile, si on y réfléchit. Cela permet de tester l’esprit critique des ingénieurs et des chimistes. Une façon de voir jusqu’où va la crédulité. Parce que des scientifiques crédules, ça existe, et parfois ça va loin…

En recherchant le terme anglais « dry water » dans les publications scientifiques, je trouve 89 références dans le site nature.com, mais aucune référence trouvée dans les sites de New Scientist et Science Magazine… Cependant, à travers une recherche sur scholar.google.com, je trouve maintes références via nature.com et pubs.acs.org (American Chemical Society), ainsi que sciencedirect.com. Ainsi il est possible que l’eau sèche soit distincte de l’eau lyophilisée. La confusion est compréhensible.

Des sources officielles semblent attester que l’eau sèche serait une réalité. Cependant, soyons prudent en ce qui concerne les médias intermédiaires. Mieux vaut consulter les sources d’origine. Mais le meilleur conseiller pour tous, en matière de science, c’est l’expérimentation scientifique. Pas la littérature. En effet, la méthode scientifique ne consiste pas à consulter des livres, des pages web, des magazines ou des encyclopédies, mais à mesurer et observer par des expériences.

Complément du 18 mars 2014 :

Je présente un nouvel argument en faveur du scepticisme. Je vais évoquer la compacité cristalline du mélange silice/eau.

Les nanoparticules de silice peuvent être représentées comme des structures sphériques entre lesquelles l’eau fait interstition (apparemment je ferais un néologisme là : interstition signifiant «remplir les espaces vides entre les parties d’un tout»).

Les microbilles de silice se touchent entre elles, avec en leur sein de l’eau interstitielle. En partant du principe où l’on aura un système cubique à faces centrées, dans lequel la compacité volumique de la silice est maximale, alors on aura 0,74 volume de silice par volume de maille de système cubique à faces centrées. Mon calcul montre que la proportion massique d’eau par rapport au mélange silice/eau sera de 11,7%. Mais pas 95%. Mais  si «l’eau sèche» existe, alors il ne s’agit pas d’un mélange compact, et donc les nanoparticules de silice ne se touchent pas, elles sont mobiles dans l’émulsion aqueuse. Dans ce cas, ce n’est pas sec, c’est plutôt comme un fluide. À moins que la tension superficielle de l’eau maintient l’eau à la surface de chaque particule de silice. Cela reste à vérifier.

Dans le cas d’un système cubique centré, qui est deux fois moins compact (en volume) en nanoparticules de silice qu’un système cubique à faces centrées, la proportion massique d’eau atteint 39,13%. De toute façon, une émulsion n’est pas une structure matérielle compacte.

On a donc une micro-émulsion d’eau et de silice, et je pense que cela serve à former un composé tensioactif, un composé qui modifie la tension superficielle entre deux surfaces.

S’il existe un lien entre la tension superficielle et la solubilité des gaz, on peut faire des expériences, comme par exemple l’ajout de particules de silice dans un soda, en comparant avec un soda sans silice, histoire de voir lequel des deux sodas devient éventé le premier au cours du temps.

 

© 2014 John Philip C. Manson

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