Une étude, dont les résultats intitulés «Diffusive dynamics during the high-to-low density transition in amorphous ice» ont été publiés dans la revue PNAS, aboutit à la conclusion, grâce à la diffraction des rayons X (une puissante méthode de cristallographie), que l'eau liquide serait en fait un mélange de deux formes liquides différentes.

Soulignons tout d'abord que l'eau, qui est «au centre de notre vie», est malgré son aspect familier «un liquide singulier pour les physiciens et les chimistes» qui n'ont pas encore percé tous ses secrets. Parmi ses caractéristiques remarquables, on peut rappeler que «l'eau est un solvant presque universel, en particulier pour les solides ioniques (comme les cristaux de sel) et les corps composés de molécules polaires», et que, contrairement aux autres liquides, «l'eau augmente de volume quand elle gèle», ce qui explique que les icebergs flottent.

Cependant, il s'agit là de «la forme de la glace connue de tout à chacun», mais les physiciens et les chimistes «savent bien que plusieurs types de glace apparaissent dans différentes phases selon les conditions de température et de pression»: ainsi, «plus d'une dizaine de formes cristallines de l'eau, et même une forme dite amorphe («désordonnée comme un liquide»), où il n'existe pas vraiment de structures ordonnées à grande échelle», ont été répertoriées.

En outre, pour ce qui concerne «l'eau liquide à des échelles de temps et de distances très courtes», il a été découvert que «des molécules d'eau s'assemblent très transitoirement du fait des fameuses liaisons hydrogène en donnant des structures cristallines», appelées 'clusters d'eau', un phénomène «si mal compris qu'il est actuellement considéré comme l'un des problèmes non résolus de la chimie».

La diffraction des rayons X est la«puissante méthode de cristallographie» qui contribue à «percer les mystères de la structure de l'eau, qu'elle soit solide ou liquide». Elle a été utilisée par l'étude ici présentée, à partir des sources disponibles au laboratoire national d'Argonne (États-Unis) et au Desy (Deutsches Elektronen-Synchrotron, Synchrotron allemand à électrons) à Hambourg», et ces observations ont conduit à la conclusion «que l'eau liquide devait en fait être un mélange de deux formes liquides pour l'eau».

Les spécialistes «s'en doutaient depuis un certain temps», car il a été établi qu'il «existe en fait deux formes de glace amorphe»: comme «leurs densités ne sont pas les mêmes» et comme «elles peuvent se transformer l'une dans l'autre», les physico-chimistes s'étaient «demandé si l'eau liquide n'était pas finalement elle-même un mélange de deux formes liquides, également de densités différentes et dont chacune pouvait conduire à basse température à de la glace amorphe».

L'étude, dont il est question ici, est parvenue à suivre «la transformation de ces glaces amorphes en liquides» en analysant avec les rayons X «les modifications des structures malgré tout présentes». En fin de compte, ces observations confirment «l'idée que l'eau, à température ambiante, ne peut pas décider dans laquelle des deux formes elle devrait être, à haute ou faible densité, ce qui entraîne des fluctuations locales entre les deux».