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Les propriétés singulières de l’eau sont déterminantes pour une large partie de nos conditions de vie (climat, nourriture, végétation, etc.). Ces propriétés uniques sont dues à la formation entre les molécules de liaisons chimiques de très courte durée de vie – les liaisons hydrogène.
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Modèle avec deux temps de relaxation6. Eau confinée
Avant de poursuivre, il est intéressant de faire quelques considérations sur l’eau confinée, un domaine de recherche important dans de nombreuses situations où l’eau joue un rôle capital.
On dit que l’eau est confinée chaque fois qu’un nombre relativement petit de molécules d’eau occupe une région restreinte.
C’est la situation que l’on trouve, par exemple, dans les matériaux poreux. Aussi dans les molécules biologiques, l’eau, qui représente souvent plus de 10 % de la masse totale, forme des liaisons, occupe des microcavités ou, au contraire, oblige des régions hydrophobes à se replier pour minimiser le contact. Son rôle est donc essentiel dans le repliement des protéines et dans l’achèvement de leurs fonctions. Le nombre de situations est extrêmement divers et complexe, mais quelques comportements généraux peuvent être identifiés. Les propriétés de confinement résultent moins du volume restreint que des interactions avec les substrats, c’est-à-dire, des propriétés aux interfaces. Contrairement à ce que l’on croyait il y a quelques dizaines d’années, le confinement en volume n’a pas beaucoup d’effet sur les propriétés à cause du grand volume libre qui caractérise la structure de l’eau liquide. Ainsi, au-delà d’une ou deux couches d’eau à partir d’une interface, soit 0,4 à 0,5 nm les molécules se comportent comme dans un échantillon de grandes dimensions.
En revanche, suivant la nature du substrat, la première couche de molécules d’eau est profondément affectée structurellement et en ce qui concerne les mouvements de rotation et de diffusion. Ainsi, certaines molécules d’eau constituent une « eau structurale » faisant intimement partie de la structure de certaines macromolécules biologiques et leur suppression peut provoquer des dénaturations irréversibles. L’eau structurale représente quelques 3 % de la masse totale des macromolécules biologiques. Dans ces cas, une liaison hydrogène eau-substrat peut avoir un temps de vie pratiquement infini.
D’autres situations extrêmement importantes relèvent aussi de la physique de l’eau confinée. C’est le cas des solutions de sels qui, dissociés, forment des ions de charges opposés en solution dans l’eau. Autour de chaque ion, il se forme une zone sphérique d’une à deux couches d’eau où les molécules...
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