Des chercheurs de la Pritzker School of Molecular Engineering de l'Université de Chicago, en collaboration avec l'ICTP en Italie, ont appliqué des simulations de mécanique quantique pour comprendre comment la lumière ultraviolette modifie la chimie de la glace. Les résultats, publiés dans Proceedings of the National Academy of Sciences, apportent un niveau de précision inédit selon Giulia Galli, coauteure principale.
Le travail répond à une question née d'expériences des années 1980, qui montraient des différences d'absorption selon la durée d'exposition à la lumière UV. Les calculs, développés dans le laboratoire de Galli et complétés par Yu Jin et Ali Hassanali, permettent d'isoler les effets chimiques de défauts précis, impossible à faire facilement en laboratoire.
- Glace sans défaut (réseau cristallin parfait).
- Glace avec une vacance (molécule manquante).
- Glace avec des ions hydroxyde.
- Glace avec un défaut de Bjerrum (liaisons hydrogène violées).
Les simulations montrent que la présence d'ions hydroxyde décale l'apparition d'absorption UV, tandis que les défauts de Bjerrum provoquent des changements plus marqués et pourraient expliquer des absorptions inexpliquées après une longue exposition. La lumière UV peut casser des molécules d'eau pour former des ions hydronium, des radicaux hydroxyle et des électrons libres; selon les défauts, ces électrons se dispersent ou se piègent dans des cavités.
L'équipe prévoit des tests expérimentaux et des modèles plus complexes avec plusieurs défauts, des surfaces et de l'eau de fonte. Le travail est financé par la Commission européenne, le supercalcul CINECA, MareNostrum5 et MICCoM via Argonne National Laboratory par le Department of Energy.
Mots difficiles
- simulation — modèle informatique qui imite un phénomènesimulations
- mécanique quantique — théorie physique décrivant le monde à petite échelle
- défaut — anomalie ou irrégularité dans une structure solidedéfauts
- vacance — site vide où une molécule manque
- hydroxyde — ion comportant un atome d'oxygène et d'hydrogène
- radical — espèce chimique ayant un électron non appariéradicaux
- hydronium — ion positif formé quand l'eau gagne un proton
- cavité — espace vide ou poche à l'intérieur d'un solidecavités
- piéger — retenir quelque chose sans qu'il puisse sortirse piègent
Astuce : survolez, mettez le focus ou touchez les mots en surbrillance dans l’article pour voir des définitions rapides pendant que vous lisez ou écoutez.
Questions de discussion
- Comment ces simulations peuvent-elles aider les expériences en laboratoire sur la glace ? Donnez deux exemples.
- D'après l'article, quels effets l'exposition prolongée à la lumière UV pourrait-elle avoir sur la chimie de la glace dans la nature ?
- Quels obstacles pensez-vous que les chercheurs rencontreront pour valider ces résultats par des tests expérimentaux ?
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