L'eau sous pression : pourquoi elle s'écoule plus vite express
Dans les profondeurs de la Terre, l'eau est comprimée plus de mille fois plus qu'en surface. Même là, elle continue de s'écouler, mais sa structure interne change. Les chercheurs ont mesuré comment l'eau résiste à l'écoulement et à la compression lorsque la pression augmente de zéro à 1,6 gigapascal — c'est comme si l'on posait une masse de 16 tonnes sur chaque centimètre carré.
Il s'avère que la résistance à l'écoulement augmente plus vite que la résistance à la compression. Leur rapport diminue de moitié. De plus, contrairement à la plupart des liquides, l'eau sous pression se réorganise d'abord plus rapidement : les molécules parviennent à changer de voisins en environ une picoseconde (un millionième de millionième de seconde) à une pression d'environ 0,5 gigapascal. Ensuite, la réorganisation ralentit à nouveau.
Ce comportement s'explique par le fait que les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau se rompent et se reforment constamment. Le temps qu'une molécule met pour trouver une nouvelle position est précisément le temps de réorganisation. Il est minimal justement à une pression de 0,5 GPa. Cela signifie qu'à cette compression, l'eau change le plus rapidement sa structure locale, passant d'un arrangement de molécules à un autre. Cette particularité engendre toute une cascade de propriétés inhabituelles de l'eau — de la conductivité thermique à la compressibilité.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.17793
Deep in the Earth's crust, pressure exceeds one thousand times the atmospheric pressure. Water still flows under these conditions, but experiences dramatic changes in structure and fluidity. Using combined dynamic and inelastic light scattering techniques, we simultaneously measure the shear and bulk viscosities of water as a function of pressure. The former increases faster than the latter, so that their ratio shows a two-fold decrease from 0 to 1.6 GPa; we confirm this trend with simulations. We analyze our results in terms of the structural relaxation time $$\tau$$. Contrary to other liquids, pressure initially accelerates relaxation in water. Our measurements reveal that $$\tau$$ reaches a minimum close to 1 ps around 0.5 GPa. We interpret $$\tau$$ as a the equilibration time of hydrogen bonds, and propose that the minimum in $$\tau$$ arises from a structural anomaly which allows fastest interconversion between local structures in water, and generates a cascade of thermodynamic and dynamic anomalies.
La pression de 1,6 GPa correspond à une profondeur d'environ 50 kilomètres sous terre — c'est déjà le manteau supérieur de la Terre. L'eau y existe dans des cavités microscopiques à l'intérieur des minéraux et influence leur plasticité.