Une équipe internationale de scientifiques a découvert un nouveau comportement de l'eau sous certaines conditions, révélant une transition inconnue jusqu'à présent d'un état liquide à un état vitreux. Cette découverte, publiée dans Nature Communications, pourrait avoir des applications importantes dans la cryopréservation (le gelage et le stockage de matériaux biologiques), la technologie de congélation alimentaire, et la compréhension de la manière dont l'eau se comporte dans les cellules vivantes, où elle est souvent limitée à des espaces extrêmement petits. L'étude a utilisé des techniques et des installations avancées pour explorer le comportement de l'eau sur des échelles de temps extrêmement courtes - de trillionièmes de seconde à des microsecondes. Pour observer ce phénomène, les chercheurs ont piégé de petites quantités d'eau à l'intérieur de très fines couches de membranes lipidiques faites d'une substance appelée phytantriol. Cette méthode, connue sous le nom de « confinement nano-soft », empêche l'eau de former de la glace. Au lieu de geler, l'eau est passée à un état vitreux - une forme non cristalline et rigide - sur une plage de température bien plus large que ce qui était précédemment pensé. Cet état vitreux est similaire à la manière dont certains matériaux, comme les plastiques, deviennent rigides lorsqu'ils sont refroidis rapidement. Une partie clé de l'étude a consisté en des expériences sur la ligne de lumière de diffraction des rayons X à petits et grands angles (SAXS/WAXS), qui ont permis aux chercheurs de comprendre la structure et le comportement des mélanges phytantriol-eau à basse température. Ces expériences ont fourni des informations structurelles essentielles qui ont guidé l'enquête plus large sur la transition de l'eau confinée en nano à un état liquide à un état vitreux. Le Dr Patrick Züblin de l'Université de Monash a travaillé étroitement avec l'équipe SAXS/WAXS du Synchrotron australien pour améliorer et optimiser les mesures à basse température, atteignant jusqu'à -120°C (-184°F). En outre, l'équipe a utilisé deux instruments au Centre australien de diffusion neutronique - le spectromètre à recul haute résolution Emu et le spectromètre à temps de vol Pelican - pour étudier le mouvement des molécules d'eau. Les neutrons sont particulièrement efficaces pour étudier les molécules contenant de l'hydrogène, comme l'eau, permettant ainsi aux chercheurs de suivre directement le mouvement moléculaire de l'eau et de déterminer quand elle devient vitreuse. Le Dr Alice Klapproth, scientifique principal des instruments, a expliqué que le signal neutron détecté par leurs instruments est principalement influencé par le mouvement des atomes d'hydrogène dans l'eau. Cela a permis à l'équipe de mesurer la dynamique de l'eau même lorsqu'elle était confinée dans un matériau mou complexe. En utilisant la deutération - remplacement des atomes d'hydrogène par du deutérium - les chercheurs pouvaient distinguer le comportement de l'eau de celui des membranes lipidiques environnantes, un défi pour de nombreuses autres techniques. Dans cet état unique, l'eau devient rigide et vitreuse, tandis que les membranes environnantes restent flexibles et fluides. L'étude a combiné plusieurs approches expérimentales, notamment des mesures au Synchrotron Soleil en France, une microscopie à basse température, une spectroscopie de résonance magnétique nucléaire, et des simulations informatiques. Cette stratégie approfondie a permis de confirmer la découverte et d'offrir une compréhension plus approfondie de la manière dont l'eau se comporte sous confinement nano.