L’actualité scientifique de Jacques. Histoire d’eau en mai 2019

Ce mois, vous n’aurez que la crème de la crème, ou plutôt, la flotte dans ses plus étranges états. Je vibre à ces lectures, et vous ?
– Première observation de la glace X. Dans cet état qui n’existe qu’à pression invraisemblable, les ions hydrogène ne sont plus liés à l’atome d’oxygène. Ils circulent comme les électrons dans un métal. Il est possible que cette forme soit la forme dominante de l’eau dans l’univers.
– Le mystère se lève sur la fameuse eau vitrifiée du prix Nobel. Elle semblait mystérieuse. L’étude d’autres formes d’eau vitreuse suggère que « notre » eau vitrifiée n’est que de l’eau liquide bloquée par le froid en cours de la transformation en glace.

Courage, la culture n’a pas de no man’s land.

02.05.2019 Nature 569,7754

– on passe

 

09.05.2019 Nature 569,7755

– 251 – 5. H2O, HAUTE PRESSION, EAU SUPERIONIQUE .

Une forme d’eau imaginée depuis longtemps mais jamais observée précédemment.Millot et al.

Deux atomes d’hydrogène attachés par une forte liaison covalente à un atome d’oxygène font une molécule d’eau. Une molécule d’eau attachée à une autre par la faible liaison hydrogène (H) forment la structure de base de toutes les formes de glace, d’eau liquide ou d’eau vitreuse. Le dessin ci-dessous est d’ailleurs faux ; la liaison covalente est beaucoup plus courte que la liaison H : un Å pour l’une, deux pour l’autre. C’est bien clair, le H entre les deux O appartient bien à la molécule de droite. Une molécule d’eau est une entité bien définie.

Augmentons la pression. Les deux molécules se rapprochent. Imaginons qu’on les rapproche tellement que le H se retrouve au milieu, entre les deux O. Il ne sait alors plus à quelle molécule il appartient. Il se balade librement parmi les oxygènes. Cette matière bizarre sera alors un cristal ionique d’oxygène atomique enrobé dans un nuage d’ions H+ circulant presque aussi librement que les électrons dans un métal conducteur.

Le problème est que pour atteindre cet état, les calculs suggèrent qu’il faut une pression de l’ordre du million d’atmosphères, plus qu’au centre de la Terre. Peut-être que le noyau des grandes planètes, Jupiter, Saturne, Neptune, seraient des lieux de choix, mais le domaine est hors d’atteinte des enclumes en diamant que l’on utilise pour étudier les plus hautes pressions en laboratoire.

Pour arriver à leur fin, les auteurs ont été brutaux. Ils mobilisent le système de lasers haute puissance tels que ce qui existe au laboratoire Livermore en Californie, conçu pour simuler l’ignition d’une bombe atomique ou s’essayer à la fusion nucléaire. Les auteurs envoient ainsi, sur une mini-goutte d’eau, de tous les côtés en même temps, des pulses ultra-courts d’énergie qui font exploser la goutte. En même temps, ils envoient, toujours à l’échelle de temps de la nanoseconde, un faisceau de rayons X analysant la matière ainsi produite. C’est ainsi que pour la première fois a été fabriqué et identifié l’eau superionique imaginée depuis longtemps par les théoriciens et dénommée glace X. Ils ne sont pas certains d’avoir identifié cette forme, plus vraisemblablement il s’agit d’une forme voisine qu’ils appellent glace XVIII. Ils n’en ont pas fait beaucoup, elle n’a pas duré longtemps, mais c’est ainsi qu’a été obtenu un échantillon d’eau sous la forme qui pourrait bien être la plus abondante dans l’univers. Pourquoi pas puisque les planètes gazeuses géantes semblent foisonner autour des étoiles ?

La 2eréférence ci-dessous, tirée du Web, explique la même chose telle que rapportée dans un journal populaire.

 

Millot, M., Coppari, F., Rygg, J. R., Correa Barrios, A., Hamel, S., Swift, D. C., & Eggert, J. H. (2019). Nanosecond X-ray diffraction of shock-compressed superionic water ice. Nature, 569(7755), 251-255.

https://www.wired.com/story/a-bizarre-form-of-water-may-exist-all-over-the-universe/

 

-184 – 6; 170 – 171. ETHIQUE, CHINE, THÉRAPIE CELLULAIRE, THÉRAPIE GÉNÉTIQUE.

Éthique biomédicale ; le meilleur et le pire en Chine.C’est souvent comme cela. Pour ce qui concerne le climat, les chinois nous horrifient souvent mais aussi, ils sont peut-être ceux qui attaquent la crise climatique avec le plus de vigueur. Idem pour leur recherche scientifique. Quelquefois se lançant dans les pires travers – plagiat, journaux bidons – quelquefois prenant des mesures de gouvernances que l’on ne peut qu’admirer. Ici sont présentés deux articles concernant l’éthique de la biomédecine génétique ou cellulaire.

Le premier concerne les mesures à prendre pour ne pas être dépassé par l’inévitable avenir des thérapies génique germinales dont le premier cas rapporté par He Jiankui à l’université de ShenZen à fait grand bruit en novembre de l’an passé. L’analyse est pertinente et inclusive. Reste à savoir comment elle sera implémentée

Le second concerne l’usage des thérapies cellulaire. non encore correctement établies, typiquement les méthodes immunologiques dites de précision contre le cancer. Ces pratiques s’étaient très rapidement développées (on parle de un million de traitements) jusqu’à ce que le gouvernement n’y mette un strict holla en 2016. Il s’agit maintenant de rouvrir les vannes de manière controllées. Seuls des hôpitaux sélectionnés pourront recevoir ce droit (on parle de 1400) et une commission d’experts devront superviser les pratiques. Une bonne pratique serait d’exiger que ces interventions dans un stade encore expérimental devraient être gratuites. Il n’en est probablement pas question ; pour lesx soins aux grand malades l’argent n’a pas d’odeur.

 

Lei, R., Zhai, X., Zhu, W., & Qiu, R. (2019). Reboot ethics governance in China. Nature, 569(7755), 184-186.

Cyranoski, D. (2019). Chinese hospitals set to sell experimental cell therapies. Nature, 569(7755), 170-171.

 

16.05.2019 Nature 569,7756

– on passe

 

23.05.2019 Nature 569,7757

EAU, EAU VITREUSE, VITRIFICTION, GLACE, HDA, LDA.

Le mystère de « notre » eau vitreuse se dissipe.

Au début des années 80, Mayer et Bruggeller (1980) ont découvert à la surprise de tous que l’eau liquide peut être vitrifiée. Nous en avons fait le point de départ de la cryomicroscopie électronique et du prix Nobel de 2017.

La surprise provient du fait que le diagramme de phase de l’eau combiné aux évidences empiriques à basse température impliquent que l’eau liquide ne peut exister en dessous d’environ -40°C. Qu’est donc « notre » eau vitreuse ? Elle fut donc interprétée comme une autre phase de l’eau amorphe. La situation s’est compliquée en 1974 quand il fut découvert (Mishima et al.) qu’une troisième forme peut être obtenue en appliquant une très haute pression à de la glace normale à -190°C. On appela cette substance HDA pour high density amorphous. On constata encore que HDA, un peu réchauffée, se transforme en LDA – low density amorphous – qui ressemble à s’y méprendre à « notre » eau vitrifiée. Et puis encore que LDA sous haute pression à -190 redevient HDA. Quels sont donc ces états amorphes de l’eau que l’on peut transformer de l’un à l’autre en changeant la température et la pression ? Quels sont les facteurs d’ordre qui les caractérisent ? Mystère, mystère !

L’expérience de Tulk et coll. (2019) semble enfin mettre de l’ordre dans toute cette histoire. Les auteurs reprennent l’expérience de Mishima consistant à comprimer de la glace très froide, la réchauffer un peu à pression normale puis la recomprimer à la température basse. Ils apportent toutefois une variante : ils attendent une heure après chaque changement des paramètres (température ou pression). (On peut penser que, comme expérience, ce n’est pas bien sorcier. Non, ça l’est. La très haute pression est un domaine expérimental terriblement difficile.) Le résultat est simple ; à chaque fois, ce n’est pas de l’eau vitreuse qu’ils obtiennent, mais les formes de glace cristalline, caractéristiques de ces température et pression. Ils concluent que les soi-disant états vitreux ne sont pas des phases thermodynamiques de l’eau, mais des états de transition sur le chemin de la cristallisation. C’est tout bête !

Ils ne parlent pas de « notre » eau vitreuse, celle qui ressemble à LDA, mais on peut imaginer que la conclusion de Tulk et coll. peut être reprise inchangée. Notre eau vitrifiée doit alors être comprise comme de l’eau normale en voie de cristallisation. Pour nous, cryomicroscopistes électroniciens, phase thermodynamique ou état transitoire, la situation ne change guère. Il reste à élucider l’effet que cette transition interrompue peut avoir sur les structures biologiques que nous observons. On en revient à Luyet (1934) qui posait la question : « qu’est-ce que la vie suspendue par le froid ? »

 

Mayer, E., & Brüggeller, P. (1980). Complete vitrification in pure liquid water and dilute aqueous solutions. Nature, 288(5791 (11.12.1980)), 569-571.

Luyet, B. J. (1934). Working hypotheses on the nature of life. In Biodynamica(Vol. 1, pp. 1-7).

Mishima, O., Calvert, L. D., & Whalley, E. (1984). « Melting ice » I at 77 K and 10 kbar : a new method of making amorphous solids. Nature, 310, 393-395.

Mishima, O., Calvert, L. D., & Whalley, E. (1985). An apparently first-order transition between tow amorphous phases of ice induced by pressure. Nature, 314, 76-78.

Tse, J. S. (2019). A twist in the tale of the structure of ice. Nature, 569(7757), 495-496.

Tulk, C. A., Molaison, J. J., Makhluf, A. R., Manning, C. E., & Klug, D. D. (2019). Absence of amorphous forms when ice is compressed at low temperature. Nature, 569(7757), 542-545.

 

30.05.2019 Nature 569,7758

– on passe pour finir le mois.

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