Pour la première fois, des scientifiques ont réussi à isoler de l’oxygène dans l’eau

Un mystère liquide enfin percé

C’est fascinant quand on y pense, n’est-ce pas ? L’oxygène est littéralement la base de notre vie, l’élément que nous respirons à chaque seconde sans même nous en rendre compte. Et pourtant, aussi incroyable que cela puisse paraître, il garde encore une part de mystère, surtout lorsqu’il se trouve dans l’eau. Le 30 décembre 2025, Darren Orf a partagé une nouvelle qui a fait vibrer le monde scientifique : pour la toute première fois, on a réussi à imager un atome d’oxygène seul dans l’eau.

Pourquoi est-ce si important ? Eh bien, l’oxygène atomique possède un pouvoir oxydant phénoménal. C’est une propriété cruciale, immensément utile tant pour la médecine que pour l’industrie. Le problème, c’est que jusqu’à présent, les scientifiques ne comprenaient pas vraiment, enfin… pas tous les tenants et aboutissants de sa réaction en milieu aqueux. C’était un véritable trou noir dans nos connaissances. Comprendre comment cet élément réagit dans l’eau est pourtant capital, ne serait-ce que pour améliorer nos traitements médicaux ou nos processus industriels.

Mais voilà, obtenir des réponses relevait presque de l’impossible. La technologie nous faisait défaut. À chaque fois qu’on essayait de mesurer l’oxygène atomique dans l’eau, c’était l’échec : le liquide « éteignait » littéralement les atomes excités avant même qu’on ait le temps de sortir une caméra, si je puis dire. Heureusement, une équipe de chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord, de Princeton et de l’Université A&M du Texas a changé la donne.

Une technologie de pointe pour saisir l’insaisissable

Alors, comment ont-ils réussi cet exploit là où tout le monde avait échoué ? Ils ont utilisé une technique laser absolument stupéfiante, basée sur la femtoseconde. Pour vous donner une idée, une femtoseconde, c’est un quadrillionième de seconde. C’est tellement rapide que cela dépasse l’entendement humain. Cette rapidité a permis d’exciter l’oxygène atomique et d’enregistrer la fluorescence qui en résulte juste avant qu’elle ne soit étouffée par l’eau environnante.

Les résultats de cette étude fascinante ont été publiés dans la très sérieuse revue Nature Communications. Pour y parvenir, les chercheurs se sont appuyés sur une méthode au nom un peu barbare : la fluorescence induite par laser à absorption de deux photons, ou TALIF pour les intimes. Contrairement à beaucoup de termes scientifiques obscurs, celui-ci décrit assez bien ce qui se passe. Concrètement, les scientifiques obligent les atomes à absorber deux photons en même temps, ce qui les propulse dans un état excité.

C’est un peu comme si on donnait une surcharge d’énergie à l’atome. Lorsqu’il revient à son état normal, ou état fondamental, il libère cet excès d’énergie sous forme de fluorescence, c’est-à-dire de lumière. En mesurant cette lumière, on peut déduire la concentration de certaines formes de l’élément. Ça a l’air simple dit comme ça, non ? Mais rappelez-vous, ces états excités ne durent qu’un instant fugace car l’eau les éteint très vite. C’est là que le laser femtoseconde est génial : il est si rapide qu’il offre aux chercheurs une fenêtre de tir suffisante pour capturer l’image avant l’extinction.

Des mesures précises et des révélations surprenantes

Pour valider leurs observations, l’équipe ne s’est pas arrêtée là. Selon Phys.org, ils ont comparé leurs résultats de fluorescence avec un signal de densité de xénon calibré. Pourquoi du xénon ? Tout simplement parce qu’il possède un schéma d’excitation à deux photons et de fluorescence presque identique. C’est malin, n’est-ce pas ? Ensuite, ils ont passé tout cela à la moulinette de simulations informatiques pour estimer la fréquence à laquelle les atomes excités entraient en collision avec les molécules d’eau.

Le résultat est assez vertigineux : l’étude a trouvé une estimation totale de 10 puissance 16 atomes par centimètre cube (10^16 cm-3) près de la surface de l’eau. Mais attention, il y a une petite subtilité technique à garder en tête. L’un des processus que ce dispositif tente de comprendre est le « rapport de branchement effectif », c’est-à-dire la fraction d’atomes excités qui émettent réellement un photon.

Il y a une limite à cette étude, que les auteurs reconnaissent volontiers. Ils partent du principe, ou de l’hypothèse implicite, que toute collision entre ces atomes dopés au laser et l’eau entraîne une désexcitation. Or, il est tout à fait possible que des collisions se produisent sans éteindre l’atome. De ce fait, les auteurs précisent que les densités d’oxygène mentionnées ci-dessus sont, au mieux, une approximation de la limite supérieure plutôt qu’un chiffre exact et définitif. C’est de la science honnête, avec ses marges d’erreur.

Conclusion : Remettre en question nos certitudes

Ce qui ressort de cette étude est peut-être encore plus surprenant que la prouesse technique elle-même. Comme l’ont noté les auteurs : « Les mesures montrent que les atomes d’oxygène persistent pendant des dizaines de microsecondes dans l’eau, pénétrant sur des centaines de micromètres dans le liquide ». Alors, je sais ce que vous vous dites… des microsecondes et des micromètres, ça semble être rien du tout pour vous et moi. Une distance insondablement courte.

Mais détrompez-vous ! À l’échelle atomique, c’est énorme. C’est significativement plus long et plus loin que ce que les scientifiques avaient estimé à l’origine. Cette longévité observée a des implications majeures. Elle suggère, ni plus ni moins, qu’il va falloir réévaluer les modèles existants de la réactivité et du transport de l’oxygène atomique solvaté. En somme, nos manuels et nos modèles théoriques vont devoir être mis à jour, et de futures études devront creuser cette découverte inattendue.

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.