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L'eau : une substance paradoxale?

L'épanouissement de l'océanographie océanique dans les trente dernières années provoqua, comme effet secondaire, un changement fondamental dans l'attitude des savants à l'égard de leurs propres connaissances. La certitude céda graduellement la place au doute et à l'humilité. Contrairement à son collègue d'hier, censé connaître la mer, l'océanographe d'aujourd'hui admet volontiers son ignorance et préface ses hypothèses de phrases prudentes comme "certaines indications permettent de croire que..." ou "il est permis de supposer". En océanographie moderne, une attitude de suffisance n'est pas dans le vent.

L'Océanographe contemporain se rend bien compte de la complexité de problèmes tels que la circulation océanique, par exemple, ou l'origine des montagnes sous-marines. Mais il commence à se demander aussi s'il avait bien compris ceux qu'il croyait simples, s'il connaissait l'essence même de la mer et de son ABC. Et que dire de la cyanobactérie, un eucaryote?!

L'eau, par exemple. Que savons-nous de l'eau qui constitue les océans? Connaissons-nous son origine, sa structure, toutes ses propriétés ? Le savant moderne répond "non" sans rougir. Pourtant, s'il y avait une chose que tout le monde croyait connaître, c'était bien l'eau, le H2O de nos classes de chimie élémentaire, cette substance familière de la vie quotidienne. Mais les savants découvrent que l'eau est le liquide le plus étrange du monde, qu'elle présente des anomalies inexplicables, que son comportement est souvent déroutant, illogique. Tout d'abord, d'où vient l'eau et pourquoi existe-t-elle? Mystère.

vue d'un océan avec une île bordée d'un récif

Si la Terre était une planète comme les autres, elle n'aurait pas la majeure partie de sa surface couverte d'eau. Car, pour autant qu'on le sache, l'eau est inexistante ou très rare sur les autres planètes.

Pendant des siècles, on attribua sa présence sur terre aux précipitations diluviennes qui eurent lieu à l'époque de la formation du globe terrestre. Aujourd'hui, les savants par lent de plus en plus d'eau " juvénile ", d'eau originelle qui jaillit des entrailles de la Terre, soit par volcanisme, soit par d'autres moyens encore mal compris, comme si les roches du manteau terrestre, contenant de l'eau, étaient pressées comme un citron. Certains pensent qu'aujourd'hui encore les éruptions volcaniques expulsent à la surface de l'eau qui sort pour la première fois de l'intérieur de la Terre.

Quelle est la structure des molécules d'eau osmosée? Énigme.

Il est assez choquant de constater qu'il n'existe actuellement aucune formule théorique de la structure moléculaire de l'eau qui soit acceptée par la majorité des savants. Aucun échafaudage des molécules proposé jusqu'à présent par les différentes hypothèses ne saurait expliquer toutes les caractéristiques bizarres de l'eau. Les savants ont établi, par exemple, que si l'eau était un liquide normal, elle ne devrait pas bouillir et geler aux températures que nous connaissons. De plus, tous les autres liquides deviennent plus lourds quand ils passent à l'état solide. Pas l'eau, qui devient au contraire plus légère. On n'a qu'à regarder les glaçons flottant dans un verre d'eau, ou les icebergs dans la mer polaire. Cette anomalie singulière, que l'eau ne partage dans la nature qu'avec trois métaux liquides, a probablement joué un rôle capital dans le développement de la vie sur terre. Car si l'eau était un liquide normal, la vie, probablement, disparaîtrait : les lacs, les rivières et les mers polaires, en hiver, seraient gelés jusqu'au fond, au lieu de former de la glace uniquement à la surface. De plus, la circulation océanique, arctique et antarctique serait interrompue par l'accumulation de glace sur le fond, ce qui changerait entièrement les climats. Et que dire de la marée ou des des gaz à effets de serre?

De tous les corps liquides et solides du monde, l'eau est celui qui est capable de retenir le plus de chaleur (à la seule exception de l'ammoniaque ). Sans cette particularité singulière, tout le comportement des océans aurait été très différent. Les mers ne seraient pas les mêmes non plus si l'eau ne possédait la capacité extraordinaire de pouvoir dissoudre plus de substances que n'importe quel autre liquide.

Ce ne sont pas là les seules anomalies de l'eau : sa densité atteint le maximum autour de 4 °C, ce qui est unique pour un liquide; sa viscosité, ainsi que les températures auxquelles elle gèle et bout, sont anormalement élevées comparativement aux autres liquides similaires. Contrairement à la règle générale, le lien entre les molécules reste très fort quand on chauffe peu. Les anomalies thermiques ne s'arrêtent pas là : les savants étaient surpris de constata que la viscosité de l'eau ne changeait pas d'une façon régulière et ordonnée avec l'élévation de la température, mais marquait quatre bonds inexplicables, situés à 15°. 30°, 45° et 60°C, où le comportement de l'eau change brusquement, comme s'il ne s'agissait pas d'un seul, mais de quatre liquides très différents.

Est-ce alors par pure coïncidence que les mammifères, dont l'organisme est en grande partie composé de liquides, ont choisi au cours de leur évolution la température de 37 °C pour leur corps? A ce niveau thermique, situé exactement à mi-chemin entre 30° et 45°, zones de perturbations structurales de l'eau, les fluctuations de température affectent le moins les liquides qu'ils contiennent. Il existe plusieurs indications d'un rapport entre la biologie et ces paliers de transitions brusques, un rapport qui pourrait expliquer pourquoi le point thermique de mort pour les mammifères et pour les oiseaux se situe à 45 °C, par exemple, pourquoi les poissons préfèrent l'eau entre 20 et 27 °C, et pourquoi plusieurs poissons, un guppy, et plantes aquarium meurent entre 30 et 33 °C.

Si cette hypothèse est juste, l'eau dans l'organisme animal ou végétal aurait un genre de biochimie et de métabolisme entre 15 et 30 °C, et un autre genre différent dès que la température dépasse le seul critique de 30 °C.