L’évaporation d’une molécule d’eau se traduit par la rupture d’une ou plusieurs liaisons hydrogène. Ces liaisons hydrogène sont à l’origine de nombreuses propriétés remarquables de l’eau. A l’échelle macroscopique, l’eau est connue pour son efficacité à thermaliser un système, tandis qu’au niveau microscopique, un transfert ultrarapide d’énergie vibrationnelle via ces liaisons hydrogène est observé [1]. Qu’en est-il à l’échelle d’une nanogoutte lorsque qu’un nombre limité de molécules entre en jeu ? Dans l’expérience réalisée auprès du dispositif DIAM de l’IPN Lyon, la relaxation d’une nanogoutte d’eau protonée est observée après excitation électronique d’une de ses molécules. Une méthode d’imagerie de vecteurs vitesses associée à la technique COINTOF (COrrelated Ion and Neutral Time-Of-Flight) [2,3] a permis la mesure de la distribution de vitesse de molécules évaporées d’agrégats d’eau protonés préalablement sélectionnés en masse et en énergie. Dans ce séminaire, il sera montré que, même pour des nanogouttes composées de quelques molécules d’eau, l’énergie est redistribuée dans la goutte avant évaporation [4,5]. Pour des nanogouttes contenant moins d’une dizaine de molécules d’eau, les distributions de vitesses mesurées sont proches de celles attendues pour des gouttes macroscopiques. La redistribution statistique de l’énergie apparaît comme un processus de relaxation dominant. Mais la mesure de la distribution des vitesses met aussi en évidence une contribution distincte à haute vitesse correspondant à l’éjection d’une molécule avant que la redistribution de l’énergie ne soit complète.
[1] M. L. Cowan et al Nature 2005,434, 199-202.
[2] Teyssier C. et al Review of Scientific Instruments 85 (2014) 015118.
[3] F. Berthias et al. Physical Review A 89, 062705 (2014).
[4] H. Abdoul-Carime et al. Angew. Chem. Int. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201505890/pdf
[5] Water clusters: High-speed evaporation, Alberto Moscatelli , Research Highlights, Nature Nanotechnology, Vol 10, December 2016