L'eau se dilate en gelant, une bizarrerie qui en fait une exception parmi les liquides. Aujourd'hui, des scientifiques au Japon ont utilisé l'intelligence artificielle pour démêler pourquoi l'eau se comporte de manière si étrange, surtout lorsqu'elle est surfondue bien en dessous de son point de congélation.
Des chercheurs de l'Université d'Osaka ont entraîné un modèle d'IA sur des simulations informatiques de molécules d'eau. Le système a évalué 16 façons différentes de décrire la structure microscopique de l'eau et a identifié celles qui distinguent le mieux deux états liquides concurrents. Les résultats ont été publiés dans Communications Chemistry.
L'eau surfondue cache deux formes concurrentes
L'eau peut rester liquide même après être descendue en dessous de 0 degré Celsius si aucune impureté ou surface rugueuse n'est présente pour déclencher la formation de glace. Cet état est appelé eau surfondue, et ses propriétés étranges deviennent encore plus extrêmes.
Les scientifiques pensent que l'eau surfondue existe comme un équilibre entre deux formes : le liquide à haute densité (HDL) et le liquide à basse densité (LDL). Au niveau moléculaire, les molécules d'eau forment et brisent constamment des liaisons hydrogène. À mesure que la température augmente, les structures HDL plus compactes deviennent dominantes par rapport aux arrangements LDL ouverts.
L'IA tranche un long débat sur la mesure
Pendant des années, les chercheurs ont proposé de nombreuses façons de décrire l'arrangement local des molécules d'eau, y compris l'ordre des liaisons tétraédriques et la densité locale. Ces descripteurs structurels ont été développés indépendamment, utilisant différentes échelles et dimensions, rendant la comparaison directe presque impossible.
Des études antérieures ont montré que l'apprentissage automatique peut classer et comprendre efficacement les données structurelles. L'équipe d'Osaka a spécifiquement intégré un réseau de neurones pour évaluer quels descripteurs capturent les caractéristiques les plus importantes de la structure de l'eau. Le système d'IA a fourni un cadre unifié pour comparer ces modèles concurrents.
Les habitants d'Osaka et du Japon tout entier sont depuis longtemps fiers des contributions du pays à la science fondamentale. L'eau est essentielle à la vie et à l'industrie, et comprendre son comportement au niveau moléculaire pourrait influencer des domaines allant de la modélisation climatique à la science des matériaux.
Une vision plus claire du liquide le plus mystérieux de la nature
La capacité de l'IA à classer les descripteurs structurels donne aux scientifiques un outil fiable pour étudier les doubles états liquides de l'eau. Cela ne résout pas tous les mystères de l'eau, mais cela fournit une manière cohérente de comparer des méthodes de recherche qui étaient auparavant incompatibles. Ces travaux rapprochent le domaine d'une compréhension unifiée de la façon dont la structure microscopique de l'eau entraîne ses bizarreries macroscopiques.
