Tout liquide peut être surchauffé ou détendu au delà de sa courbe d'ébullition. Il est dans un état métastable, jusqu'à ce qu'une bulle de vapeur apparaisse, c'est le phénomène de cavitation. L'étude de la limité de métastabilité renseigne sur la cohésion du liquide et sur son équation d'état. Le cas de l'eau est spécialement intéressant : des théories concurrentes prédisent des variations en température de cette limite qualitativement différentes : monotone (la pression de cavitation augmente avec la température), ou avec un minimum. Nous mettons l'eau sous tension à l'aide d'une onde ultrasonore, émise par une céramique piézo-électrique hémisphérique. L'onde est focalisée pendant une courte durée et dans un petit volume loin de toute paroi, ce qui minimise l'influence d'éventuelles impuretés. Nous obtenons des résultats très reproductibles, permettant de mesurer la statistique de cavitation et de définir précisément son seuil dans différents types d'eaux. La céramique est calibrée de deux manières : avec des hydrophones à aiguille, et avec une méthode basée sur la variation de la pression statique du liquide. Les deux méthodes sont en accord et donnent une pression de cavitation monotone de -26 MPa à 0 Celsius C à -16 MPa à 80 Celsius C. Cela fait partie des pressions les plus négatives observées dans l'eau mais reste loin de la valeur théorique attendue (environ -120 MPa) et observée dans une seule expérience (Zheng etal , 1991, Science 254, 829). Nous discutons les causes possibles de ce désaccord : il peut être du soit à la présence d'impuretés, dont nous discutons la nature et la concentration, soit à une courbure inattendue de l'équation d'état aux pressions très négatives.

L'hypothèse directrice de ce travail est la possibilité d'une action des champs électromagnétiques basse fréquence sur les propriétés physico-chimiques de l'eau et via son activité sur des systèmes biologiques. Cette hypothèse a été induite par le grand nombre de publications sur ces sujets parues au cours de ces dix dernières années, mais aussi par la difficulté d'en tirer des conclusions du fait du caractère contradictoire de certains résultats ou de conditions expérimentales mal explicitées et parfois mal contrôlées. Dans la première partie de notre étude, des expériences de diffusion Raman et de photoluminescence réalisées sur des échantillons d'eau pure nous ont permis d'identifier la présence de polluants chimiques provenant des récipients servant au stockage des échantillons. Sous le contrôle de ces techniques extrêmement sensibles, nous avons mis au point un protocole de préparation des échantillons rigoureux permettant de limiter ces artéfacts. Les efforts ont notamment porté sur : (i) la purification de l'eau par osmose inverse et par une étape finale appelée « polissage », (ii) le contrôle de l'environnement atmosphérique (boîte à gants avec atmosphère contrôlée), électromagnétique et acoustique (boîtes de traitement et de stockage du type cage de Faraday avec revêtement de mu-métal et isolation acoustique), (iii) l'inertie chimique des récipients (utilisation exclusive de silice fondue de haute pureté de qualité optique). La seconde partie du travail a porté sur l'étude de l'effet des champs électromagnétiques sur les échantillons d'eau préparés en suivant le protocole caractérisé dans la première partie. Nous avons choisi des champs électromagnétiques sinusoïdaux de basse fréquence (< 1 kHz), délivrés en train d'ondes de quelques secondes et appliqués pendant six heures avec des intensités faibles (champ magnétique d'environ 1 mT et champs électrique d'environ 4 mV/m). Parmi toutes les expériences de caractérisation réalisées, seules celles de diffusion élastique de la lumière et de photoluminescence ont permis d'observer des effets notables à savoir une baisse importante, de l'ordre de 30%, pour l'intensité de diffusion et d'environ 70% pour l'intensité de photoluminescence après exposition au champ électromagnétique. Des expériences complémentaires de diffusion dynamique de la lumière et de dégazage des échantillons ont permis de conclure que l'action du champ électromagnétique avait porté principalement sur les bulles de gaz présentes dans les échantillons d'eau, entraînant notamment une forte baisse d'une population de nanobulles d'environ 300 nm de diamètre. L'ensemble de ces résultats suggère que les champs électromagnétiques basse fréquence pulsés agiraient sur l'interface gaz/eau, principalement en perturbant la double-couche ionique qui stabilise les nanobubbles de gaz dans l'eau. La photoluminescence des échantillons résulterait de l'excitation de ces composés ioniques hydratés concentrés autour des bulles de gaz.

La détermination des propriétés physiques de l'eau pure, notamment la pression de vapeur saturante en fonction de la température, est un enjeu majeur en humidité et identifié comme tel par le Comité Consultatif de Thermométrie (CCT-WG6) sous-groupe Humidité du Comité Technique de Température (TC-T) afin d'améliorer les incertitudes des références nationales en humidité. A cette fin, le LNE-CETIAT et le LNE-Cnam ont développé conjointement un dispositif expérimental permettant d'accéder au couple température / pression de vapeur saturante de l'eau pure. Le principe est basé sur une mesure statique de la pression et de la température dans une cellule d'équilibre associée à un calorimètre quasi-adiabatique. La gamme de température d'équilibre couverte s'étend de 193,15 K à 373,15 K, correspondant à une pression de vapeur saturante allant de 0,06 Pa à 105 Pa.Ce travail présente la description, la réalisation et la caractérisation métrologique de ce nouveau dispositif expérimentale. Les résultats des mesures expérimentales sont comparés avec les travaux théoriques et expérimentaux les plus récents. Le budget d'incertitude finale prend en compte la contribution de la mesure de pression, de la mesure de température et des effets parasites telles que la transpiration thermique et la pression aérostatique. Grace aux différentes solutions mises en œuvre, la contribution des mesures de température dans le bilan d'incertitude globale est réduite. La part prépondérante reste essentiellement associée à la mesure de pression.

La détermination des propriétés physiques de l’eau pure, notamment la pression de vapeur saturante en fonction de la température, est un enjeu majeur en humidité et identifié comme tel par le Comité Consultatif de Thermométrie (CCT-WG6) sous-groupe Humidité du Comité Technique de Température (TC-T) afin d’améliorer les incertitudes des références nationales en humidité. A cette fin, le LNE-CETIAT et le LNE-Cnam ont développé conjointement un dispositif expérimental permettant d’accéder au couple température / pression de vapeur saturante de l’eau pure. Le principe est basé sur une mesure statique de la pression et de la température dans une cellule d’équilibre associée à un calorimètre quasi-adiabatique. La gamme de température d’équilibre couverte s’étend de 193,15 K à 373,15 K, correspondant à une pression de vapeur saturante allant de 0,06 Pa à 105 Pa.Ce travail présente la description, la réalisation et la caractérisation métrologique de ce nouveau dispositif expérimentale. Les résultats des mesures expérimentales sont comparés avec les travaux théoriques et expérimentaux les plus récents. Le budget d'incertitude finale prend en compte la contribution de la mesure de pression, de la mesure de température et des effets parasites telles que la transpiration thermique et la pression aérostatique. Grace aux différentes solutions mises en œuvre, la contribution des mesures de température dans le bilan d’incertitude globale est réduite. La part prépondérante reste essentiellement associée à la mesure de pression. / The determination of the physical properties of pure water, especially the vapor-pressure curve, is one of the major issues identified by the Consultative Committee for Thermometry (CCT) of the technical committee in thermometry sub-field hygrometry to improve the accuracy of the national references in humidity.In order to achieve this objective, the LNE-CETIAT and the LNE-Cnam have jointly built a facility dedicated to the measurement of the saturation vapor pressure and temperature of pure water. The principle is based on a static measurement of the pressure and the temperature of pure water in a closed, temperature-controlled thermostat, conceived like a quasi-adiabatic calorimeter. The explored temperature range lies between 193,15 K and 373,15 K, and the pressure range between 0,06 Pa and 105 Pa.This work presents a full description of this facility and the preliminary results obtained for its characterization. The obtained results have been compared with available literature data. The final uncertainty budget took into account several components: pressure measurements, temperature measurements and environmental error sources such as thermal transpiration and hydrostatic pressure correction. Thanks to the employment of several technical solutions, the thermal contribution to the overall uncertainty budget is reduced, and the remaining major part is mainly due to pressure measurements.