Eau ortho et eau para

Ces termes font référence à deux états particuliers du dihydrogène H2.
 C’est ce qu’on appelle des isomères de spins. Ces états sont définis par la valeur du spin (propriété quantique du moment cinétique intrinsèque) +1/2 ou-1/2 (des protons des atomes d'hydrogène de cette molécule, le spin déterminant le "sens de rotation" du proton sur lui-même.
Si les deux spins nucléaires sont opposés, la molécule H2 est dite para ; sinon, elle est dite ortho. Ces définitions s'appliquent également à la molécule d'eau. Comme l’eau contient 2 atomes d’hydrogène, il se présente 2 possibilités. Soit les 2 spins sont dans la même direction auquel cas on a un spin total de 1 donc trois états possibles (-1,0,1), soit ils sont inversés auquel cas ½-1/2=0. Il y a donc trois fois plus d’eau ortho que d’eau para. Cette distinction présente un grand intérêt. En effet, on peut montrer qu’il y a trois fois plus de manière de parvenir à un état ortho qu'à un état para. Cela implique que les intensités des raies spectrales qui correspondent aux transitions de rotation et de vibration-rotation des deux variétés d'H2O, intervenant à des longueurs d'onde légèrement différentes, sont dans des proportions de 3 pour 1. D'où la possibilité de mesurer par spectroscopie le rapport des quantités des deux variétés d'H2O.


Il est très difficile de changer l’état de spin : Les transitions directes entre des états ortho et para sont interdites rendant a priori impossible la conversion d'une forme isomérique en une autre. Cependant la conversion est observée et c'est l'objet de projets de recherche pour comprendre comment.
Ce n’est possible que si l’objet est en rotation. On peut alors utiliser le moment cinétique de rotation pour le coupler avec le mouvement cinétique de spin pour changer le spin. Le milieu où se fait le mieux cette transition c’est l’eau liquide. Mais ces modifications prennent plusieurs heures. On peut donc séparer l’eau ortho de l’eau para. Et alors commencer des expériences. C’est ce qui a été fait sur l’ADN. Il est observé que l’ADN s’hydrate de manière préférentielle avec l’eau para. L’eau interfaciale de manière plus générale préfère l’eau para. Comme l’eau para a un spin nul, elle peut s’arrêter de tourner : En entrant en contact avec une surface (eau interfaciale ici), elle va être ralentie, faire des liaisons hydrogènes et s’arrêter. L’eau ortho, elle, ne peut pas s’arrêter. Elle est condamnée à tourner indéfiniment. C’est une très grande découverte qui va probablement révolutionner la biologie cellulaire. Partout où une molécule ou une protéine se déplie on va trouver de l’eau para. Il va de soi que les propriétés de ces deux isomères entraine des propriétés différentes de ces deux types d’eau.

Le souci c’est que cette découverte est très récente (2005) et que les biologistes et chimistes ne sont pas encore formés et informés de ces connaissances et par conséquence très peu de recherches sont faites dans ce domaine.