Un confinement qui libère l’innovation en nanofluidique
Les matériaux à l’échelle nanométrique présentent des propriétés exotiques que l’on ne retrouve pas dans les formes classiques de ces mêmes matériaux, en partie en raison de leur très grande surface par rapport à leur volume. De nombreuses applications en tirent parti, en exploitant les propriétés électriques, chimiques, optiques et magnétiques uniques des nanomatériaux principalement solides. Le projet NanoSOFT, financé par l’UE, a exploité les effets quantiques qui émergent du transport de fluides à l’échelle nanométrique confinés dans des matériaux à l’état solide. Ses résultats novateurs remettent en question notre compréhension actuelle du transport des fluides à l’échelle nanométrique et ouvrent la voie à une nouvelle ère d’innovation.
Une installation pionnière pour tester les prédictions théoriques
Le transport des fluides à l’échelle nanométrique fait l’objet d’études indirectes depuis plus de 50 ans. Les exemples dans la nature abondent, de la façon dont les plantes absorbent et distribuent l’eau et les nutriments à la cinétique régissant le flux d’ions à travers les canaux de la membrane cellulaire pendant la neurotransmission. Ce n’est qu’au cours des deux dernières décennies que la nanofluidique est devenue un domaine important en soi. Le dépassement d’un niveau critique de confinement à l’échelle moléculaire peut donner lieu à des effets non classiques ou quantiques qui peuvent avoir un impact important sur le transport des fluides. Jusqu’à présent, il n’existait aucun équipement expérimental permettant de tester les prédictions théoriques et la validité des modèles. «Mon dispositif de nanotubes transmembranaire et transpipette est le seul équipement permettant d’étudier le transport de fluides et d’ions à travers des nanotubes individuels constitués de différents matériaux sous différents forçages: chute de tension, chute de pression, gradient de concentration et combinaisons de ces paramètres. Mon montage optique pousse la résolution de la mesure du flux à trois ordres de grandeur inférieurs à l’état de la technique précédent», explique Alessandro Siria, coordinateur de NanoSOFT, du Centre national français de la recherche scientifique et de l’École normale supérieure.
Revenir sur l’énergie osmotique
La nanofluidique pourrait jouer un rôle important dans notre avenir énergétique plus propre et plus vert. L’une des formes les moins connues et les plus propres de sources d’énergie renouvelables est l’eau salée ou, plus précisément, les fluides de salinités différentes. On sait depuis longtemps qu’une rivière qui se jette dans un océan salé libère de l’énergie sous forme de chaleur. L’exploitation du pouvoir de l’osmose permettrait un approvisionnement en énergie sûr et sans émission, indépendamment des conditions géopolitiques. Plusieurs concepts sont en cours de développement et les estimations suggèrent que l’énergie équivalente à 1 000 réacteurs nucléaires pourrait être générée en exploitant l’énergie osmotique. Cependant, la technologie permettant de la convertir en électricité a rencontré des difficultés pour atteindre l’efficacité requise pour la production d’énergie à grande échelle. Les résultats de NanoSOFT ont démontré que la nature non classique et quantique des matériaux de confinement peut affecter de manière significative le transport des fluides et que les phénomènes qui en résultent peuvent être tournés à notre avantage. «Nous avons converti l’énergie osmotique avec une efficacité de deux à trois ordres de grandeur supérieure à l’état actuel de la technique. Notre jeune entreprise, Sweetch Energy, s’appuiera sur ces résultats pour commercialiser une nouvelle catégorie de membranes nanofluidiques pour la conversion de l’énergie osmotique», déclare M. Siria. La poursuite des travaux dans ce domaine est complétée par des essais visant à déterminer comment les approches nanofluidiques peuvent être exploitées dans de nouvelles technologies de purification et de dessalement de l’eau. Les grandes choses ont de petits commencements et NanoSOFT utilise son innovation pour relever certains des plus grands défis mondiaux dans les domaines de l’énergie et de l’eau.
Mots‑clés
NanoSOFT, énergie, transport des fluides, échelle nanométrique, nanofluidique, quantique, énergie osmotique, mesure des flux, Sweetch
