Plus c'est petit, plus l'effet est géant ! Ce paradoxe vient d'être observé par une équipe de l'université de Lyon et de l'Institut Néel (CNRS) de Grenoble. Dans la revue Nature du 28 février, ces chercheurs montrent que percer un trou de quelques dizaines de nanomètres à travers une membrane imperméable peut avoir des effets inattendus et importants sur le transport d'espèces chimiques au sein de ce mini-canal.
En particulier, plonger ce dispositif dans un réservoir d'eau salée contenant du chlorure de potassium permet de séparer très efficacement les charges positives (liées au potassium) et négatives (liées au chlore) de part et d'autre de la paroi. Un courant électrique peut alors être récupéré.
"Si nous extrapolons ce résultat à une membrane percée de milliards de tels tubes par centimètre carré, nous obtenons des puissances électriques 100 à 1 000 fois plus grandes qu'avec les dispositifs actuels d'énergie osmotique", estime Lydéric Bocquet, professeur au CNRS et à l'Institut lumière matière de Lyon. De quoi récupérer de l'énergie à partir d'eau de mer ou de marais salant.
En fait, ces chercheurs ne percent pas directement leur membrane imperméable en nitrure de silicium. Ils utilisent un nanotube, qu'ils insèrent à l'intérieur d'un trou plus large avant de "colmater" le vide par un scellement de carbone.
"C'est très difficile à faire ! Et le résultat est très beau", estime Loïc Auvray, directeur du laboratoire Matière et systèmes complexes à l'université Paris-VII. Cette technique délicate visait, à l'origine, à construire un dispositif permettant d'étudier les phénomènes en jeu dans un seul petit canal.
DÉPÔT DE BREVET
"Des expériences antérieures avaient montré des effets surprenants avec plusieurs nanotubes de carbone, comme un transport rapide de gaz. Mais, pour bien comprendre ce qui se passe, il nous fallait travailler sur un seul tube, raconte Lydéric Bocquet. Un de nos espoirs est que les équations de la mécanique des fluides que nous connaissons soient différentes de ces échelles nanométriques."
Les premiers essais avec des tubes en carbone échouent. Les chercheurs utilisent alors le nitrure de bore, pour lequel le procédé fonctionne. Et c'est la surprise. "Nous étions perplexes et cela a pris du temps de vérifier nos mesures", se souvient Lydéric Bocquet qui pense avoir maintenant compris pourquoi les charges électriques circulent aussi bien.
En présence d'eau, les parois de nitrure de bore se couvrent de charges électriques négatives, favorisant le drainage par l'eau des potassiums chargés positivement. La faible épaisseur de l'ensemble, un micromètre, fait que le gradient de concentration entre les deux réservoirs est plus important, donc l'effet plus spectaculaire.
L'équipe, qui a déposé un brevet, envisage maintenant de fabriquer une paroi traversée de plusieurs canaux nanométriques ; ce qui demande un nouveau procédé. Peut-être parviendra-t-elle alors à allumer une ampoule seulement à partir d'un bain d'eau salée. Pour Lydéric Bocquet, "il faut trouver des pistes alternatives en matière d'énergie. Et c'est d'autant plus stimulant de travailler sur des voies inexplorées".
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