L’énigme de la dynamique des fluides enfin résolue ?

La dynamique des fluides fait référence à l’étude des mouvements des molécules liquides ou gazeuses. Depuis 15 ans, les scientifiques ont tenté de comprendre comment les molécules d’eau circulent dans les minuscules nanotubes de carbone. Une recherche récente a permis aux chercheurs d’expliquer ce phénomène si mystérieux. Les fluides se déplaceraient plus facilement dans les nanotubes les plus fins, où il n’y a presque pas de friction.

En réalité, les flux dans les nanotubes de carbone défient toutes les théories de la dynamique des fluides. À titre illustratif, les contraintes géométriques des nanotubes de petite taille permettent aux molécules d’eau de circuler plus facilement dans les parois. De plus, ces fluides se déplacent presque sans friction.

Dans une nouvelle étude théorique publiée dans Nature le 2 février 2022, ces chercheurs indiquent qu’ils ont enfin pu trouver la réponse. Ceci grâce à une combinaison sans précédent de la mécanique des fluides et de la friction quantique.

L’interaction entre les molécules d’eau et les électrons des nanotubes

L’interaction des molécules d’eau et des électrons dans les parois des nanotubes est un phénomène qui provoque le ralentissement des flux. En effet, les parois des nanotubes sont constituées d’électrons qui se bousculent avec les molécules d’eau. De ce fait, les molécules et les électrons se poussent et se tirent les uns les autres, ce qui ralentit le flux dans les parois.

friction quantique illustration

En outre, ce phénomène est plus marqué pour les variantes de nanotubes, qui sont constituées de plusieurs couches de feuilles de carbone d’un atome d’épaisseur. Cela est dû au fait que les électrons peuvent sauter d’une couche à l’autre. Ainsi, ce phénomène provoque l’augmentation de la friction quantique, ce qui ralentit les flux.

Une circulation plus rapide dans les nanotubes plus étroits

Pour les nanotubes plus étroits, les contraintes géométriques entraînent un désalignement entre les couches. Les chercheurs proposent que ce décalage à l’échelle atomique empêche les sauts d’électrons, ce qui réduit la friction et accélère les flux dans des parois des nanotubes plus étroits.

Par ailleurs, avec les propriétés de ces parois fabriquées à l’aide du graphène, les molécules d’eau se déplacèrent avec très peu de résistance. Cela s’explique par le fait que les parois en graphène des nanotubes sont entièrement lisses. Cette absence de rugosité de surface réduit la résistance des molécules d’eau qui passent. Le graphène n’accroche pas non plus les molécules à sa surface comme le font de nombreux autres matériaux.

SOURCE : SCITECHDAILY

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