Les écoulements de liquide aux échelles nanométriques sont omniprésents dans la nature, que ce soit dans les milieux poreux (sols, nappes phréatiques …) ou dans les systèmes vivants (interstices dans les membranes cellulaires, au sein d’organes tels que le rein par exemple).
Plus pratiquement, des membranes nano-poreuses sont utilisées pour la dépollution (filtration de l’eau), pour les laboratoires sur puce (diagnostique) ou pour de nouveaux modes de récupération d’énergie décarbonnée (centrale osmotique).
Pendant les deux premières séances, nous aborderons certaines notions communes aux écoulements aux nano-échelles. En particulier, si l’on remplit d’eau un cube d’un nanomètre de côté, on est en présence d’une trentaine de molécules d’eau.
-Les équations de Navier-Stokes sont-elles encore valides ?
-Le nombre de molécules sur les bords du cube est bien supérieur au nombre de molécules en volume. Quelle conséquence cela a-t-il sur les écoulements ?
-Enfin, nous verrons comment ce grand rapport surface / volume permet d’engendrer des phénomènes de transports couplés à grande échelle, à l’origine des applications mentionnées ci-dessus.
Pendant six autres séances, nous mettrons en pratique ces concepts et nous réaliserons et dimensionnerons des prototypes de récupération d’énergie (une mini-centrale osmotique), de filtration (dessalement d’eau de mer par exemple) ou de diagnostic (un laboratoire sur puce).
Une séance sera consacrée à une visite d’un laboratoire extérieur ou à une conférence.
Informations pratiques : Évaluation orale, numerus clausus de douze étudiants, cours en anglais ou français selon les besoins.
Liquid flows at nanometric scales are ubiquitous in nature, whether in porous media (soil, groundwater, etc.) or in living systems (interstices in cell membranes, within organs such as the kidney, for example).
More practically, nano-porous membranes are used for depollution (water filtration), for lab-on-chip (diagnosis) or for new methods of recovering carbon-free energy (osmotic power plant among others).
During the first two sessions, we will introduce specificities of nanoscale flows. In particular, if we consider a one-nanometer-long cube, only thirty water molecules are present. We address the following points:
-Are the Navier-Stokes equations still valid?
-The number of molecules on the edges of the cube is much greater than the number of molecules in volume. How does this affect flows?
-Finally, we will see how this large surface / volume ratio makes it possible to generate large-scale coupled transport phenomena, at the origin of the applications mentioned above.
During six other sessions, we will put these concepts into practice and we will design prototypes for energy recovery (a mini-osmotic power plant), filtration (seawater desalination for example) or diagnosis (lab-on-chip).
A session will be dedicated to a visit or a conference on these subjects.
Practical information: Oral evaluation, numerus clausus of twelve students, courses in English or French as needed.
- Teaching coordinator: Biance Anne-Laure