Les lois étranges de l'infiniment petit fluidique

¹ Laboratoire de Nanofluidique Quantique, École Polytechnique Fédérale de Lausanne, SB ISIC LNQ, Station 6 (Bât. CH), 1015 Lausanne
² Laboratoire de Physique de l'École normale supérieure, CNRS et ENS, 24 rue Lhomond, 75005 Paris

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Résumé

La mécanique des fluides est un domaine remarquable par la simplicité des lois qui la régissent… qui contraste de façon frappante avec la diversité des phénomènes que ces lois modélisent. L’équation de Navier-Stokes résume la dynamique des fluides en une seule ligne mathématique. Cette équation universelle est capable de décrire les courants océaniques jusqu’à la nage des bactéries, pourtant séparés par une dizaine d’ordres de grandeurs en échelles spatiales. Ce n’est qu’à une échelle avoisinant la taille moléculaire que l’universalité de la mécanique des fluides vacille, laissant place à la complexité de la nanofluidique. Pourquoi s’intéresser à la nanofluidique ? arce qu’aux échelles nanométriques, les écoulements ne sont plus régis par la seule hydrodynamique, mais également par la chimie des surfaces, la physique statistique et la physique des solides, jusqu’à impliquer le comportement quantique des électrons. Trouvant ainsi leur source à la croisée de plusieurs domaines, les lois fondamentales de l’infiniment petit fluidique sont particulièrement étranges et complexes. Or, ces lois ont une importance technologique majeure : elles régissent notamment les processus de séparation moléculaire, de conversion et de stockage d’énergie. Dans cet article, nous proposons une approche intuitive des lois émergentes de l’infiniment petit fluidique. Nous illustrons également comment la compréhension de ces lois sous-tend de nouvelles solutions technologiques pour le « nexus eau-énergie », convergence des problématiques sociétales impliquant l’eau et l’énergie.