🤔 Ces expériences remettent en question un concept fondamental de la thermodynamique

Les membranes échangeuses d'ions sont des matériaux utilisés dans de nombreuses industries, comme pour dessaler l'eau de mer ou dans les piles à combustible. Elles laissent passer certains ions et en bloquent d'autres, un peu comme un filtre intelligent. Une étude récente remet en cause certaines idées reçues sur leur fonctionnement.

Publiée dans la revue Asymmetry, cette recherche montre que le modèle habituel pour comprendre ces membranes ne suit pas toujours les lois classiques de la physique, en particulier les relations de réciprocité d'Onsager. Cette découverte pourrait changer la façon dont on conçoit ces matériaux.


Pour étudier ces membranes, les chercheurs simplifient souvent leur structure en la remplaçant par un schéma plus facile à mesurer. Ce modèle imagé utilise des petites billes chargées pour représenter les ions. Cela rend les calculs plus pratiques, mais introduit parfois des résultats étranges.

Les expériences menées sur différents types de membranes ont montré que, quand la quantité d'ions augmente, certains comportements deviennent asymétriques. Cela veut dire que certaines réactions ne sont pas les mêmes dans un sens et dans l'autre. Cela concerne surtout la façon dont l'eau et les ions traversent la membrane.

Dans leurs tests, les chercheurs ont mesuré différents flux: l'eau, les charges électriques et les substances dissoutes. Ils ont aussi appliqué différentes forces comme la pression et les différences de concentration. Ils se sont aperçus que les résultats n'étaient pas toujours cohérents avec ce que l'on attendait.

Cette différence oblige à repenser la manière dont on mesure et prédit les performances de ces membranes. Sans cela, on risque de mal comprendre leur fonctionnement.

Les relations de réciprocité d'Onsager non respectées

En physique, ces relations disent que les effets d'une force sur un flux doivent être les mêmes dans les deux sens. Par exemple, une différence de concentration qui pousse un courant électrique doit avoir le même effet qu'une tension électrique qui fait bouger des ions. C'est une règle de symétrie.

Les chercheurs ont découvert que cette symétrie n'est pas toujours respectée. Cela pourrait venir des interactions à l'intérieur des membranes.