Les molécules se déplacent plus vite à proximité d'une surface inégale

Publié par Redbran le 21/01/2020 à 14:00
Source et illustration: Université Libre de Bruxelles (ULB)
Contrairement à ce que l'on pourrait penser, les molécules peuvent se déplacer plus vite à proximité d'une surface inégale. C'est la conclusion d'une équipe de chercheurs de l'Université libre de Bruxelles, dont l'étude est publiée dans Physical Review Letters.



La rugosité, soit la présence d'irrégularités sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière...), est associée à une lenteur de mouvement et à l'adhérence. Ce constat est valable à l'échelle humaine (1 mètre): on prend en effet plus de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) à parcourir une route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir le chemin.) irrégulière qu'un chemin plane (La plane est un outil pour le travail du bois. Elle est composée d'une lame semblable à celle d'un couteau, munie de deux poignées, à chaque extrémité de la lame. Elle permet le dégrossissage et le creusage...). À l'échelle de petits objets, nous pouvons prendre l'exemple de pâtes italiennes comme les rigatonis, présentant une surface irrégulière permettant de mieux faire adhérer la sauce tomate (La tomate (Solanum lycopersicum L.) est une espèce de plante herbacée de la famille des solanacées, originaire du nord-ouest de l'Amérique du Sud, largement cultivée pour son fruit climactérique. Le terme...) et le fromage. Jusqu'à présent, aucune expérience n'avait été tentée pour tester si ces conclusions se validaient à un niveau moléculaire.

Dans une étude dirigée par Simone Napolitano et publiée dans Physical Review Letters, Cristian Rodriguez-Tinoco et ses collègues du Département de Physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et...) (Faculté des Sciences de l'Université libre de Bruxelles (L’Université libre de Bruxelles (ULB) est une université belge francophone.), ULB) démontrent que les larges molécules se déplacent en fait plus vite à proximité d'une surface irrégulière à l'échelle nanométrique.

Leurs expériences démontrent que la croyance commune qu'une surface rugueuse permet aux molécules de mieux y adhérer est fausse.

Quand la taille de la rugosité, soit la distance moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques...) entre les "vallées" et les "collines" de la surface, est réduite à quelques nanomètres (soit quelques milliardièmes de millimètre), les molécules commencent à bouger plus vite.

Moins de voisins, plus d'espace

La détection de ces mouvements moléculaires n'est pas aisée: les molécules bougent vite (jusqu'à 1 millions et plus de mouvements par seconde) et leurs déplacements sont trop petits pour être observés par les microscopes. Les expériences sur une surface rugueuse ajoutent une complication à cause de son caractère inégal et des difficultés pour ajuster la taille et la distribution des irrégularités. L'équipe de l'ULB a créé une surface irrégulière d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse...) grâce à une évaporation (L'évaporation est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux. Elle est différente de l'ébullition qui est une transition rapide....) contrôlée du métal (Un métal est un élément chimique qui peut perdre des électrons pour former des cations et former des liaisons métalliques ainsi que...). Pour mesurer la vélocité (VéloCité est un service de prêt gratuit mis en place par la ville d'Angers qui fournit aux personnes qui habitent ou travaillent à Angers des bicyclette aux couleurs de la ville.) des molécules, les chercheurs ont appliqué un faible champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence...) et mesuré le temps de réponse des molécules au stimulus.

De manière surprenante, les chercheurs ont remarqué que les molécules à proximité de la surface irrégulière se comportent comme si elles avaient moins de voisins autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres...) d'elles, ce qui explique leur accélération (L'accélération désigne couramment une augmentation de la vitesse ; en physique, plus précisément en cinématique, l'accélération est une grandeur...). Ce constat est en désaccord avec les modèles numériques actuel, qui proposent que les molécules ralentissent à proximité d'une surface rugueuse. A contrario, les molécules de polymères n'apprécient pas se trouver à proximité d'un tel substrat et préfèrent s'en éloigner.

Les quelques molécules restant près des aspérités ont dès lors plus d'espace, forment moins de contact avec la surface et, par conséquence, se déplacent plus vite.

En partageant leurs résultats avec des théoriciens du Dartmouth College (Le Dartmouth College est une université privée du nord-est des États-Unis, située dans la ville de Hanover, dans l'État du New Hampshire. Elle fait partie de la prestigieuse Ivy...) (USA, Jane Lipson), les chercheurs de l'ULB ont établi un lien très fort entre la manière dont sont organisées les aspérités (les "vallées" et les "collines") et le mouvement des molécules. Les théoriciens ont démontré qu'un minuscule changement dans l'espace libre autour d'une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui peut exister à l'état libre, et qui représente...) avait un effet important sur la mobilité. Les prédictions de ce nouveau modèle rejoignent les observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et...).

Modifier la rugosité pour modifier les propriétés

Cette étude montre que la manière dont nous envisageons les interfaces n'est pas valide. Outre l'impact en science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris,...) fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.), le travail de l'équipe de l'ULB pourrait être exploité dans un large nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'applications. Depuis une décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.), de nombreux groupes de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) ont démontré que les propriétés des revêtements– comme la capacité de retenir ou repousser l'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) ou de modifier la vitesse (On distingue :) de formation des cristaux – étaient liées au nombre de points de contacts entre le film et son substrat. Modifier ce nombre impliquait, jusqu'à présent, des réactions chimiques complexes.

Ces nouvelles découvertes démontrent qu'il est possible de configurer les performances des nanomatériaux en changeant simplement la rugosité de la surface.
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.500 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique