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Des chercheurs de l'Université de Stuttgart et de l'Institut Max-Planck des systèmes intelligents de Stuttgart (Bade-Wurtemberg) ont développé un moteur thermique de type Stirling à l'échelle micrométrique. Ils ont pu observer et analyser son fonctionnement, et les résultats sont plutôt prometteurs. Même si celui-ci "hoquète" encore un peu, et ne peut donc pas être utilisé en l'état, il fonctionne aussi bien que son homologue de taille normale, créé il y a 200 ans par Robert Stirling.
L'élaboration de ce mini-moteur a nécessité un schéma de base différent du modèle macroscopique. "Nous avons réussi à réduire la taille des parties essentielles du moteur thermique (chambre à gaz et piston) à seulement quelques micromètres, avant de les assembler en un composant unique", explique Valentin Blickle, membre de l'équipe de recherche. Le gaz injecté n'est donc plus constitué d'un nombre important de molécules, mais d'une seule bille plastique de trois micromètres qui flotte sur l'eau. Les physiciens ont également remplacé le piston, qui se déplace régulièrement de haut en bas dans le cylindre, par un faisceau laser focal dont l'intensité varie périodiquement. De même, ils ont substitué le charbon du moteur à vapeur par un faisceau laser supplémentaire qui chauffe l'eau instantanément et permet de la refroidir immédiatement dès que le laser est coupé.
En raison de leur température, les molécules d'eau sont constamment en collision avec la microparticule. Par ces collisions aléatoires, la particule de plastique échange de l'énergie avec son environnement dans le même ordre de grandeur que la micromachine convertit l'énergie en travail. Au grand étonnement des physiciens, l'efficacité s'est avérée identique à celle de son homologue macroscopique en pleine charge. "Ce constat n'était pas nécessairement attendu, car la machine est si petite que son mouvement pouvait être entravé par des processus microscopiques qui sont sans conséquences dans le monde macroscopique", indique Clemens Bechinger, professeur à l'Université de Stuttgart.
En effet, des problèmes peuvent parfois intervenir à cause de la différence des lois physiques entre l'échelle micrométrique et macrométrique. Malgré ces différences, certaines propriétés physiques restent étonnamment semblables sur les deux échelles, grande et petite. "Bien que notre machine ne fournisse encore aucun travail utile, il n'existe en principe pas d'obstacles thermodynamiques l'interdisant dans des dimensions réduites", conclut Clemens Bechinger.
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