Thermo-osmose
Définition
La thermo-osmose est le passage d'un fluide à travers une membrane contre la pression hydrostatique, due à un gradient de température. Elle distribue un écoulement à travers un milieu poreux causé par des différences de température. L'osmose est ainsi dirigée par la chaleur.
Les thermo-osmoses hydrophobe et hydrophile :
Schéma de principe de thermo-osmose, dans le cas d'une membrane hydrophobe et d'une membrane hydrophile.
Explications
Le fait que les gradients de température soient capables de donner lieu à un écoulement de matière se manifeste aussi par des phénomènes aussi variés que l'effusion thermique d'un gaz à travers un diaphragme poreux, l'effet fontaine dans l'hélium II, et aussi (dans les systèmes multi-composants) par diffusion thermique et l'effet Soret.
La thermo-osmose a été observée pour la première fois par Lippmann en 1907 dans le passage de l'eau à travers des membranes de gélatine. Voir aussi l'osmose inverse, l'endosmose, l'exosmose.
Thermo-osmose : est-il possible de dessaler l'eau par gradients thermiques ?
Le développement d'énergies alternatives durables est l'un des plus grands défis auxquels notre société est confrontée, et les systèmes nanofluides pourraient apporter une contribution significative au dessalement de l'eau de mer.
Par exemple, des membranes nanoporeuses soumises à un gradient de salinité génèrent un courant électrique. De même, les membranes pourraient être utilisées pour récupérer l'énergie de la chaleur résiduelle. Les membranes à porosité microscopique ont été utilisées avec succès pour générer des gradients de pression sous de faibles différences de température, mais la récupération de la chaleur résiduelle avec des membranes nanoporeuses a été beaucoup moins explorée.
À l'aide de simulations de dynamique moléculaire, le coefficient de thermo-osmose a été mesuré par les voies mécanocalorique et thermo-osmose, contre différentes énergies interfaciales solide-liquide. Une formule de Derjaguin modifiée prend en compte les conditions hydrodynamiques interfaciales et elle décrit bien les résultats de la simulation.
Pour une surface non mouillante, le transport par thermo-osmose est contrôlé et largement amplifié par l'existence d'un glissement à l'interface. Alors que pour une surface mouillée, la position du plan de cisaillement hydrodynamique joue un rôle clé dans la détermination du coefficient de thermo-osmose. Le coefficient de thermo-osmose diminue pour une mouillabilité croissante et un changement de signe est clairement observé. Enfin, malgré un reflux hydrodynamique induit par des effets d'entrée hydrodynamiques, une vitesse d'écoulement thermo-osmotique rapide existe dans les systèmes de nanotubes de carbone, qui pourrait être utilisée pour dessaler l'eau.
Synonymes, antonymes
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