Publication du Laboratoire de Chimie dans la revue Nature Communications, le 1er avril 2023. Communication du CNRS-INC du 20 avril 2023.
Historiquement développée pour des systèmes macroscopiques, la thermodynamique est la science qui permet de définir précisément pression et température en s’intéressant aux échanges d’énergie d’un système. Une chercheur CNRS du Laboratoire de Chimie de l'ENS de Lyon a montré que la définition de certaines grandeurs fondamentales devient nettement plus compliquée pour des systèmes nanométriques. Une étude parue en "featured article" du journal Nature Communications.
Si pression et température riment avec météo, la thermodynamique est la science qui permet de les définir plus précisément en s’intéressant aux échanges d’énergie d’un système. Son rôle a été majeur pour mieux comprendre les transformations de la matière ou encore le fonctionnement des moteurs et l’amélioration de leur rendement. Historiquement, elle a été développée pour des systèmes macroscopiques. Un chercheur CNRS du Laboratoire de Chimie de l’École normale supérieure de Lyon montre que la définition de certaines grandeurs aussi fondamentales telles que la tension superficielle et le potentiel chimique devient nettement plus compliquée pour des systèmes nanométriques. Principale raison ? le rôle prédominant joué par la surface et les interfaces dans des systèmes ou des objets très petits, la matière confinée entre deux surfaces ne se comportant pas comme dans un échantillon macroscopique.
Cellules, dispositifs d’analyse microfluidiques, systèmes poreux nanométriques, nanofilms etc. sont autant de systèmes pour lesquels il faut donc revoir certaines grandeurs et concepts introduits dès le XIXe siècle et enrichir la liste des fonctions thermodynamiques. Et les théoriciens n’ont pas attendu l’avènement des nanotechnologies pour s’y atteler. Ainsi, dès 1936, la pression de disjonction (disjoining pressure) a été introduite. Cette grandeur décrit la différence entre la pression dans un liquide fortement confiné et celle dans le même liquide non confiné. Plus de 80 ans plus tard, le concept « jumeau » du potentiel chimique de disjonction (disjoining chemical potential) est à présent révélé. Ce travail, "featured article" de la revue Nature Communications, contribue à prolonger les fondations d’une science pourtant bicentenaire mais qui revêt une importance capitale à l’heure de la miniaturisation et des nanotechnologies.
Illustration : iStock © Jian Fan
Référence : Nanoscale thermodynamics needs the concept of a disjoining chemical potential. Wei Dong. Nature Communications, 1er avril 2023.
DOI : 10.1038/s41467-023-36970-7
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