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Transport nanofluidique pour une énergie bleue

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Le mélange, par exemple entre l’eau de mer salée et l’eau douce de rivière, s’avère une source majeure d’énergie renouvelable restée inexploitée jusqu’à présent. Bien que le principe de récupération de cette « énergie bleue » soit connu depuis les années 70, la densité de puissance que l’on parvient à obtenir actuellement demeure trop faible pour pouvoir être rentable à une échelle industrielle. Récemment, de nouvelles stratégies nanofluidiques ouvrent des perspectives prometteuses notamment avec une amélioration possible de plusieurs ordres de grandeur de la densité de puissance.

La conversion d’énergie repose sur le couplage entre débit liquide, courant électrique et flux de soluté au sein de nanocanaux dont les parois sont chargées. Les interactions physiques au voisinages des parois sont responsables du couplage entre ces trois flux. En tirant profit de ce couplage, la conversion d’énergie osmotique en énergie électrique est possible.
Maîtriser cette « énergie bleue », fondée sur les propriétés d’interface, est actuellement un défi pour la nanofluidique tant du point de vue fondamental que technologique. Ce stage vise à une meilleure compréhension du couplage entre hydrodynamique, transport de charges électriques et transport d’espèces chimiques. Pour cela une nouvelle approche expérimentale, développée dans notre équipe, sera utilisée pour mesurer simultanément le courant électrique ainsi que le débit avec une sensibilité extrême qui permet de menée une étude à l’échelle d’un nanocanal unique. L’étudiant considérera d’abord le cas d’un nanocanal de géométrie conique et s’intéressera à l’impact de la dissymétrie du pore sur l’écoulement et le courant avec l’apparition prévue d’un phénomène de rectification analogue à celui d’une diode en microélectronique. Le cas d’un ensemble de canaux calibrés sera ensuite abordé afin d’évaluer le couplage possible entre différents canaux en vue d’une collecte d’énergie fondée la mise en oeuvre en parallèle d’un grand nombre de canaux.

mots clé : nanofluidique, electrolyte, énergie renouvelable, transports couplés, instrumentation

Contacts :
Elisabeth Charlaix, Cyril Picard

cyril.picard@univ-grenoble-alpes.fr
elisabeth.charlaix@univ-grenoble-alpes.fr