Etude hydrodynamique des mélanges binaires thermosensibles

Hydrodynamic study of thermoresponsive binary mixtures

• Auteur / Autrice : Marc Pascual
• Direction : Marie-Caroline Jullien
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 14/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Gulliver (Paris) - Gulliver (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
• Jury : Président / Présidente : Régis Wunenburger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Caroline Jullien, Régis Wunenburger, Anne-Laure Biance, Benjamin Dollet, José Bico

Mots clés

Mots clés libres

Mélange binaire thermosensible

Thermocapillarité

LCST

Microfluidique

Nanofluidique

Matière molle

Energie bleue

Liquide ionique

Diffusio-osmose

Thermoresponsive binary mixture

Thermocapillarity

LCST

Microfluidic

Nanofluidic

Soft matter

Blue energy

Ionic liquid

Diffusio-osmosis

Résumé

La nanofluidique marque l'émergence de nouvelles technologies prometteuses pour la production d'énergies bleues. Ces énergies renouvelables à faible impact environnemental exploitent l'entropie de mélange de l'eau douce et l'eau salée, par exemple à l'estuaire d'un fleuve, pour générer de l'électricité. La diffusio-osmose (écoulement associé au déplacement diffusiophorétique) est un candidat sérieux pour la génération de courants électriques. Ce phénomène prend naissance à l'intérieur même des nanopores d’une membrane, et son intensité est directement liée à la charge de surface du matériau. Les mélanges binaires thermosensibles eau-liquide ionique sont une alternative aux fleuves et océans pour générer un gradient salin. L'état monophasique ou biphasique du mélange est contrôlé par la température; dans le cas présent la nature LCST du fluide induit une démixtion par chauffage.Nos travaux se concentrent sur la séparation de phase du mélange en cavité microfluidique, où nous montrons qu'un gradient de confinement ou de température sont une aide précieuse pour isoler sélectivement les deux phases. Nous mesurons également l'intensité des courants diffusio-osmotiques avec ces solutions de liquides ioniques dans des nanopores uniques et des membranes multipores.

Nanofluidics marks the emergence of promising new technologies for the production of blue energies. These renewable energies with low environmental impact harness the entropy of mixing of fresh and salt water, for example at the estuary of a river, to generate electricity. Diffusio-osmosis (which flow is associated with diffusiophoretic displacement) is a serious candidate for the generation of electric currents. This phenomenon stems from osmotic effects inside the nanopores of the membrane and its intensity is directly linked to the surface charge of the material. Waterionic liquid thermoresponsive binary mixtures are an alternative to rivers and oceans to generate a salt gradient. The monophasic or biphasic state of the mixture is controlled by temperature; in the present case the LCST nature of the fluid induces a demixing by heating. Our work focuses on the phase separation of the mixture in a microfluidic cavity, where we show that a confinement or temperature gradient is a precious help to selectively isolate the two phases. We also measure the intensity of diffusio-osmotic currents with these solutions of ionic liquids in single nanopores and multi-pore membranes.