Modèle micro/nanofluidiques de polarisation de concentration dans les écoulements osmotiques pour l'énergie bleue

Micro/nanofluidic modeling of polarization concentration in osmotic flow for Blue Energy harvesting

• Auteur / Autrice : Timothée Derkenne
• Direction : Annie Colin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2022
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Chimie Biologie et Innovation
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)

Mots clés

Mots clés libres

Nanofluidique

Écoulements osmotiques

Énergie bleue

Nanofluidic

Osmotic flow

Blue energy

Résumé

L'osmose est le phénomène responsable des transports spontanés de liquides à travers des membranes séparant des volumes d'eau de concentrations différentes en sel. Dans certaines conditions, ces phénomènes permettent de générer des courants électriques entre un réservoir d'eau salée et un réservoir d'eau douce : ainsi, la production d'énergie électrique grâce à l'eau salée des océans est ce qu'on appelle l'Énergie Bleue. Cependant, on observe un écart très important, et toujours inexpliqué entre les résultats prometteurs sur les nanopores uniques, et les puissances maximums obtenues sur des membranes nanoporeuses. En conséquence, avant de parvenir à récupérer cette énergie de manière efficace, il est nécessaire de finement comprendre les écoulements dans les nanopores des membranes. En particulier, les effets à l'entrée et à la sortie des nanopores mettent en jeu des couplages complexes entre concentration ionique, effets de surface, forces électrostatiques, et écoulements. L'objet de la thèse est d'utiliser des puces micro/nanofluidiques modélisant les membranes nanoporeuses échangeuses d'ions pour étudier expérimentalement ces phénomènes dans des conditions bien contrôlées. On s'intéressera en particulier à l'effet de la densité en canaux sur la concentration de polarisation dans une batterie à gradient de sel.

Osmosis is the phenomena responsible for spontaneous liquid transport across a membrane which separates different salt concentration water tanks. Under specific conditions, this could generate electrical current between a salted and a fresh water tank. This way to produce electricity with salt water from the sea is called Blue Electricity. But currently a huge gap between the power produced by a single nanopore and a few centimeters membrane stays unexplained. Consequently, before efficiently harvesting this energy it's necessary to understand how the membrane behaves with the osmotic flow. Particularly, the effect at the entrance and at the exit of nanopores are across ionic concentration, surface effect, electrostatic strength and flow. The objective of this thesis will be to create a nanoporous membrane within a micro/nanofluidic chip to study and understand those phenomena in well controlled conditions. With a particular focus on the effect of channel density on the concentration polarization in a salt gradient battery.