Sciences et technologies
Article
Des chercheurs du Laboratoire Interdisciplinaire de physique de Grenoble (LiPhy – CNRS / Université Grenoble Alpes) ont développé un capteur capable de mesurer d’infimes débits liquides. Une technologie développée en collaboration avec l’Institut Néel et le CEA-LETI, aux applications multiples et qui a fait l’objet d’un récent dépôt de brevet européen.

Comment mesurer le débit d'un fluide à travers un nanopore, autrement dit un trou d'un diamètre de 1 à 100 nm, 1000 fois plus petit qu'un cheveu ? À cette échelle, du même ordre de grandeur que celui des molécules qui le composent, le fluide est soumis à des contraintes qui n'existent pas aux échelles plus grandes. Son comportement est alors régi par des effets de surface qui deviennent prépondérants par rapport aux effets de volume. Les problématiques d'écoulement à ces échelles nanométriques ont donné naissance à une discipline appelée nanofluidique, dont les applications concernent des phénomènes biologiques, énergétiques ou même géologiques.

Les performances des meilleurs capteurs commerciaux disponibles à ce jour sont très insuffisantes par rapport au débit attendu dans un nanotube ou à travers un nanopore, représentant à peine quelques de picolitres (10e-12 L) par minute : à ce débit, il faudrait presque deux millions d'années pour remplir une bouteille d'un litre.

Pour contourner cette difficulté, les chercheurs du LiPhy sont finalement revenus à la méthode historique de mesure directe de débit, fondée sur l’accumulation d’une quantité de liquide pendant un certain laps de temps.

Pour pouvoir réaliser la mesure sur une durée de seulement quelques minutes, la difficulté est de parvenir à détecter une quantité infime de liquide. Pour ce faire, le liquide est accumulé sur une membrane déformable de silicium de quelques millimètres de côté et de 10 microns d’épaisseur. La déflection de la membrane est directement mesurée à l’aide de jauges de déformation. Leur sensibilité permet de détecter un déplacement nanométrique de la membrane qui correspond à une variation de volume de l’ordre du picolitre. Il est ainsi possible de mesurer des débits avec un seuil de détection de l’ordre du pL/min pour un temps d’intégration de quelques minutes. Ce type de capteur peut être employé avec n’importe quel liquide et la mesure s’affranchit de l’utilisation de tout traceur.

"Nous pouvons réaliser une mesure directe du débit sans modifier le fluide" explique Cyril Picard, chercheur au LiPHY. "Ce capteur a été spécialement développé pour l’étude d’écoulements nanofluidiques. Il va permettre de caractériser les phénomènes de transport couplés au sein d’un nanopore. Ces phénomènes partiellement compris sont intéressants notamment pour le traitement de l’eau ou la conversion d’énergie."

Ce capteur devrait aider les chercheurs à mieux comprendre les écoulements de fluides aux échelles nanométriques et trouver des applications dans les traitements d'effluents, les filtrations biologiques (dialyses) ou même la production d'énergie osmotique.



Prototype
Prototype du capteur pour la mesure de débit infime

 
Publié le 7 mai 2019
Mis à jour le 10 mai 2019

Vous aimerez peut-être aussi