Osmose, le phénomène fluide responsable d'innombrables morts de limaces aux mains d'enfants espiègles, est fondamentalement important non seulement pour une grande partie de la biologie, mais aussi à l'ingénierie et à l'industrie. En termes simples, l'osmose fait référence au flux de fluide à travers une membrane entraîné par une différence de concentration (solutée), comme l'eau provenant des cellules d'une limace salée ou absorbée par les racines des plantes.
La théorie actuelle décrivant le comportement induit par l'osmose fait les prédictions les plus précises pour les faibles concentrations, limitant son applicabilité à de nombreuses utilisations du monde réel. Au fur et à mesure que l'intérêt pour la recherche et le développement de processus dépendants de l'osmotique augmente, et s'élargit, il en va de même du besoin d'une compréhension théorique plus granulaire des mécanismes déterministes.
De nouvelles recherches fournissent maintenant cette compréhension approfondie, apparaissant comme une paire de publications cette semaine dans le Journal de physique chimique , des éditions AIP. Le premier article déconstruit la mécanique moléculaire de l'osmose à hautes concentrations, et généralise les résultats pour prédire le comportement pour des concentrations arbitraires. La deuxième partie de l'étude simule ensuite via la modélisation moléculaire deux formes clés de flux osmotique d'une manière largement utilisable.
"Le transport osmotique entraîné par la différence de salinité se produit dans de nombreux systèmes biologiques, et il est également utilisé dans diverses applications industrielles, " a déclaré Hiroaki Yoshida de l'ENS en France, co-auteur des publications jumelées. "L'intérêt récent pour ses applications aux dispositifs micro- et nano-fluidiques, comme pour le dessalement, récupération d'énergie, et la technologie biomédicale, Juste pour en nommer quelques-uns, stimule la croissance de ce domaine de recherche.
Le groupe a décidé que deux publications fourniraient un aperçu plus complet et utile de leurs conclusions et de leurs implications.
"Dans ce contexte, ce qui nous a inspiré pour commencer ce travail est le fait que, dans des situations si diverses, on rencontre la limitation des cadres théoriques existants pour étudier les transports osmotiques, " a déclaré Yoshida. " Il était urgent d'étendre les théories applicables à des situations plus larges, et en même temps, il était nécessaire de développer une méthode de calcul pertinente pour les études numériques. Étant donné que ces objectifs étaient tout aussi importants, nous avons décidé de transmettre les deux messages sous la forme d'une série d'articles."
Quelle que soit la concentration, il y a deux composants géométriques différents à l'écoulement osmotique que Yoshida et ses collègues, Sophie Marbach et Lydéric Bocquet, étudiées :osmose nue et diffusio-osmose. Typiquement, ils sont considérés indépendamment, mais le groupe a adopté une approche différente et a vu l'intérêt de comprendre comment ils se rapportent les uns aux autres.
"L'osmose nue et l'écoulement diffusio-osmotique sont des phénomènes géométriquement différents :l'osmose est un transport de liquide à travers une membrane, et la diffusio-osmose est un écoulement parallèle à l'interface solide-liquide, " dit Yoshida. " Par conséquent, ces phénomènes sont généralement traités indépendamment. Cependant, la force motrice de ces transports est commune, c'est la différence de concentration (ou de potentiel chimique), et c'est pourquoi nous avons pensé qu'il était important de les étudier ensemble. Ce sur quoi nous voulions insister, c'est que ces deux transports devaient être analysés dans un cadre commun, employant la barrière énergétique et l'expression de la pression osmotique générale."
