La circulation vasculaire des plantes, les canaux ioniques, notre propre réseau lymphatique et de nombreux systèmes de récupération d'énergie reposent sur le transport de solutions salines dissoutes à travers des conduits tortueux. Ces solutions, ou électrolytes, maintiennent une charge positive ou négative essentielle au fonctionnement du système. Cependant, ce bilan de charge dépend des propriétés du canal qui contient le fluide.
Dans une étude publiée dans The European Physical Journal E , Paolo Malgaretti, de l'Institut Helmholtz d'Erlangen-Nürnberg pour les énergies renouvelables/Forschungszentrum Jülich, Allemagne, et ses collègues, dérivent désormais des équations qui décrivent comment la charge électrique locale dans les électrolytes change dans des canaux de sections efficaces variables, à l'équilibre. Le résultat pourrait aider à prédire les voies des particules chargées dans les systèmes biologiques et technologiques.
Lorsqu'une solution électrolytique est contenue entre deux plaques, la théorie dit que la charge électrique totale dans le liquide doit correspondre à celle des plaques. Cependant, les observations de Malgaretti et de son équipe montrent que lorsque les plaques s'approchent d'une séparation inférieure à 10 nanomètres les unes des autres, cet équilibre des charges se rompt. De plus, une nouvelle dynamique apparaît pour les électrolytes se déplaçant à travers des pores asymétriques ou des canaux de diamètres variables.
Pour capturer l'interaction entre la géométrie et l'équilibre de charge de l'électrolyte local, Malgaretti et son équipe ont effectué des calculs d'un électrolyte intégré entre les parois d'un canal ondulé. Ils ont constaté que la charge locale était interrompue chaque fois que la section transversale du canal changeait. Les chercheurs affirment que l'apparition de cette charge excessive résulte entièrement de l'interaction entre la géométrie des canaux et les forces électrostatiques et est comparable à la charge totale accumulée sur les murs.
La découverte s'est appliquée aux géométries planes et cylindriques, ainsi qu'aux parois de canaux isolantes et conductrices. Il pourrait être utilisé pour prédire les corrections des chemins énergétiques subis par les particules traceuses chargées, qui sont induites par la charge excédentaire locale.
Plus d'informations : Paolo Malgaretti et al, Dégradation de l'électroneutralité locale pour les électrolytes dans des nanopores à sections variables, The European Physical Journal E (2024). DOI :10.1140/epje/s10189-024-00408-9
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