Une nouvelle étude détermine l'efficacité d'un moteur thermique à molécule unique en considérant une série de cliquets qui transfèrent l'énergie le long d'un réseau.
Des moteurs à combustion interne aux réfrigérateurs domestiques, les moteurs thermiques sont omniprésents dans la vie quotidienne. Ces machines convertissent la chaleur en énergie utilisable qui peut ensuite être utilisée pour effectuer un travail. Les moteurs thermiques peuvent être aussi petits qu’une seule molécule dont les mouvements aléatoires échangent de l’énergie avec l’environnement. Mais déterminer l'efficacité d'un moteur thermique moléculaire n'est pas une tâche simple.
Dans une étude publiée dans The European Physical Journal B , Mesfin Asfaw Taye, du West Los Angeles College, en Californie, aux États-Unis, calcule désormais les performances d'un moteur thermique moléculaire en termes d'une série de cliquets moléculaires qui transfèrent l'énergie, par étapes, dans une direction. Il montre et explique comment manipuler un tel système pour transporter une particule le long d'un chemin complexe.
Taye et ses collègues ont déjà invoqué le concept de « cliquet brownien » pour calculer la vitesse, l'efficacité et les performances globales d'un moteur thermique moléculaire. Ici, une particule (le moteur) change de position par mouvement thermique selon un mécanisme qui force un objet se déplaçant de manière aléatoire à se déplacer dans une seule direction.
Taye et son groupe proposent désormais une solution analytique complète à leurs équations modèles qui leur permet de calculer les performances du système à tout moment du processus. Cela permet d'examiner l'impact de la disposition à cliquet sur l'efficacité et la vitesse du moteur. Ils montrent également qu'un moteur fonctionnant dans un bain thermique avec une température décroissante progressivement peut conduire à une vitesse plus élevée mais à un rendement inférieur par rapport à un système avec des bains chauds et froids fixes, un autre outil pour manipuler le mouvement du moteur.
Cette découverte fournit un cadre pour étudier les caractéristiques thermodynamiques des moteurs moléculaires à base de protéines et d'autres systèmes à l'échelle micro et nanométrique connus pour convertir l'énergie chimique en mouvement mécanique. Il offre un moyen de transporter une particule vers un emplacement souhaité dans un réseau à une vitesse qui dépend de la disposition des cliquets.
Plus d'informations : Mesfin Asfaw Taye, Solutions dépendantes du temps pour l'efficacité et la vitesse d'un moteur thermique brownien fonctionnant dans un réseau bidimensionnel couplé à un fond thermique non uniforme, The European Physical Journal B (2023). DOI :10.1140/epjb/s10051-023-00533-y
Informations sur le journal : Journal physique européen B
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