Évaporation accélérée, déversements de pétrole et aspects économiques du dessalement de l'eau

Voici une énigme intéressante. Les fluides électrorhéologiques sont des huiles non conductrices portant une pincée de nanoparticules diélectriques, telles que l'oxyde de titane. L'application d'un champ électrique à ces fluides force les nanoparticules ensemble, transformant le liquide en solide.

Les fluides électrorhéologiques ont toutes sortes d'applications dans des appareils tels que les amortisseurs, les freins et les hanches artificielles où les ingénieurs les utilisent pour modifier instantanément la résistance au mouvement.

Mais aujourd'hui, Kunquan Lu et ses amis de l'Institut de physique de Pékin, en Chine, disent que quelque chose d'étrange se passe dans leur laboratoire où ils étudient les fluides électrorhéologiques depuis quelques années.

La base de leurs fluides électrorhéologiques est l'huile de silicone, un fluide visqueux épais qui est remarquablement robuste et stable.

Mais Lu et ses collègues ont remarqué quelque chose d'étrange lorsqu'ils ajoutent des nanoparticules d'oxyde de titane à de l'huile de silicone – elle commence soudainement à s'évaporer. Ils ont découvert qu'en quelques jours seulement, une fraction importante du liquide disparaît tout simplement.

C'est une énorme surprise. L'huile de silicone pure peut être conservée pendant des années, voire des décennies, sans la moindre trace d'évaporation. Il est difficile d'imaginer ce qui pourrait amener ces choses à flotter dans les airs.

Lu et co ont enquêté sur le phénomène. Ils ont testé des nanoparticules de différentes tailles et matériaux, la densité de la suspension et même deux formes minérales différentes d'oxyde de titane.

Il est facile d'imaginer que les nanoparticules flottant à la surface du liquide augmentent la surface et que c'est elle qui permet un taux d'évaporation accru.

Lu et co disent que ce n'est pas ce qui se passe dans leur labo. Ils donnent deux raisons. Premièrement, le taux d'évaporation de l'huile de silicone pure est si faible au départ que même si les nanoparticules doublaient la surface, cela ne pourrait pas expliquer l'évaporation spectaculaire qu'elles mesurent.

Deuxièmement, si une augmentation de la surface était responsable, il devrait être possible d'augmenter le taux d'évaporation en utilisant des nanoparticules plus petites.

Mais cela n'arrive pas. En fait, il semble exister une granulométrie optimale en dessous de laquelle la vitesse d'évaporation ralentit.

Les mesures ont créé une autre surprise. Lu et co ont testé le taux d'évaporation avec deux types de nanoparticules d'oxyde de titane appelées anatase et rutile, qui ont des structures cristallines différentes. Et c'est ce qui s'avère avoir le plus grand impact sur le taux d'évaporation.

Comprendre pourquoi est un défi. L'oxyde de titane anatase forme des cristaux aux bords bien définis, de sorte que les nanoparticules ne sont pas sphériques. Lu et co spéculent que les molécules d'huile à la surface d'un cristal près de ces bords sont moins fortement liées que les autres molécules.

Par conséquent, ces molécules flottent plus facilement (voir figure ci-dessus). Ils émettent l'hypothèse que c'est ce processus qui accélère l'évaporation, mais ils disent que davantage de travail est nécessaire pour caractériser exactement ce qui se passe.

C'est une découverte extrêmement importante. La capacité d'accélérer l'évaporation du pétrole pourrait avoir des conséquences importantes dans toutes sortes de domaines, par exemple dans la façon dont les ingénieurs nettoient les déversements de pétrole et d'autres formes de pollution.

Ensuite, il y a la possibilité de répéter ce processus dans l'eau. Une évaporation accrue pourrait changer radicalement l'économie du dessalement, en apportant de l'eau propre et bon marché dans des zones qui en manquaient auparavant. Un taux d'évaporation élevé conduira à un traitement efficace et économique de l'eau polluée, ou au dessalement de l'eau de mer, selon Lu and co.

Cependant, si le mécanisme de Lu and co. est correct, l'eau sera plus difficile à conquérir que le pétrole. Comme il est moins visqueux, les nanoparticules d'oxyde de titane ont tendance à précipiter hors du liquide. Cela rendrait difficile le déclenchement du mécanisme décrit par Lu et ses collègues.

Néanmoins, il n'est pas impossible que les chimistes trouvent une astuce pratique pour empêcher cela, peut-être avec d'autres cristaux ou avec des revêtements d'un type ou d'un autre.

Ce qui est sûr, c'est que le travail de Lu and co suscitera un intérêt important. Les aspects économiques de la purification de l'eau et du nettoyage du pétrole sont de la plus haute importance.

Réf : arxiv.org/abs/1210.6101 : Évaporation améliorée des liquides par les nanoparticules : une étude de cas sur l'huile de silicone et l'eau

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