Exploiter le mouvement brownien

Les petites particules en suspension dans un liquide sont constamment secouées par des collisions avec d'autres molécules, les faisant se secouer de manière erratique d'une manière connue sous le nom de mouvement brownien. Le phénomène observé pour la première fois par le botaniste Robert Brown en 1824 et plus tard décrit théoriquement par Albert Einstein est omniprésent dans la nature, une conséquence inévitable de l'énergie thermique dans l'environnement. Maintenant, le biochimiste de l'Université de Chicago, R. Dean Astumian, affirme qu'en appliquant des forces externes et en utilisant diverses astuces, nous pouvons biaiser ces méandres autrement aléatoires et faire bouger les choses plus dans un sens que dans l'autre, jetant ainsi les bases de dispositifs potentiellement utiles.





Un arrangement consisterait en un tuyau incliné qui comporte un réseau d'électrodes positives et négatives fixées le long d'un côté et qui contient également un fluide rempli de particules chargées négativement. Lorsque l'électricité est allumée, l'attraction électrique induira toutes les particules à s'accumuler au niveau des électrodes positives. Lorsque l'électricité est coupée, la gravité fera dériver la plupart des particules vers le bas. Mais en raison du mouvement brownien, certains vont parfois monter. Si ces particules qui se déplacent vers le haut dépassent l'électrode négative, qui est située juste au-dessus du positif, elles seront forcées de monter jusqu'à l'électrode positive suivante lorsque l'électricité sera rétablie. Le reste des particules qui ont dérivé vers le bas retourneront à l'électrode positive où elles étaient initialement rassemblées. En répétant ce processus, en allumant et en éteignant l'électricité précisément aux bons moments, nous pouvons générer un mouvement ascendant net, explique Astumian.

Fais-le descendre

Cette histoire faisait partie de notre numéro d'octobre 1997

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Si des particules plus grosses, composées du même matériau et portant la même charge négative, sont ajoutées au tuyau, elles auront tendance à descendre plus lentement que les particules plus petites, car elles subissent une traction plus forte de la gravité avec une traînée de friction relativement moindre. Si vous faites cela correctement, vous pouvez vous retrouver avec une situation où les grosses particules se déplacent vers le bas tandis que les petites particules se déplacent vers le haut, dit Astumian. Cela pourrait être extrêmement utile, ajoute-t-il, car à l'heure actuelle, il n'y a pas vraiment de bons moyens de séparer les particules par taille. L'approche biaisée du mouvement brownien, dit-il, pourrait fournir la base de dispositifs pratiques qui pourraient séparer en continu des protéines ou d'autres molécules dans le cadre d'un traitement biologique ou chimique.



Mais même si de telles applications ne réussissent pas, la recherche devrait, à tout le moins, contribuer à une nouvelle appréciation du mouvement thermique aléatoire, également connu sous le nom de bruit thermique. Nous avons toujours considéré le bruit thermique comme quelque chose à éliminer, dit Astumian. Mais maintenant, nous adoptons l'approche opposée et essayons de l'utiliser de manière constructive.

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