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Officiellement, Lydéric Bocquet est expert en nanofluidique au CNRS et à l’École normale supérieure de Paris. Mais si vous lui posez la question, il vous donnera un titre de poste plus prosaïque.
«En réalité, je suis plombier de l’infiniment petit», affirme t-il, «j’observe les fluides qui s’écoulent dans les plus petits canaux imaginables».
La nanofluidique est la frontière où le continuum de la mécanique des fluides rencontre la nature atomique discrète de la matière. «En nanofluidique, nous étudions le comportement, la manipulation et le contrôle des fluides confinés dans des structures de 1 à 100 nanomètres», explique Lydéric Bocquet.
C’est des centaines de fois plus petit que la largeur d’un cheveu humain. Lorsqu’ils sont confinés dans des structures aussi minuscules, les fluides agissent différemment et peuvent présenter de nouvelles propriétés, suscitant l’intérêt de chercheurs comme Lydéric Bocquet.
La nanofluidique est un élément que l’on trouve facilement dans la nature, y compris dans notre propre corps. Comme le précise Lydéric Bocquet: «Du système de filtration de nos reins aux neurones et synapses de notre cerveau, les exemples de nanofluidique sont omniprésents.»
Selon Lydéric Bocquet, comprendre la nanofluidique est la clé pour la reproduire dans des applications artificielles, ce qui est l’objectif du projet SHADOKS, financé par le Conseil européen de la recherche. Dirigé par Lydéric Bocquet, le projet vise à améliorer notre compréhension de la nanofluidique et utiliser ces connaissances pour construire des machines ioniques.
Deux bananes: une journée d’efficacité
Les machines ioniques sont des dispositifs artificiels qui fonctionnent comme le cerveau humain. Autrefois cantonné à la science-fiction, ce concept commence à devenir une réalité.
Comme l’explique Lydéric Bocquet, l’informatique nanofluidique vise à imiter l’incroyable efficacité énergétique du cerveau en matière de traitement de l’information. Avec ses milliards de neurones connectés par des billions de synapses, le cerveau optimise la circulation de l’information en évitant le coûteux et constant transfert de données entre processeur et mémoire, caractéristique de l’architecture informatique classique.
«Le cerveau est un superordinateur qui peut être alimenté par seulement deux bananes par jour: c’est beaucoup plus efficace que n’importe quel ordinateur», ajoute Lydéric Bocquet.
Le projet SHADOKS visait à développer des composants informatiques de base basés sur les principes de la nanofluidique. Les chercheurs ont créé une machine ionique capable d’imiter le flux d’informations efficace du cerveau, en utilisant des ions se déplaçant dans les fluides, transportant et stockant les informations.
«C’est la première brique de l’édifice, mais l’informatique nanofluidique promet une consommation d’énergie plus faible, une plasticité au niveau du matériel et de multiples supports d’information», remarque Lydéric Bocquet.
Un cabinet de curiosités nanofluidiques
En travaillant sur la machine ionique, Lydéric Bocquet et son équipe ont fait d’autres découvertes importantes, ce qu’il appelle un «cabinet de curiosités nanofluidiques».
L’une d’elles concerne la manière dont l’eau s’écoule dans les nanocanaux à base de carbone, comme les nanotubes de carbone des équipements sportifs, des gilets pare-balles et des véhicules. «On pense depuis longtemps que l’eau confinée dans un nanotube de carbone s’écoule jusqu’à 10 000 fois plus vite que dans un espace non confiné», ajoute Lydéric Bocquet.
Lors d’expériences précédentes, il avait montré que le frottement de l’eau le long d’une paroi de nanotube se comportait de manière anormale. Dans le cadre du projet SHADOKS, lui et son équipe ont enfin pu expliquer pourquoi. «La réponse est un effet de friction quantique non conventionnel, propre aux propriétés des nanotubes de carbone», explique Lydéric Bocquet.
Selon lui, ce lien entre l’hydrodynamique et la physique quantique ouvre la voie à un large éventail d’applications possibles, dont le couplage du transport de l’eau au transport électronique.
Ouvrir les vannes d’eau douce
L’utilisation de la nanofluidique dans le dessalement et la filtration de l’eau est un autre élément du cabinet de Lydéric Bocquet. «Comme la solution que nous proposons utilise des champs électriques au lieu de la pression, elle peut être facilement mise à l’échelle, pour accroître considérablement l’accès à l’eau douce dans le monde», remarque-t-il.
Plusieurs brevets ont été déposés pour le nouveau système de filtration/désalinisation basé sur la nanofluidique, et Lydéric Bocquet compte lancer une start-up pour faire progresser le concept vers la commercialisation.
Selon lui, ce développement, ainsi que ses travaux sur les machines ioniques et d’autres domaines de recherche, prouvent que le projet SHADOKS a établi un nouveau paradigme dans le contexte de la nanofluidique. «Je suis convaincu que la science révolutionnaire issue de ce projet débouchera sur des innovations révolutionnaires à l’avenir», conclut-il.