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Contrôler l’évaporation de l’eau par auto-assemblage

L’évaporation de l’eau devient indépendante de sa force motrice, l’humidité de l’air, lorsque l’on y ajoute des molécules amphiphiles.

Accroche :

- L ‘évaporation de l’eau devient indépendante de sa force motrice, l’humidité de l’air, lorsque l’on y ajoute des molécules amphiphiles.
- Cette indépendance contre-intuitive est expliquée par un mécanisme d’auto-régulation provenant du couplage entre l’humidité de l’air et la structure des auto-assemblages formés à l’interface eau/air.

Texte :

- L’évaporation de l’eau est un phénomène universel qui touche toutes les formes de vie terrestre puisque l’air qui les entoure est trop sec. Contrairement aux plantes, les mammifères sont couverts d’une peau qui maintient leur vitesse d’évaporation à une valeur indépendante de l’humidité de l’air.
- A l’échelle microscopique, les plantes entourent leurs feuilles d’un film polymérique très hydrophobe alors que la couche extérieure de la peau des mammifères est constituée de cellules mortes cimentées par un mélange de petites molécules amphiphiles, des lipides.
- Répondre à la question de comment ces différences de composition expliquent une différence de comportement représente un défi à plusieurs facettes. Les systèmes sont vivants et dynamiques, toute étude statique est donc impossible, et sont composés de plusieurs espèces moléculaires difficiles à extraire et caractériser
- Pour contourner ces difficultés, une équipe de physico-chimistes du laboratoire de génie chimique de toulouse (CNRS/INP/UPS) et du laboratoire de chimie physique de l’Université de Lund a mis en œuvre une stratégie basée sur l’utilisation de solutions aqueuses modèles de molécules amphiphiles et le développement de cellules d’évaporation. Ces cellules ont permis la caractérisation des gradients de composition et de structure induits par l’évaporation de l’eau à l’aide de plusieurs techniques d’observation simple, comme la microscopie optique, ou de pointe, comme la microscopie infrarouge ou la microscopie à diffusion de rayons X aux petits angles.
Comme pour la peau des mammifères, l’évaporation des systèmes modèles est indépendante de l’humidité extérieure. Les résultats expérimentaux soutiennent un mécanisme d’auto-régulation, ou homéostatique, basé sur le couplage entre l’humidité de l’air et l’épaisseur de la phase concentrée d’amphiphiles à l’interface eau/air. Ce couplage compense les variations attendues de la vitesse d’évaporation de l’eau avec l’humidité de l’air. Ainsi, plus l’air est sec, plus l’évaporation devrait être rapide, mais plus la phase auto-assemblée est externe est épaisse et donc moins elle est perméable à l’eau. Ce travail est publié dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
- Ce mécanisme de régulation constitue une nouvelle illustration du principe énoncé par le Chatelier qu’un système répond à une perturbation hors-équilibre en s’y opposant. Ces résultats suggèrent de nouvelles stratégies pour la compréhension et le traitement de dysfonctionnement des barrières nous séparant de l’air, comme la peau et le film recouvrant nos yeux mais aussi plus généralement pour le contrôle de l’évaporation lors des processus de séchages.

En savoir plus :

- Revue PNAS : Controlling water evaporation through self-assembly
- Auteurs : Kevin Rogera,b,1, Marianne Liebic, Jimmy Heimdald, Quoc Dat Phamb, and Emma Sparrb