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Comment faire bouillir de l'eau avec 30 fois moins d'énergie

ActualitéClassé sous :physique , Nikhil A. Koratkar , nanobarreaux en cuivre

Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute ont fait une découverte surprenante : une couche de nanobarreaux de cuivre recouvrant le fond d'un récipient en métal réduit sensiblement la dépense d'énergie pour faire bouillir de l'eau... On pense bien sûr à des applications industrielles mais la trouvaille pourrait aussi améliorer le refroidissement des puces d'ordinateurs.

Une image prise au microspoce électronique des nanobarreaux en cuivre. Crédit : Rensselaer Inst./Koratkar

Le processus de formation des bulles est plus complexe qu'il y paraît. Une branche entière de la thermodynamique statistique est consacrée à ce difficile problème de changement de phase. On a fini par comprendre que des irrégularités de la surface du métal au fond d'une casserole pouvaient jouer un rôle dans la formation des bulles. Plus précisément, le processus de nucléation des bulles est influencé par la présence de cavités d'échelle micrométrique.

Comme l'a découvert Nikhil A. Koratkar, en recouvrant le fond d'un récipient en cuivre de nanobarreaux de ce même métal, il apparaît une synergie entre le processus de nucléation des bulles dans les cavités micrométriques et la présence de cavités encore plus petites dans les nanobarreaux, où des bulles d'air se trouvent piégées. Un flux régulier de micro-bulles de vapeur se forme alors et celui-ci nécessite beaucoup moins d'énergie pour être produit. Les mesures à ce sujet sont stupéfiantes : il faut environ 30 fois moins de chaleur pour faire bouillir de l'eau !

Beaucoup de processus industriels nécessitent la formation de vapeur d'eau, comme dans les centrales nucléaires ou le vapocraquage du pétrole. On imagine aisément le gain que l'on pourrait atteindre avec cette technique. Mais il y a plus.

Une solution de plus pour refroidir les puces

La formation de bulle conduit à un transfert efficace de chaleur par convection mais la convection opère aussi bien dans un liquide que dans un gaz. Ainsi, en recouvrant de nanobarreaux de cuivre certains composants électroniques, comme des puces d'ordinateur, on devrait en faciliter le refroidissement, une fonction pour laquelle de nombreux laboratoires dans le monde cherchent des solutions techniques plus efficaces. Ce serait là un moyen de plus pour assurer la pérénité de la loi de Moore et une application de plus pour les nanobarreaux dont on avait déjà imaginé le rôle pour des nanomachines.

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