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Un serpent magnétique de microparticules pour guider un liquide

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Avec un champ électromagnétique alternatif et une poudre de particules métalliques, on peut contrôler finement l'écoulement d'un liquide. De quoi, paraît-il imaginer de nouvelles manières d'enregistrer l'information et bien d'autres choses.

Les vitesses de l’eau (indiquées par les petites flèches) varient beaucoup d’un endroit à l’autre, témoignant d’un jeu subtil entre forces hydrodynamiques et électromagnétiques. © M. Belkin, A. Snezhko, I.S. Aranson, and W.-K. Kwok

Maîtriser la structure d'un liquide aussi bien que celle d'un solide est un rêve que caressent les physiciens depuis longtemps. On parle parfois de « smart liquid », une expression que l'on peut éviter de traduire par « liquide intelligent », plutôt maladroite. Au Laboratoire National d'Argonne (Université de Chicago), une équipe a trouvé un moyen original pour contrôler précisément les mouvements d'eau dans un petit volume : saupoudrer le liquide de minuscules particules métalliques et appliquer ensuite un champ magnétique alternatif. Leur technique vient d'être publiée dans la revue Physical Review Letters.

En modifiant les caractéristiques du champ, les chercheurs parviennent à assembler les particules, en l'occurrence de minuscules sphères de nickel d'un dixième de millimètre de diamètre, qui s'alignent selon différentes formes. Les images montrent des serpentins qui ondulent dans l'eau. La forme du motif final dépend d'un délicat équilibre entre les forces hydrodynamiques et électromagnétiques. Une fois la structure en place, la vitesse de l'eau le long du paquet de microbilles varie selon la fréquence de variation du champ électromagnétique.

Un serpent, fait de particules métalliques assemblées à l’aide de champs électrique et magnétique, canalise des courants d’eau minuscules, voire microscopiques. © M. Belkin, A. Snezhko, I.S. Aranson, and W.-K. Kwok

Dessiner à distance

On aurait tort de croire qu'il ne s'agit que d'une gentille expérience de physique amusante. « L'auto-assemblage de formes contrôlées par un environnement électrique et magnétique ouvre des possibilités extraordinaires pour réaliser des systèmes à des échelles microscopiques » s'enthousiasme Alexey Snezhko, un des auteurs de l'étude.

Pour l'instant, les structures créées par l'équipe mesurent plusieurs centimètres mais les chercheurs affirment pouvoir descendre beaucoup plus bas dans l'échelle des dimensions. Ils pourraient par exemple réaliser des pompes microscopiques pour entraîner un minuscule flux d'eau. L'équipe est persuadée que cette performance peut servir dans bien d'autres domaines. Sculpter des structures complexes sans contact, en manipulant simplement un champ électromagnétique, pourrait ajouter une technique à l'ingénierie des nanotechnologies.

Comme applications envisageables, les scientifiques imaginent par exemple des dispositifs d'enregistrement d'information qui seraient complètement différents de nos disques durs actuels. Dans un domaine tout autre, le fait de contrôler finement le flux d'une solution liquide peut servir à la conception de « laboratoires sur puce », en anglais lab-on-a-chip, des outils d'analyse chimique de petite dimension. Les idées ne manquent pas et il pourrait y en avoir d'autres...

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