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RÉSUMÉ
La conversion de l’énergie lumineuse en énergie mécanique est une question importante, aussi bien pour le développement de véhicules propres, que pour agir sélectivement sur des systèmes micro et macroscopique sans contact mécanique. Les technologies actuelles comportent toujours des intermédiaires de stockage, de transport ou de transformation. S’en passer est un enjeu en termes de taille, de simplicité et de coût du système. La principale stratégie existante pour une conversion minimisant le nombre d’étapes intermédiaires consiste à modifier les tensions de surface entre l’objet et son environnement. Il se trouve qu’à la surface d’un liquide, la création de gradient de tension de surface induit des flux de matière (effet Marangoni) capables de mettre en mouvement des systèmes liquides ou solides. Ces flux peuvent en particulier être créés et contrôlés grâce à la lumière, via des effets thermiques ou à l’aide de surfaces et de tensioactifs photosensibles (effet chromocapillaire).
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Antoine DIGUET : Doctorant au département de chimie de l'École normale supérieure de Paris, UMR 8640
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Arnaud SAINT-JALMES : Docteur - Chargé de recherche au CNRS Institut de physique de Rennes, université Rennes 1 – CNRS – UMR 6251
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Damien BAIGL : Professeur à l'université Pierre et Marie Curie Paris 06, Département de chimie de l'École normale supérieure de Paris, UMR 8640
INTRODUCTION
La conversion de l'énergie lumineuse en énergie mécanique est une question importante aussi bien pour le développement de véhicules propres que pour agir sélectivement sur des systèmes micro- et macroscopique sans contact mécanique. Les technologies actuelles comportent toujours des intermédiaires de stockage, de transport ou de transformation. S'en passer est un enjeu en termes de taille, de simplicité et de coût du système. La principale stratégie existante pour une conversion minimisant le nombre d'étapes intermédiaires consiste à modifier les tensions de surface entre l'objet et son environnement. Il se trouve qu'à la surface d'un liquide, la création de gradient de tension de surface induit des flux de matière (effet Marangoni) capables de mettre en mouvement des systèmes liquides ou solides. Ces flux peuvent en particulier être créés et contrôlés grâce à la lumière, soit via des effets thermiques, soit à l'aide de surfaces et de tensioactifs photosensibles (effet chromocapillaire).
The conversion of light energy into mechanical energy is an important challenge for the development of clean vehicles as well as for the non contacting selective actuation on macro and microscopic systems. Current technologies involve intermediates for storage, transport and transformation. Performing this conversion without intermediate is interesting in terms of size, simplicity and system cost. The main existing strategy for a most direct conversion consists in the modification of surface tension between the object and its environment. It turns out that the creation of a surface tension gradient at the liquid surface induces matter flows (Marangoni effect) able to move liquid or solid systems. In particular, these flows can be generated and controlled by light, through thermal effects or by using photosensitive surfaces and surfactants (chromocapillary effect).
Lumière, mouvement, tension de surface, effet Marangoni, isomérisation, goutte (~ 6)
Light, motion, surface tension, isomerization, Marangoni effect, drop
Domaine : Sciences fondamentales, énergie, chimie de surface
Degré de diffusion de la technologie : Émergence | Croissance | Maturité
Technologies impliquées : Surfaces photosensibles, tensioactifs
Domaines d'application : Conversion de l'énergie lumineuse, déplacement d'objets sans contact
Principaux acteurs français : Limité au domaine académique
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5. Conclusion
La création de flux de matière par modification photoinduite de tensions interfaciales, que ce soit de façon thermique ou par l'isomérisation de molécules, représente une stratégie innovante de conversion directe de l'énergie lumineuse en travail mécanique. Démontré sur des systèmes simples (goutte, solide flottant), cette technique mérite d'être combinée à des systèmes mécaniques et chimiques plus complexes afin de développer une ingénierie de la photomanipulation permettant de commander de manière sure, propre, économique et performante des systèmes micro- et macroscopiques variés par la lumière.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - DE GENNES (P.-G.), BROCHARD-WYART (F.), QUERE (D.) - Gouttes, bulles, perles et ondes. - Collection Echelles, ISBN 2-7011-3024-7, Belin, 255 p. (2005).
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(2) - CANTAT (I.), COHEN-ADDAD (S.), ELIAS (F.), GRANER (F.), HOHLER (R.), PITOIS (O.), ROUYER (F.), SAINT-JALMES (A.) - Les mousses : structure et dynamique. - Collection Echelles, ISBN 978-2-7011-4284-5, Belin, 288 p. (2010).
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(4) - BRZOSKA (J.-B.), BROCHARD-WYART (F.), RONDELEZ (F.) - Motions of droplets on hydrophobic model surfaces induced by thermal gradients. - Langmuir, 9, no 8, p. 2220-2224 (1993).
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(5) - RYBALKO (S.), MAGOME (N.), YOSHIKAWA (K.) - Forward and backward laser-guided motion of an oil droplet. - Phys. Rev. E, 70, no 4, p. 046301 1-4 (2004)
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