Confinement de fluides dans des matériaux nanoporeux

Confinement de fluides dans des matériaux nanoporeux, Benoit Coasne

Les matériaux nanoporeux sont des solides présentant une porosité avec des tailles de pore de l’ordre du nanomètre (milliardième de mètre). De par les effets induits par le confinement très fort au sein de leur porosité, ces solides sont au cœur de nombreuses applications importantes dans notre vie de tous les jours : adsorption (détection de gaz, chromatographie), énergie (stockage de l’hydrogène, piles à combustible et batteries), environnement (séparation de phases, traitement de l’eau, stockage des déchets nucléaires), sciences de la Terre (échanges entre le sol et l’atmosphère), etc. Dans cet exposé, je présenterai nos travaux réalisés à l’Université Grenoble Alpes grâce aux moyens de calcul GRICAD sur l’impact du confinement sur la thermodynamique et la dynamique d’un fluide au sein des matériaux nanoporeux. Nous aborderons tout d’abord les différents régimes thermodynamiques rencontrés lorsqu’un fluide est mis en contact avec un matériau nanoporeux : de l’adsorption irréversible au phénomène de condensation capillaire du fluide pour les plus grands pores au remplissage réversible et continu par le fluide pour les plus petits pores. Nous verrons qu’une modélisation thermodynamique simple permet de rationaliser ces différents régimes à condition de prendre en compte une description du déplacement du point critique du fluide confiné. Ensuite, nous montrerons comment le transport dans de tels milieux nanoporeux peut être décrit sans avoir à s’appuyer sur des concepts macroscopiques tels que l’hydrodynamique. En utilisant les paramètres et coefficients accessibles expérimentalement, nous verrons comment le transport du fluide nanoconfiné peut être rigoureusement décrit à partir de modèles simples dans le cadre de la Mécanique Statistique (théorie du volume libre, mouvement brownien intermittent).