Un échangeur nanofluidique pour l'énergie osmotique

Description du projet

La récupération de l'énergie de mélange issue d'un gradient salin, tel que celui entre l'eau douce et l'eau de mer, offre une source d'énergie décarbonée, renouvelable et non intermittente, dont le potentiel est comparable à la demande mondiale actuelle en électricité [1]. Cette « énergie bleue » est actuellement inexploitée car les meilleurs procédés, basés sur des membranes sélectives d’ions [2], offrent des densités de puissance de l’ordre de quelques W/m², trop faibles pour être économiquement viables.

Il y a dix ans, la découverte de nanotubes individuels ou de nanopores capables de convertir l'énergie saline à des densités de l'ordre du kW, voire du MW, par mètre carré de section transversale a ouvert la voie à un nouveau domaine de recherche prometteur [3]. Cependant, le passage d'un nanopore isolé à une membrane macroscopique a mis en évidence des défis fondamentaux liés à la mise à l'échelle. Il est désormais établi que le phénomène de polarisation de concentration à l'interface membrane/réservoir réduit la densité de puissance produite par les nanopores de plusieurs ordres de grandeur [4].

Au-delà des matériaux, il est nécessaire de développer des approches totalement nouvelles au niveau des procédés. Nous avons récemment proposé le concept d’échangeur nanofluidique [5] théoriquement capable de convertir plusieurs centaines de W/m². L’objectif de ce projet de M2 est d’étudier expérimentalement un élément constitutif d’un tel échangeur nanofluidique. La puce, réalisée en collaboration avec l’IPGG, comprend une nanofente alimentée par deux microcanaux équipés d’électrodes in situ. La caractérisation couplée électrique et fluidique s’appuiera sur l’expertise de l’équipe en matière d’instrumentation et de mesures nanofluidiques à haute résolution [6].

Ce stage s’inscrira dans le cadre du projet Tiamo récemment financé par l’ANR, mené conjointement par l’ESPCI Paris, le LIPhy de Grenoble, le LAMA de Chambéry et la plateforme technologique de l’IPGG à Paris. Ce stage pourra déboucher sur une thèse de doctorat financée par ce projet, visant à comprendre l’influence de l’ultra-confinement des ions sur les propriétés de transport électro-diffuso-osmotique et son impact sur la conversion d’énergie osmotique.

Profil

Les candidats doivent posséder une solide formation en physique de la matière molle ainsi qu’un intérêt marqué pour la physico-chimie. De manière plus générale, le candidat doit être à l’aise avec l’interdisciplinarité et motivé par l’instrumentation et les défis expérimentaux !

Candidature

Veuillez soumettre par email un curriculum vitae mentionnant au moins une personne de référence et une lettre de motivation.
Vous serez contacté(e) par courriel si vos compétences et votre expérience correspondent au profil recherché.

Références

[1] B. E. Logan and M. Elimelech. Membrane-based processes for sustainable power generation using water. Nature, 488.7411 (2012)
[2] C. Picard. “Membranes nanoporeuses, de l’énergie en domptant le mélange”. Etonnants matériaux. Ed. by S. Martrenchard, L. Orgéas, and A. V. Foillard Ruzette. CNRS Editions, 2026. Chap. 3, pp. 120–125
[3] J. D. Feng et al. Single-Layer MoS2 Nanopores as Nanopower Generators, Nature, 536 (2016)
[4] L. Wang et al. Nanopore-Based Power Generation from Salinity Gradient: Why It Is Not Viable, ACS Nano, 15 (2021)
[5] S. Sripriya et al. A nanofluidic exchanger for harvesting saline gradient energy, Lab on a Chip, 24.23 (2024)
[6] P. Sharma et al. A direct sensor to measure minute liquid flow rates, Nano Letters, 18.9 (2018)