Observer le comportement des atomes à l’interaction entre le liquide et le solide offre de nouvelles perspectives. C’est un domaine de recherche essentiel pour la production d’énergies renouvelables.

Ces nouveaux travaux publiés le 27 juillet 2022 dans Nature vont vous plonger au cœur du monde atomique — dans une certaine configuration. Les auteurs ont développé une boîte de pétri de taille nanométrique, en superposant des matériaux très fins, dont du graphène, obtenant ainsi un support à deux dimensions. Les atomes y sont pris en sandwich au sein du liquide. Ils ont pu filmer, pour la première fois, des atomes individuels en train de « nager ».

La vidéo a été publiée sur le site de l’université de Manchester, où les atomes sont visibles sous les formes d’une couleur chaude.

Video portal of The University of Manchester
Les atomes « nagent » dans le liquide. // Source : Adi Gal-Greenwood / Université de Manchester

L’interaction liquide-solide au cœur des énergies renouvelables

L’expérience mobilise des atomes de platine. Au sein de la boîte de pétri, du liquide est piégé au sein des matériaux solides extrêmement fins. L’objectif est de comprendre comment la présence du liquide change le comportement du solide (et vice-versa) à l’échelle atomique. Ces travaux ne nous permettent donc pas seulement d’observer les atomes en train de nager, ils apportent leur grain de sel dans un domaine en pleine expansion : les énergies renouvelables.

Car l’interaction entre liquide et solide est au cœur de certaines batteries et piles basées sur l’énergie propre, en particulier l’hydrogène. Pourtant, le comportement des atomes durant ce processus reste peu compris. « Compte tenu de l’importance industrielle et scientifique de ce comportement, il est vraiment surprenant de constater à quel point nous avons encore à apprendre sur les principes fondamentaux du comportement des atomes sur les surfaces en contact avec des liquides », détaille Sarah Haigh, l’une des chercheuses de ce projet. « L’une des raisons pour lesquelles les informations manquent est l’absence de techniques capables de fournir des données expérimentales sur les interfaces solide-liquide. »

Un vide que cette étude participe ainsi à combler. En observant la vidéo, et en comparant la recherche expérimentale avec les théories, l’équipe de recherche a pu, par exemple, déterminer que le liquide accélère le mouvement des atomes (qui sont plus lents en dehors du liquide) et modifie leurs positions « au repos » sur la surface solide. « Il s’agit d’un aboutissement important et ce n’est qu’un début. Nous envisageons déjà d’utiliser cette technique pour accompagner le développement de matériaux dédiés au traitement chimique durable nécessaire aux ambitions mondiales de zéro émission », conclut Nick Clark, l’un des auteurs.