Des molécules qui s’auto-assemblent pour contrôler l’évaporation de l’eau
L’eau s’évapore inexorablement en l’absence de barrière à mesure que l’air s’assèche, du fait de la différence d’humidité. Une équipe du Laboratoire de génie chimique a cependant montré que l’évaporation s’autorégule indépendamment de l’humidité de l’air en présence de molécules amphiphiles. Ces travaux ont été publiés dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
Les molécules amphiphiles sont constituées d’un groupe hydrophile et d’un groupe lipophile, ce qui leur permet d’associer des phases qui ne se mélangent pas comme l’eau et l’huile. La couche la plus externe de la peau comprend plusieurs composants amphiphiles et, sans elle, toute notre eau corporelle s’évaporerait. L’équipe du Laboratoire de génie chimique (LGC, CNRS/INP Toulouse/Université Toulouse 3 Paul Sabatier), a démontré qu’un mécanisme autorégulé d’évaporation se mettait en place lorsque des molécules amphiphiles sont ajoutées dans l’eau.
De par leur double nature, les molécules amphiphiles peuvent s’auto-assembler pour former de nombreuses structures. Une couche constituée d’une structure auto-assemblée très sèche se forme à l’interface avec l’air et réduit considérablement l’évaporation de l’eau. Cette couche s’épaissit lorsque l’air s’assèche, ce qui la rend plus isolante et compense l’effet attendu de l’assèchement. Le système est alors autorégulé : l’évaporation se fait désormais à un rythme constant, quel que soit le degré d’humidité extérieur. Les chercheurs ont observé le phénomène dans des cellules d’évaporation sur mesure et à bas coût. Elles permettent d’éliminer certains effets convectifs potentiellement gênants tout en s’adaptant à une large palette d’instruments.
Ces travaux pourraient préciser les liens entre structure et fonctionnement pour les membranes biologiques comme la peau, afin de remédier à certaines maladies et de tester l’agressivité de médicaments et de cosmétiques. Ils ouvrent également la voie à des applications dans la fabrication de matériaux par séchage, dans le domaine de la santé ou de l’agroalimentaire.
Un capillaire contenant une solution aqueuse de molécules amphiphiles est placé dans un air sec (à gauche) ou humide (à droite) et observé par microscopie optique polarisée. Le changement d’humidité induit un changement de la structure à l’interface entre le liquide et l’air.
Références :
Controlling water evaporation through self-assembly
K. Roger, M. Liebi, J. Heimdal, Q. D. Pham, and E. Sparr
Proceedings of the National Academy of Sciences vol. 113 no. 37 (2016)
DOI : 10.1073/pnas.1604134113