Résumé
De par leur porosité nanométrique et leur grande surface spécifique, les matériaux nanoporeux sont au cœur de recherches fondamentales visant à étudier le rôle du nanoconfinement et des forces de surface sur la thermodynamique et la dynamique des fluides. Par ailleurs, mettant à profit ces propriétés dans des procédés technologiques, cette classe de solides est également centrale pour des secteurs clés de l’industrie : adsorption (e.g. détection, chromatographie), énergie (stockage de l’hydrogène, piles à combustible, batteries), environnement (séparation de phase, traitement des eaux, stockage de déchets nucléaires), etc. Parmi les matériaux nanoporeux [~1–100 nm], les solides dont les pores sont inférieurs en taille au nanomètre (e.g. charbons actifs, zéolithes) sont particulièrement intéressants, car le confinement extrême au sein de leur porosité conduit à des phénomènes d'adsorption et de transport inédits.
Dans cet exposé, nous illustrerons comment les approches reposant sur la physique statistique – dont les outils de la simulation moléculaire – permettent de développer des modèles simples de l'adsorption et du transport dans ces matériaux ultraconfinants. En particulier, nous verrons comment un modèle thermodynamique simple permet de rationaliser le confinement en considérant une capillarité réminiscente à des échelles de longueur infiniment petites. Ensuite, nous montrerons comment le transport dans les milieux nanoporeux peut être décrit sans avoir à invoquer des concepts macroscopiques dont la validité à ces échelles reste discutable. En particulier, en utilisant des paramètres et coefficients obtenus à partir d’expériences simples, nous verrons comment le transport, dans des conditions de confinement aussi sévères, peut être décrit en utilisant des modèles tels que le mouvement brownien intermittent ou le modèle du rétrécissement de De Gennes.
