Mouillage de matériaux poreux par des fluides complexes
Wetting of porous media by complex fluids
Manon Bourgade, Nicolas Bain, Loïc Vanel, Mathieu Leocmach et Catherine Barentin (équipe Liquides & Interfaces), en collaboration des collègues d’Aubervilliers, ont publié un article intitulé "Capillary and priming pressures control the penetration of yield-stress fluids through non-wetting 2D meshes" dans la revue Soft Matter. Cet article a fait l'objet d'une actualité CNRS Physique et a été repris comme fait marquant dans le livret Une année avec CNRS Physique 2025.
Manon Bourgade, Nicolas Bain, Loïc Vanel, Mathieu Leocmach and Catherine Barentin (Liquides & Interfaces team), in collaboration with colleagues from Aubervilliers, published an article entitled "Capillary and priming pressures control the penetration of yield-stress fluids through non-wetting 2D meshes" in the journal Soft Matter. This article was highlighted in the CNRS Physics news and in the booklet Une année avec CNRS Physique 2025.
Faire pénétrer un fluide hydrophile à travers un solide poreux hydrophobe constitue un défi industriel. Si le cas des fluides simples est bien connu, celui des fluides complexes reste largement inexplorée. Dans cet article, les auteurs étudient expérimentalement la pénétration forcée d’une pâte (fluide à seuil) à travers un maillage hydrophobe, en combinant mesures de pression et visualisation directe. Ils montrent que la pénétration est contrôlée par la compétition entre les propriétés de la pâte (contrainte seuil) et deux pressions capillaires : la pression de Laplace, qui détermine le seuil à partir duquel le fluide pénètre dans le maillage, et une pression d'amorçage, qui contrôle la manière dont le fluide progresse. Cette dernière correspond à une chute de pression résultant d'une instabilité locale, jamais rapportée auparavant. Enfin, les auteurs montrent qu'une pâte pénètre de manière beaucoup plus homogène à travers un maillage hydrophobe qu'un fluide simple.
Forcing hydrophilic fluids through hydrophobic porous solids is a recurrent industrial challenge. While the penetration of simple fluids is well known, that of complex fluids remains largely unexplored. Here, the authors experimentally investigate the forced penetration of a water based paste (yield-stress fluid) through an hydrophobic mesh, combining pressure measurements and direct visualisation of the penetration process. The authors show that the penetration is controlled by a competition between the mechanical properties of the paste (yield stress) and two distinct capillary pressures: the Laplace pressure, which dictates the threshold at which the fluid penetrates the mesh, and a priming pressure, which controls how the fluid advances through it. The latter corresponds to a pressure drop ensuing a local instability, never reported before. Finally, the authors show that a paste penetrates much more homogeneously through an hydrophobic mesh as a simple liquid.
Repenser les interfaces électrochimiques
Rethinking electrochemical interfaces
Arsène Chemin et David Amans (équipe Luminescence) en collaboration avec des collègues de Berlin, ont publié un article intitulé "The role of the Helmholtz potential on electrocatalytic activity" dans la revue Nature Communications.
Arsène Chemin and David Amans (Luminescence team), in collaboration with colleagues from Berlin, have published an article entitled "The role of the Helmholtz potential on electrocatalytic activity" in the journal Nature Communications.
L’électrification de notre société est indispensable pour réduire les émissions de carbone et notre dépendance énergétique. Pour y parvenir, nous avons besoin d’électrocatalyseurs efficaces et durables — des matériaux qui permettent d’activer des réactions chimiques à l’aide de l’électricité, par exemple pour transformer le CO2 en produits utiles ou produire de l’hydrogène à partir d’eau.
Pourtant, nous ne comprenons pas encore clairement ce qui se passe à la frontière entre une électrode solide et un électrolyte liquide, là où ces réactions ont lieu. Cette interface est complexe, car elle implique à la fois la physique du matériau solide et la chimie du liquide. Dans ce travail, nous proposons un cadre unifié qui relie ces deux approches. Nous révélons l’origine fondamentale de la séparation des charges à l’interface, la formation de la double couche électrique et son influence sur le potentiel électrique local. Ce faisant, nous étendons le modèle classique de Butler–Volmer, utilisé pour décrire les réactions électrochimiques, et allons au-delà du principe traditionnel de Sabatier.
Cette nouvelle perspective permet une compréhension plus approfondie des réactions électrochimiques aux interfaces solide-liquide et pourrait guider la conception de matériaux plus performants pour des applications telles que l’électrocatalyse, les batteries et les technologies de conversion d’énergie.
Pourtant, nous ne comprenons pas encore clairement ce qui se passe à la frontière entre une électrode solide et un électrolyte liquide, là où ces réactions ont lieu. Cette interface est complexe, car elle implique à la fois la physique du matériau solide et la chimie du liquide. Dans ce travail, nous proposons un cadre unifié qui relie ces deux approches. Nous révélons l’origine fondamentale de la séparation des charges à l’interface, la formation de la double couche électrique et son influence sur le potentiel électrique local. Ce faisant, nous étendons le modèle classique de Butler–Volmer, utilisé pour décrire les réactions électrochimiques, et allons au-delà du principe traditionnel de Sabatier.
Cette nouvelle perspective permet une compréhension plus approfondie des réactions électrochimiques aux interfaces solide-liquide et pourrait guider la conception de matériaux plus performants pour des applications telles que l’électrocatalyse, les batteries et les technologies de conversion d’énergie.
The electrification of our society is essential to reduce carbon emissions and energy dependence. Achieving this requires efficient and durable electrocatalysts—materials that enable chemical reactions using electricity—for example to convert CO2 into useful products or to produce hydrogen from water.
However, we still lack a clear understanding of what happens at the boundary between a solid electrode and a liquid electrolyte, where these reactions take place. This interface is complex, as it involves both the physics of the solid material and the chemistry of the liquid. In this work, we introduce a unified framework that connects these two perspectives. We uncover the fundamental origin of charge separation at the interface, the formation of the electric double layer, and its impact on the local electric potential. In doing so, it extends the classical Butler–Volmer model used to describe electrochemical reactions and goes beyond the traditional Sabatier principle.
This new perspective provides a deeper understanding of electrochemical reactions at solid–liquid interfaces and could help guide the design of more efficient materials for applications such as electrocatalysis, batteries, and energy conversion technologies.
However, we still lack a clear understanding of what happens at the boundary between a solid electrode and a liquid electrolyte, where these reactions take place. This interface is complex, as it involves both the physics of the solid material and the chemistry of the liquid. In this work, we introduce a unified framework that connects these two perspectives. We uncover the fundamental origin of charge separation at the interface, the formation of the electric double layer, and its impact on the local electric potential. In doing so, it extends the classical Butler–Volmer model used to describe electrochemical reactions and goes beyond the traditional Sabatier principle.
This new perspective provides a deeper understanding of electrochemical reactions at solid–liquid interfaces and could help guide the design of more efficient materials for applications such as electrocatalysis, batteries, and energy conversion technologies.
Piloter des écoulements à l’aide de bactéries et d’aimants
Controlling fluid flows with bacteria and magnets
Utiliser des micro-nageurs biologiques comme des entités contrôlables pour accomplir des tâches spécifiques est une idée qui semble émaner directement d’un roman de science-fiction et des propositions de Feynman sur des nano-robots chirurgiens du futur. Pourtant la plupart des micro-organismes sont capables de répondre à des signaux issus de leur environnement et se pose ainsi la question d’utiliser ces capacités pour domestiquer leur énergie de nage.
Nous avons pour cela utilisé des bactéries magnétotactiques, ayant la particularité de s’orienter dans un champ magnétique, telle une boussole, et de se concentrer dans les régions où la concentration en oxygène y est la plus favorable pour leur métabolisme. En les rassemblant sous forme de bande grâce à la répartition en oxygène, nous avons ainsi montré que l’orientation du champ magnétique permet de contrôler la génération d’écoulement simples dans le fluide. Ce résultat constitue un premier pas vers l’obtention de fluides pilotables.
Controlling fluid flows with bacteria and magnets
Cécile Cottin-Bizonne and Christophe Ybert (Liquids and Interfaces team), with colleagues from Saint Paul-Lez-Durance and Riga, published an article entitled "Driven shear flow in biological magneto-active fluids" in the journal Physical Review Letters.Using living motile micro-organisms as controllable objects to perform dedicated tasks echoes SF literature and famous Feynman’s thoughts about nano-surgeons. Since micro-organisms naturally respond to environmental stimuli, we have explored how these taxes can be used to harvest their incoherent swimming energy.
Magnetotactic bacteria form a peculiar type of microorganism with the dual ability to orient as a compass needle in magnetic fields and to accumulate at locations corresponding to their preferred oxygen concentration. We demonstrated that once gathered into a band structure in response to the oxygen background, tuning the magnetic field orientation allowed us to generate controllable flows from simple shear to vortices. This is a first step towards the design of controllable fluids.
