Physique Le plus petit moteur du monde est suisse

Une équipe de l'Empa et de l'EPFL a développé le plus petit moteur du monde, qui ne comporte que 16 atomes et tourne de manière fiable dans un sens. Il pourrait permettre de récolter de l'énergie au niveau atomique.

«Cela nous rapproche de la taille limite des moteurs moléculaires», explique Oliver Gröning, du Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche (Empa), cité mardi dans un communiqué. Le moteur mesure moins d'un nanomètre, c'est-à-dire qu'il est environ 100'000 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain.

En principe, une machine moléculaire fonctionne de la même manière que son homologue dans le monde macro: elle transforme l'énergie en un mouvement dirigé.

De tels moteurs moléculaires existent également dans la nature, par exemple sous la forme de myosines, des protéines motrices qui jouent un rôle important dans les organismes vivants pour la conduction des muscles et le transport d'autres molécules entre les cellules.

Comme un moteur à grande échelle, le moteur à 16 atomes se compose d'un stator et d'un rotor, c'est-à-dire d'une partie fixe et d'une partie mobile. Le rotor tourne sur la surface du stator, composé de six atomes de palladium et six de gallium. Le rotor est une molécule d'acétylène symétrique composée de quatre atomes.

Deux sources d'énergie

Le minuscule moteur peut être alimenté à la fois par de l'énergie thermique et électrique. L'énergie thermique fait en sorte que le mouvement rotatif directionnel du moteur se transforme en rotations dans des directions aléatoires. A température ambiante, par exemple, le rotor tourne dans un sens et dans l'autre de manière complètement aléatoire à plusieurs millions de révolutions par seconde.

En revanche, l'énergie électrique générée par un microscope à balayage électronique, dont la pointe est alimentée par un petit courant, peut provoquer des rotations directionnelles.

Les scientifiques ont même pu observer des phénomènes ressortant de la physique quantique, notamment une fréquence de rotation constante dans une direction sans apport thermique ou électrique. Ainsi, les particules peuvent «creuser un tunnel» et le rotor continuer à tourner même si son énergie cinétique est insuffisante au sens de la physique classique.

Selon les auteurs, le moteur pourrait ainsi permettre d'étudier les raisons de la dissipation d'énergie dans les processus dits de «tunnelage quantique». Ces travaux sont publiés dans la revue PNAS.

https://youtu.be/g7COlp6hK3A