Cette « passoire inversée » ne laisse passer que des gros objets : comment est-ce possible ?

Même si vous n’êtes pas un cordon bleu, vous avez probablement déjà utilisé une passoire. Le principe de cet objet est assez simple : les multiples trous dont il est percé permettent de filtrer les plus gros éléments, et de laisser passer les autres. Maintenant, essayez d’imaginer l’inverse : un filtre qui ne laisserait passer que les plus gros composants, pour stocker les plus petits.

Ce genre de filtre existe bien : c’est la conclusion d’une étude publiée le 24 août 2018 dans la revue Science Advances. Plusieurs chercheurs de l’université d’État de Pennsylvanie y présentent des « membranes liquides autonomes » qui font office de « séparatrices de particules ». Les plus gros éléments parviennent à passer par ce filtre, tandis que les autres restent emprisonnés.

On peut voir l’effet, surprenant, dans cette vidéo de Science Advances.

Un liquide autoréparateur

« En s’inspirant de l’endocytose et des propriétés d’auto-guérison des liquides, nous montrons que des membranes autonomes entièrement composées de liquide peuvent retenir des particules plus petites qu’une taille critique, compte tenu des propriétés d’inertie de ces particules », résument les auteurs.

Science Magazine explique le fonctionnement de ces filtres liquides dans une vidéo éclairante : ils reposent sur l’énergie cinétique, c’est à dire « l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement par rapport à un référentiel donné » d’après l’encyclopédie Wikipédia. Les objets les plus lourds, qui ont une énergie cinétique élevée, parviennent à franchir le filtre. Les autres objets, plus petits et légers, sont prisonniers de la membrane qu’ils ne parviennent pas à percer.

Le processus de l'endocytose.

Source : Wikimedia/Mariana Ruiz Villarreal

Par ailleurs, le liquide possède une propriété qui rappelle le processus de la phagocytose, lors duquel des cellules (appelées phagocytes) réussissent à ingérer des particules qui leurs sont étrangères — elles sont plutôt solides et leur taille est de l’ordre du micromètre.

La phagocytose est un type d’endocytose : ce nom est donné au phénomène de transport de molécules ou de particules vers l’intérieur d’une cellule, comme le montre l’illustration ci-dessus. Le liquide de ces filtres s’inspire de telles cellules.

Seuls de l’eau et du détergent suffisent

Comme le souligne Science Magazine, le plus étonnant est sans doute que les chercheurs n’ont pas eu besoin de beaucoup d’ingrédients pour créer cette membrane : ils ont utilisé de l’eau déminéralisée et du dodécylsulfate de sodium (SDS), un détergent que l’on trouve dans des produits moussants comme le shampooing ou le dentifrice.

Le filtre liquide a ensuite été mis à l’épreuve : pendant 3 heures, il a résisté à des tentatives constantes pour le percer. Les chercheurs ont même noté que la membrane pouvait capturer des gaz, et laisser passer de gros objets.

Testé pendant 3 heures, le filtre ne s'est pourtant pas percé.

Source : Science Advances

Des applications médicales ?

La tension exercée sur le filtre au passage d’un objet dépend du dosage du SDS : plus la tension est forte, plus la membrane retient les petits éléments pour laisser passer les plus lourds. En abaissant cette tension, les chercheurs ont remarqué que le filtre liquide laissait aussi passer les objets léger.

Quant aux particules emprisonnées dans le filtre, elles s’évacuent elles-mêmes de la membrane : ceci pourrait ouvrir la voie à des applications intéressantes de cet outil dans le domaine médical. Cette « passoire inversée » pourrait aussi servir à des fins de nettoyage, en emprisonnant les odeurs de certains gaz.