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21 february 2015 | La Revue POLYTECHNIQUE 12/2014 | Chimie

Une trace colorée en guise de navigateur

Des scientifiques de l’Empa ont développé, en collaboration avec des collègues hongrois, japonais et écossais, un «processeur chimique» qui trouve le chemin le plus court à travers un labyrinthe. Plus rapide qu’un système de navigation, cette méthode pourrait, à l’avenir, s’utiliser dans la planification du trafic et dans la logistique.
Pour trouver le bon chemin, il n’est pas toujours nécessaire d’avoir recours à un GPS, à une carte ou à une boussole. Ce qui demande aux ordinateurs de navigation actuels une puissance de calcul importante, pourrait s’effectuer en se servant des lois de la chimie physique et à ce que l’on dénomme l’informatique chimique.

L’astuce est la suivante: à la sortie d’un labyrinthe rempli d’une solution alcaline d’un acide gras – autrement dit au but à trouver – on dispose un bloc de gel imprégné d’un acide. Très rapidement l’acide se répartit dans le labyrinthe encore alcalin, mais sa majeure partie reste toutefois dans le gel à la sortie. Si l’on place alors, à l’autre bout du labyrinthe, autrement dit à son entrée, une poudre d’un colorant soluble, celle-ci cherche automatiquement sa voie vers la sortie – soit l’endroit où la concentration d’acide est la plus élevée.
 
 
Un effet utilisable
Ce processus est un exemple de que l’on dénomme l’effet Marangoni, qui désigne les phénomènes d’écoulement qui apparaissent le long d’une interface air-liquide sous l’effet d’un gradient de tension superficielle, provoqué ici par le gradient de pH qui s’établit dans le labyrinthe.
Grâce à cet effet, le colorant se déplace en direction de la sortie en choisissant la voie la plus courte et en laissant une trace derrière lui. Mais il parcourt aussi les voies secondaires moins directes – mais cela avec une probabilité moindre et en laissant des traces plus faibles.
«L’avantage de ce calculateur analogique chimique par rapport à son homologue numérique, est qu’il trouve quasiment en parallèle toutes les variantes possibles de trajet, alors qu’un ordinateur calcule l’une après l’autre chacune des possibilités» explique Rita Tóth, du laboratoire Céramiques hautes performances de l’Empa. Cette nouvelle méthode est la première à fonctionner de manière purement chimique et avec laquelle une trace de colorant indique directement la voie à suivre.


 
 
Une pizzeria à Budapest

Dans une prochaine étape, cette équipe de chercheurs se propose de s’attaquer à des labyrinthes plus complexes et de plus grande taille – le premier ne mesurait que quelques centimètres carrés. Cette méthode a cependant déjà passé un test «réel»: dans un labyrinthe de taille légèrement plus grande, reproduisant le plan d’un quartier de Budapest, le colorant a trouvé la voie la plus courte conduisant à sont but: une pizzeria.
On pourrait ainsi l’utiliser, à l’avenir, pour la planification des transports. Et la responsable du projet, Rita Tóth, pense qu’elle pourrait aussi trouver des applications dans la recherche sur le cerveau, en psychologie, dans la recherche sur les réseaux, ainsi qu’en robotique.
Les résultats obtenus par cette équipe suscitent en tout cas un grand intérêt; leur publication est l’une des plus lues de la revue scientifique Langmuir.
 
Empa
8600 Dübendorf
Tél.: 058 765 11 11
www.empa.ch