Le transport diffusif : la loi de Fick
La diffusion est le phénomène de transport de matière incontournable comme l'est la conduction et l'écoulement visqueux en transfert de matière et mécanique des fluides respectivement. La diffusion est le mécanisme de transport des zones concentrées en matière vers les zones moins concentrées. Il y a donc diffusion dès qu'il y a différence de concentration. C'est un phénomène spontané et inévitable (phénomène dispersif) conduisant à un équilibre. La cinétique du phénomène est quantifiée par la diffusivité ou coefficient de diffusion. Le flux de matière engendré par ce phénomène de transport est d'après la loi de Fick proportionnel au gradient de concentration par l'intermédiaire du coefficient de diffusivité :
Physiquement, la diffusion reflète le « mélange « ayant lieu entre molécules du à l'inévitable agitation thermique moléculaire. Dans un liquide, les molécules sont condensées et donc proches les unes des autres. Dès qu'une molécule s'éloigne de sa position les interactions avec ses voisines ont tendance à la ramener à sa position initiale. Cependant, une certaine concordance dans les déplacements peut entraîner un changement de position « mélange » entre molécules : la diffusion. Ainsi, à 20°C, par diffusion une molécule d'eau se déplace en moyenne de 0,3 mm de sa position initiale au bout de 1 minute : . Cette distance, l, est doublée à 50°C et est toujours proportionnelle à la racine du temps. Une molécule d'air à 20°C s'éloigne de sa position d'équilibre en moyenne de 4,6 cm en 1 minute ce qui souligne la différence de liberté de mouvement dans un gaz et un liquide. |  Déplacement d'un soluté par diffusion Brownienne sur le principe de la marche au hasard. |
Si on place des molécules ou des particules (inférieure à 1 micromètre) dans ce mélange agité de molécules, les chocs désordonnés des molécules environnantes provoque le déplacement irrégulier et incessant des molécules ou des particules : le mouvement Brownien. Ainsi une particule de 0.5 mm de diamètre dans l'eau se déplace de sa position initiale de x mm en 1 minute en moyenne.
Une analogie est à faire entre la loi de Fick et la loi de Newton et la loi de Fourrier.
