En termes généraux, la diffusion signifie simplement la propagation d’une substance ou d’une qualité d’une zone de concentration relativement élevée à une zone de concentration plus faible. Le terme est le plus couramment utilisé pour décrire le processus par lequel des molécules de différents types atteignent une concentration uniforme, après avoir été initialement réparties de manière inégale, grâce à leurs mouvements aléatoires. C’est ce qu’on appelle parfois la diffusion moléculaire et elle joue un rôle clé dans de nombreux domaines de la physique, de la chimie et de la biologie. Elle est étroitement liée à la façon dont les cellules absorbent les nutriments, ainsi la vie ne pourrait exister sans elle. Le terme peut également désigner la diffusion de chaleur ou de lumière, ou, dans le contexte des sciences sociales, la diffusion d’idées ou d’innovations dans la société.
Diffusion moléculaire
Les molécules sont constamment en mouvement, en raison de la présence de chaleur ; même à des températures extrêmement basses, une certaine énergie thermique est présente, donnant aux particules un mouvement thermique. Dans les solides, les particules sont maintenues dans une structure relativement rigide et ne peuvent pas trop s’éloigner de leurs positions de départ, mais dans les liquides et les gaz, elles sont libres de se déplacer de manière moins restreinte. Ce mouvement est aléatoire, car les molécules rebondissent constamment les unes sur les autres, de sorte qu’il n’y a pas de motif global. Ce mouvement aléatoire est ce qui permet à la diffusion de se produire. La vitesse à laquelle le phénomène se produit augmente avec la température, à mesure que la vitesse de déplacement des particules augmente.
Si deux gaz différents à la même température sont mis en contact l’un avec l’autre alors, au fil du temps, le mouvement aléatoire de leurs molécules les amènera à se mélanger jusqu’à ce qu’ils soient uniformément répartis, sans l’influence d’aucun facteur extérieur. Un phénomène similaire peut souvent être observé avec deux liquides différents, mais parfois, en raison de facteurs chimiques, les liquides ne se mélangent pas. Par exemple, l’ajout d’huile végétale à l’eau n’entraînera pas de diffusion. Lorsqu’un solide est dissous dans un liquide, ses molécules se diffusent dans tout le liquide.
Dans les liquides qui se mélangent, la diffusion peut être observable si les liquides sont de couleurs différentes. Ce phénomène ne doit cependant pas être confondu avec la convection ou l’advection, qui impliquent le déplacement massif de fluides par des courants nécessitant une source d’énergie. La diffusion est une forme de ce que les scientifiques appellent le transport passif, c’est-à-dire un mouvement qui se produit sans qu’aucune énergie supplémentaire ne soit requise. Dans l’exemple souvent cité d’une goutte de colorant coloré ajoutée à un verre d’eau, une grande partie du mélange qui se produit est en fait due aux courants créés par le mouvement initial de la goutte de colorant sous l’effet de la gravité. Dans les expériences qui éliminent cet effet et des effets similaires, une véritable diffusion peut être observée ; par exemple, on peut voir de l’eau colorée se diffuser à travers un gel, mais c’est un processus beaucoup plus lent.
Importance pour la vie
La diffusion joue également un rôle dans les processus impliqués dans la vie d’une cellule, en particulier le transport des nutriments, des acides aminés et d’autres substances essentielles d’un endroit à un autre. L’osmose, le processus par lequel les molécules sont transportées à travers les parois et les membranes des cellules végétales et animales individuelles, est une forme de diffusion. Une paroi cellulaire est une membrane sélectivement perméable, ou à travers laquelle certaines molécules peuvent passer, mais pas d’autres. Si, d’un côté d’une membrane, il y a une solution d’une concentration élevée, tandis que de l’autre côté se trouve la même solution à une concentration plus faible, le solvant aura tendance à se déplacer vers la zone de concentration plus élevée jusqu’à ce que les deux solutions atteignent l’équilibre . Cela ne peut se produire que si les molécules du soluté – la substance dissoute – sont plus grosses que celles du solvant. Les plus petites molécules de solvant peuvent traverser la membrane, tandis que les plus grosses sont trop grosses pour le faire et doivent rester de l’autre côté.
Autres formes de diffusion
La diffusion peut également signifier la propagation de la chaleur à travers un solide, bien que cela soit généralement appelé conduction, et la propagation de la lumière à travers une substance translucide – par exemple le verre dépoli dans une ampoule utilisée pour fournir une lumière diffuse qui est plus agréable à l’oeil. En dehors du contexte de la physique, le terme peut être utilisé pour décrire la diffusion d’une idée ou d’une technologie innovante à travers une population par le contact entre les personnes, la conformité au sein d’un groupe ou par l’observation des bénéfices apportés aux autres.