Microfluidique et Microréacteurs

Responsables du thème :

  • Christine Lafforgue-Baldas
  • Stéphane Colin

 

Ce thème traite de l’hydrodynamique ainsi que des transferts thermiques et de masse, pour des écoulements de fluides liquides, gazeux ou diphasiques, éventuellement avec changement de phase ou réaction chimique, au sein de microcanaux ou de microsystèmes plus complexes. Les applications concernent aussi bien les micro-échangeurs thermiques que les microréacteurs. Ce thème compte actuellement 6 projets actifs aux objectifs variés, décrits ci-dessous. L’aspect expérimental est très présent dans ces différents projets mais des modèles numériques spécifiques sont également développés.

 

 

 

 

  • Projet : Intensification des phénomènes de transfert de matière gaz-liquide dans les réacteurs microstructures

Ce projet vise à mieux comprendre et à caractériser les phénomènes de transfert de matière gaz-liquide ayant lieu lors de la mise en contact d’une phase liquide et d’une phase gazeuse dans des réacteurs microstructurés.

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  • Projet : Micro-écoulements gazeux : analyse expérimentale par marquage moléculaire

Dans ce projet, on analyse les particularités des micro-écoulements gazeux à l’aide de la vélocimétrie par marquage moléculaire (Micro Molecular Tagging Velocimetry - µMTV). L’objectif est d’obtenir des mesures locales de vitesse dans le régime continu puis dans le régime glissant, sujet à un déséquilibre thermodynamique dans la couche de Knudsen qui se traduit par un saut de vitesse et de température à la paroi. L’analyse expérimentale se trouve confrontée à des problèmes de diffusion moléculaire inter-espèces (entre gaz porteur et traceur) qu’on s’attache à comprendre et résoudre par simulation directe de Monte Carlo. Les écoulements étudiés peuvent être générés par un gradient de pression ou par un gradient de température. Un objectif complémentaire est d’analyser les champs de température, également par marquage moléculaire (Micro Molecular Tagging Thermometry - µMTT).

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  • Projet : Suspensions de particules inertes et biologiques en écoulement dans des microcanaux. Application à la microséparation

L’objectif du projet est de comprendre le comportement d’objets dans un écoulement en micro-canal, afin d’optimiser les microsystèmes servant à la concentration, séparation, détection ou tri de particules. L’avantage d’un micro-système est qu’il est à la fois compact, rapide, transportable et à faible coût. Le principe de fonctionnement choisi est basé sur la focalisation inertielle des particules par migration à travers les lignes de courant, qui permet d’obtenir à partir d’une suspension homogène de particules polydisperses, une suspension régulière de particules ordonnées sur des lignes de courant bien déterminées. L’analyse expérimentale et numérique développée vise à comprendre les phénomènes mis en jeu dans la migration puis à concevoir des géométries et des conditions opératoires où la sélectivité en vue de la séparation serait optimale.

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  • Projet : Microfluidique Supercritique : hydrodynamique et transfert de matière de systèmes diphasiques liquide/CO² supercritique en micro-écoulement

Ce projet réunit deux équipes de recherche autour de problématiques scientifiques et techniques liées à la mise en œuvre de systèmes diphasiques impliquant du CO² au-dessus de son point critique (31,1°C et 73,8 bar) et une seconde phase liquide, au sein de dispositifs microfluidiques. Ces dispositifs, qui font appel à des technologies différentes, ont été conçus et fabriqués par les deux laboratoires pour résister aux conditions de pression élevées et permettre l’observation visuelle (transparence) tout en étant compatibles avec l’utilisation de CO² supercritique. Le comportement hydrodynamique de systèmes binaires diphasiques a été à ce jour sujet d’étude, en particulier CO²+liquide ionique, CO²+ éthanol, CO²+eau grâce à des méthodes de visualisation et traitement par ombroscopie. Ces études ont pu mettre en évidence des changements de régimes d’écoulement importants liés aux variations de propriétés des phases le long des canaux et/ou dépendant du comportement thermodynamique du mélange en fonction des conditions de pression, composition ou température. Les deux équipes souhaitent aujourd’hui réunir leurs connaissances et moyens expérimentaux pour accéder de façon plus fine aux propriétés de transfert de matière de ces systèmes

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