Francisco FELIS s’intéresse à la problématique générale du transfert de matière entre une bulle et le liquide en écoulement. A cet effet, des méthodes expérimentales originales sont mises en œuvre afin d’accéder à une description locale du champ de concentration du constituant qui migre à travers l’interface entre le liquide et la bulle. Un tel niveau de description à l’échelle de la bulle est essentiel pour appréhender comment les tailles des bulles, leur déformation, la nature de leur sillage conditionnent les flux de matière transférés. Dans le cadre de ce post-doctorat, la configuration spécifiquement étudiée est celle des bulles en ascension dans un liquide au repos confiné entre deux plaques planes (cellule de Hele-Shaw), ce type de configuration étant par ailleurs très proche des géométries de photo(bio)réacteurs plats solaires ou à lumière artificielle. Deux méthodes de mesure du champ de concentration en phase liquide du constituant qui transfère sont mises en œuvre :

  • une réaction d’oxydo-réduction d’un colorant (résazurine) qui réagit en présence d’oxygène,
  • un complexe de cuivre Cu(btmgp)I dont la fluorescence est inhibée lorsqu’il réagit avec l’oxygène (Herres-Pawlis et al., 2010).

Le dispositif expérimental construit par les équipes techniques du LGC et de l’IMFT  permet de réaliser les expériences de transfert de matière en intégrant les fortes contraintes imposées par l’utilisation du complexe de cuivre (acétonitrile comme solvant, utilisation d’une boite à gants pour la préparation de la solution à base de Cu(btmgp)I, remplissage de la cellule sans aucune trace d’oxygène).

Les résultats préliminaires obtenus sont présentés à titre illustratif sur la Figure 1. Les Figures 2a, 2b et 3c montrent qu’avec la résazurine, la « trace » visualisée par le colorant est stable durant un temps suffisamment long pour permettre moyennant une calibration ad hoc, de remonter aux champs de concentrations en oxygène dissous et aux densités de flux de matière transférés (Figure 3). Au contraire, pour le complexe de cuivre (Figure 2d), la coloration disparait assez rapidement, ce qui nécessite une procédure de calibration plus complexe.

Figure 1. Images brutes de bulles d’oxygène pur en ascension (de gauche à droite) illustrant la trace « colorée » laissée par la réaction entre le colorant et l’oxygène ayant transféré dans le cas de :  (a), (b), (c) la résazurine, et (d) le complexe de cuivre

 

Figure 2 Champ de concentration en oxygène derrière le sillage d’une bulle d’oxygène pur en ascension, obtenu par la méthode colorimétrique (résazurine)