Mise en œuvre de micro-réacteurs à l’échelle de micro-gouttes : caractérisation du mélange

Micro-drops approach in micro-reactors: mixing characterisation

Résumé

L’émergence actuelle des micro-réacteurs offre des perspectives intéressantes pour l'acquisition rapide de données physico-chimiques, et notamment les paramètres de cinétique réactionnelle. L'approche qui nous intéresse est la génération et la coalescence de gouttes de réactifs transportées dans une phase porteuse continue. Le "chapelet" obtenu permet de considérer chaque goutte comme un nano-volume réactionnel évoluant régulièrement le long du canal. L'objet de notre présentation est alors de déterminer et d'optimiser le temps d'homogénéisation entre de l'eau et un colorant dans ces gouttes, afin de préciser l’ordre de grandeur des cinétiques chimiques accessibles. Les acquisitions expérimentales sont faites à l'aide d'une caméra rapide couplée à un microscope. Il est montré que l’utilisation de canaux coudés à 45°, ainsi que l’orientation de la coalescence peuvent singulièrement aider au mélange. L'aboutissement est la conception d'un micro-réacteur où le temps d’homogénéisation est de l'ordre de la milliseconde.

Abstract

Microreactors are a very promising technology for fast acquisition of chemical data, more particularly reaction kinetics parameters. Our research focused on a micro-device where micro-drops of reagents are generated and coalesce in a carrier continuous phase. Then, every drop can be seen as a nano-volume where the reaction is performed. The purpose of the present work is to determine and reduce the mixing time between a dye and water into the drop, in order to follow fast chemical reactions. A fast camera plugged on a microscope is used for the experiments. It is shown that the use of winding channels with 45° angles, and the coalescence orientation can clearly help the mixing. The study reaches to the design of reactor with a homogenisation time of about one millisecond.