Microfluidique catalytique – MicroCat

Le projet “MicroCat” s’appuie sur une démarche scientifique hautement pluridisciplinaire et regroupe des compétences dans les domaines de la catalyse, des procédés plasmas, de la chimie et de la physique. Ce projet propose de développer un outil analytique totalement innovant permettant d’accéder à des informations inédites sur les mécanismes réactionnels catalytiques. Cet outil est basé sur la mesure in-situ des cinétiques réactionnelles dans un système microfluidique (Microréacteur) à propriété catalytique par une technique de spectroscopie avancée CARS (Coherent anti-Stokes Raman scattering) qui présente l’avantage de donner accès une analyse spatio-temporelle fine des produits réactionnels.
Ainsi, ce projet apportera au futur (i) des informations fondamentales sur les mécanismes et les cinétiques de réactions catalytiques importantes mais aussi (ii) des solutions technologiques pour la conception de nouveaux dispositifs microfluidiques à propriétés catalytiques.
Le revêtement à propriété catalytique sera réalisé par procédés plasmas dans un microsystème ouvert qui sera refermé après validation des proprités physico-chimiques, et d’adhrénce vis-à-vis des parois internes du microsystème en PDMS. Le monomère utilisé pour le dépôt en phase vapeur est un précurseur à base de Cobalt. La réaction catalytique modèle étudiée est l'ozonation catalytique de polluants organiques présents dans les eaux souterraines, tels que des composés phénoliques (phénol, chlorophénol) et de composés BTEX (acronyme pour le benzène, toluène, éthylbenzène et xylène). Ces composés ont été choisis car ils sont faciles à suivre par la technique CARS, leur oxydation conduisant à la formation de groupements oxydés tels que des cétones, des aldéhydes et des acides.
Les expériences d’ozonation catalytique en microréacteurs consisteront à mélanger un flux contenant de l'ozone dissous dans l'eau avec un flux secondaire d'une solution contenant le polluant modèle dans un microréacteur en forme de Y. Grâce à la grande sensibilité de la technique CARS, nous serons en mesure d'identifier la nature chimique des intermédiaires réactionnels et de déterminer avec une grande précision l'évolution des concentrations des réactifs et des intermédiaires réactionnels dans le temps et dans l'espace, depuis la surface du catalyseur vers le cœur du mélange réactionnel.
Ces données seront ensuite analysées et interprétées grâce à l’utilisation d’un outil de simulation permettant de modéliser l’écoulement réactif en microcanal.
En conclusion, les avancées théoriques et technologiques issues de ce projet pluridisciplinaire (1) contribueront au développement des micro-réacteurs catalytiques et (2) pourront ouvrir la voie à l'élaboration d'une nouvelle base de données sur les cinétiques réactionnelles catalytiques en milieu liquide.