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Fil d'Info Science

"Microfluidique : de l’outil de laboratoire au développement de procédé" : synthèse de la conférence scientifique (4-5 novembre 2015, IFPEN/Rueil-Malmaison)

Février 2016

Synthèse de la Rencontre Scientifique

La « microfluidique » désigne les sciences et technologies de manipulation de fluides de l’échelle du micron à l’échelle submillimétrique. Ces technologies intéressent de plus en plus les laboratoires, et montrent aussi un réel potentiel pour faire évoluer radicalement un certain nombre de procédés industriels.
 
Le programme de la conférence scientifique reposait sur quatre sessions et quatre exposés thématiques de conférenciers invités.
Les principales tendances et les éléments essentiels issus des présentations sont résumés ci-dessous.
 

Exposés thématiques :

 

1. Microfluidique et dioxyde de carbone / Eugenia KUMACHEVA (Université de Toronto, Canada)

Les réactions gaz-liquide et les processus physiques impliquant le dioxyde de carbone (CO2) sont étudiés par l’intermédiaire d’une plateforme microfluidique permettant la détermination rapide des vitesses de réaction et des constantes d’équilibre, des cinétiques de conversion à l’analyse de la séparation des phases et des propriétés thermodynamiques, ainsi qu’à la sélection de différents réactifs
 

2. Technologie nanofluidique étendue : science et applications / Takehiko KITAMORI (Université de Tokyo, Japon)

Les installations de micro/nano-fabrication du laboratoire de T. Kitamori ont été présentées. Le principal axe de recherche concerne la conception de puces et de dispositifs de type « laboratoire sur puce », combinant des opérations unitaires telles que co-écoulement, mélange, séparation, réaction et extraction. Des outils de détection à haute sensibilité sont utilisés pour des études à molécule unique. Une micropile à combustible alimentée par lumière solaire a été conçue et est actuellement l’objet de travaux de recherche.
 

3. Synthèse et optimisation en écoulement segmenté / Klavs JENSEN (MIT, États-Unis)

Le groupe de K. Jensen travaille depuis 20 ans dans le domaine de la microfluidique, étudiant les réactions et le transport à l’intérieur de micro-réacteurs. Un criblage et une optimisation de solvants effectués à l’aide d’écoulements biphasiques segmentés automatisés (éventuellement des écoulements oscillants), à haute pression et haute température, sont de nouveaux éléments propices aux expérimentations à haut débit (EHD). K. Jensen a présenté la synthèse de nanoparticules de forme contrôlée. Une unité de production de principe actif pharmaceutique, unité miniaturisée et autonome à l’échelle du mètre, est également opérationnelle.
 

4. Réacteurs catalytiques micro-structurés à phases multiples pour la production et la sélection / Claude DE BELLEFON (CNRS, France)

Le Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques (LGPC) travaille sur l’ingénierie des procédés catalytiques depuis 1994 en utilisant les flux segmentés gazeux/liquides/solides microfluidiques. C. de Bellefon a présenté la cinétique des réactions catalytiques, ainsi que la sélection des catalyseurs (forme, texture, phase active) et des méthodologies d’intensification des procédés.
 

Les sessions du programme

 

Session 1. Recherche fondamentale en microfluidique

Présentation de travaux de recherche fondamentale utilisant des dispositifs micro ou nanofluidiques. Les approches microfluidiques sont particulièrement intéressantes pour l’étude de la physico-chimie des systèmes complexes, comme la cinétique d’adsorption des tensioactifs aux interfaces, ou la dissolution de bulles dans un solvant. Les travaux sont souvent basés sur la production de dispersions finement contrôlées et reproductibles, ainsi que sur l’équivalence espace-temps, les écoulements à faible nombre de Reynolds ou le fort ratio surface/volume spécifiques à la microfluidique.
 

Session 2. Analyse et micro-mesure

Il a été montré que des techniques d’analyse innovantes permettent des mesures à haute résolution spatiale ou d’accéder à des temps caractéristiques très faibles. Il faut souligner la spectroscopie d’imagerie de fluorescence résolue en temps (FLIM) : basée sur la quantification du taux de décroissance du signal fluorescent, cette technique peut s’utiliser pour effectuer des spéciations fines en temps réel, jusqu’au dixième de ms, ou pour étudier les interactions biomoléculaires. La micro-tomographie aux rayons X s’est avérée être un outil puissant pour étudier les écoulements gaz-liquides dans des réacteurs remplis de microbilles. Des techniques colorimétriques sont également en cours de développement pour mesurer le transfert de masse gaz-liquide.
 

Session 3. Nouveaux développements pour les dispositifs microfluidiques

Bien que la majorité des dispositifs microfluidiques soit produite en utilisant la lithographie douce standard qui met en oeuvre le polydiméthylsiloxane (PDMS), de nouveaux développements apparaissent actuellement dans le but d’éliminer les inconvénients de ce matériau qui ne résiste ni à la pression, ni à la température, ni à de nombreux solvants. Il existe désormais une variété de solutions de micro-fabrication (basées sur le verre, le silicium-pyrex, etc.), qu’il est possible d’utiliser pour étudier la chimie des polymères ou la synthèse de diverses particules et pour manipuler des fluides dans des conditions difficiles (par ex. conditions géologiques avec CO2 supercritique). L’EHD a également été abordée dans un certain nombre de présentations : une conception innovante permet d’ores et déjà une cadence de production de 110 000 gouttes/s. Il est fort probable que ces nouveaux développements soient prochainement étendus pour aider aussi les études thermodynamiques.
 

Session 4. Vers les applications industrielles

Le domaine de la microfluidique étant adapté à la manipulation de milliers de petits objets tels que des microorganismes emprisonnés dans des gouttes, un certain nombre d’applications concernent les biotechnologies. Le criblage à haut débit de microorganismes avec la microfluidique digitale, basé sur la mesure de l’activité enzymatique ou d’autres critères, sont maintenant des études courantes, y compris dans des contextes industriels. Les conditions de manipulation dangereuses dans des travaux sur les fluides peuvent enfin trouver des solutions en microfluidique et ont été illustrées avec des cas d’extraction par solvant.
 

Cette 1ère Rencontre Scientifique consacrée à la microfluidique a accueilli une centaine de participants venus d’Europe, d’Amérique du Nord et d’Asie (14 nationalités représentées), majoritairement du monde universitaire (chercheurs et étudiants), mais également de l’industrie.

Plus information
> www.rs-microfluidics2015.com
IFPEN explore l'apport de la microfluidique en conditions haute pression haute température (HP HT)
> Microfluidique, macro avantages !

>> Plus d'information sur les événements organisés par IFPEN


 

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