Mesure des champs de température et de concentration dans un réacteur microfluidique par thermospectroscopie infrarouge
Les réacteurs microfluidiques sont des dispositifs clés dans le génie des procédés pour la fabrication de nouveaux matériaux, la production de composés chimiques ou encore le stockage et la conversion d’énergie. Ces réacteurs sont généralement composés de plusieurs fluides ou colloïdes réagissant entre eux et produisant une variation de concentration et de température lors de la réaction. L’amélioration des performances de ces réacteurs (taux de réactivités, taux de mélange, pureté du produit) repose sur une maitrise des conditions opératoires et de la géométrie. Dans ce contexte, la connaissance des champs de concentration en réactif et de leur température apparait comme déterminante pour l’amélioration de ces réacteurs.
Pour répondre à ce besoin, une plateforme d’imagerie multiphysique sans contact basée sur la thermospectroscopie infrarouge a été développée. Celle-ci se compose d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier et d’une caméra thermique sur la gamme 2.5- 5 μm. Le faisceau infrarouge issu du spectromètre traverse le réacteur et la caméra enregistre l’interférogramme et le champ de température de manière simultanée. Une transformée de Fourier permet ensuite de calculer les champs d’absorbance multispectrale en chaque pixel de la caméra à partir de l’interférogramme. L’absorbance est ensuite reliée aux champs de concentration par la loi de Beer Lambert. Un soin particulier a été apportée au design et au choix des matériaux du réacteur microfluidique pour permettre au faisceau infrarouge de le traverser.
Dans cette communication, nous présenterons le dispositif d’imagerie développée à l’I2M ainsi que la fabrication du réacteur microfluidique dédié à l’imagerie : choix de wafer en saphir et épaisseur de fluide à traverser par le faisceau infrarouge. Plusieurs résultats expérimentaux seront présentés avec une réaction acide/base exothermique où nous montrerons les champs de concentration des différents réactifs et le champ de température. Associé à une méthode inverse, ces champs de concentration vont permettre d’estimer les cinétiques chimiques en fonction de différentes conditions opératoires.
Work In Progress