Développement de méthodes thermiques pour la caractérisation de réactions chimiques en microfluidique

• Auteur / Autrice : Cindy Hany
• Direction : Jean-Christophe Batsale, Jean Toutain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie-physique
• Date : Soutenance le 03/12/2009
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences chimiques (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Servant
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Gourdon, Bertrand Pavageau, Christophe Pradère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Claude de Bellefon, Denis Maillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transfert de chaleur

Thermographie

Enthalpie

Microfluidique

Mots clés libres

Microfluidique

Enthalpie de réaction et mélange

Méthodes inverses

Thermographie InfraRouge

Thermocinétique

Microreactor

Inverse methods

Thermal processing

Thermokinetics

Reaction and mixing enthalpy

Résumé

Ce travail porte sur le développement de nouvelles méthodes de mesure permettant la caractérisation de réactions chimiques très exothermiques dans des conditions de sécurité. Pour cela, nous souhaitons combiner l’analyse thermique des réactions et la technologie microfluidique. L’utilisation de la microfluidique rend possible l’utilisation de très faibles volumes réactionnels limitant ainsi tout risque lié à la dangerosité des réactions explosives. Le premier appareil développé est un microcalorimètre qui mesure le flux de chaleur global dégagé lors d’un écoulement co-courant ou gouttes. Plusieurs paramètres peuvent être déterminés : enthalpie de mélange et de réaction, concentration par dosage calorimétrique et cinétique. Le deuxième dispositif consiste à mesurer le champ de température du milliréacteur isopéribolique à l’aide d’une caméra InfraRouge et ainsi de suivre localement l’évolution de la réaction pour déterminer les paramètres thermocinétiques.

This work deals with the development of new measurement methods in order to characterize high exothermic chemical reactions in safe conditions. Thus, we combine thermal analysis with microfluidic technology. The use of microfluidics allows to manipulate a very small amount of product safely. First, we have developed a microcalorimeter to measure the global heat flux produced in co-flow or droplet-flow configurations. Several parameters can be determined: reaction and mixing enthalpy, concentrations by calorimetric titration and kinetics. The second method uses an InfraRed camera to measure the temperature field of the isoperibolic millireactor. Then, the local evolution of the reaction is estimated by thermal processing. From such inverse methods, the thermokinetic parameters can be determined.