Accueil > La Recherche au LGC > GIMD - Génie des Interfaces et Milieux Divisés > Thèmes développés > Thème 2 : Approches Thermodynamiques

Thème 2 : Approches Thermodynamiques

Contact : Yannick HALLEZ

Les problèmes traités dans ce thème relèvent de domaines tels que la matière molle, les fluides complexes, les transitions de phase ou la solvatation, pour lesquels il existe un fort couplage entre un comportement macroscopique et des interactions à plus petites échelles. Quelles sont les méthodes numériques pertinentes permettant ce changement d’échelle ? Pourquoi certains cristaux sont-ils stables dans des microgouttes et non dans des réacteurs classiques ? Quel est le rôle de la nature des ions sur les flux de matière à travers une membrane de filtration ou d’électrodialyse ? Comment prédire l’équation d’état d’une dispersion de colloïdes anisotropes ?

L’apport du calcul intensif

- Des approches numériques faisant appel au calcul intensif ont été introduites en complément des approches expérimentales déjà bien maîtrisées dans le département. Par exemple, il a été démontré expérimentalement que les transferts de matière à travers une membrane échangeuse d’ions pour l’électrodialyse étaient influencés par la nature des ions de l’électrolyte (thèse Julie Savignac 2010).
- Des méthodes hybrides, mécanique, quantique/mécanique et moléculaire ont été mises en place pour déterminer les énergies d’interaction soluté-electrolyte, soluté- membrane et membrane-électrolyte dans ce système (thèse en co-tutelle avec ITM-CNR, University of Calabria). Un autre exemple est la détermination de l’équation d’état d’une dispersion colloïdale - variation de la pression osmotique en fonction de la fraction volumique en nanoparticules. Elle permet à la fois de prédire les caractéristiques d’une dispersion à l’équilibre ou le type de phase obtenue, et les propriétés de transport des colloïdes. L’équation d’état peut être déterminée grâce à des expériences de compression osmotique (thèse Marie-Laure Rami 2009) ou par diffusion de la lumière aux petits angles, des techniques déjà bien maîtrisées au sein du département. Par ailleurs, un code de calcul de Dynamique Brownienne couplée à une résolution des interactions électrostatiques multi-corps entre colloïdes anisotropes a été développé (thèse Joseph Diatta 2014).

< >
Simulation des interactions ion-membrane-soluté dans un procédé d’électrodialyse grâce à la méthode Quantum Mechanics Molecular Mechanics.

Des puces microfluidiques au service de la thermodynamique

- La détermination des conditions d’existence d’une phase et de la cinétique d’un
changement de phase est primordiale pour des applications telles que la cristallisation ou la génération de membranes de filtration polymériques. Les puces
microfluidiques (lab-on-a-chip) répondent à ces deux questions efficacement.
- La miniaturisation permet un excellent contrôle des paramètres opératoires et offre
une parfaite reproductibilité. Elle rend aussi possible un balayage des paramètres
sur la surface d’une même puce. Ainsi, des phases solides et liquides métastables,
impossibles à mettre en évidence dans un réacteur de grande taille, ont pu être
générées grâce à l’utilisation de ces puces.


Simulation de la structuration d’une dispersion de plaquettes sous l’effet des interactions électrostatiques.

Des interactions moléculaires aux propriétés macroscopiques dans les procédés

- En milieu organique, les interactions intra/extra moléculaires (liaisons H), les effets de solvatations, l’auto-association au niveau moléculaire ont une influence primordiale sur les grandeurs thermodynamiques macroscopiques qui contrôlent un procédé.
- La mise en place de différentes approches thermodynamiques à différents niveaux, permet de relier les propriétés à l’échelle moléculaire à celles à l’échelle du procédé. La modification des modèles existants a permis de prendre en compte des interactions de types liaisons hydrogène, conduisant à une description beaucoup plus fine des équilibres de solubilité de systèmes complexes.


Cristallisation d’un principe actif pharmaceutique en milieu confiné.