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Thème 1 : Contact, mélange et technologies micro-structurées

- Comprendre l’hydrodynamique pour proposer des modèles et aider à la conception

  • Les activités du thème se sont centrées sur la compréhension et la caractérisation de l’hydrodynamique local, le mélange et les phénomènes de transfert dans des équipements innovants, tels que les microréacteurs et les garnissages microstructurés, aussi bien que dans des appareils conventionnels (réacteurs agités, mélangeurs statiques) traitant des fluides multiphasiques et complexes. Divers outils expérimentaux, numériques et de modélisation ont été mis en oeuvre pour qualifier et quantifier les phénomènes. Des avancées significatives ont été faites sur la mise en place de mesures en-ligne, telles que la spectroscopie Raman et proche infrarouge et l’application de la micro vélocimétrie par image de particules (μPIV) à des écoulements diphasiques.


Visualisation de la génération des bulles de Taylor en microcanal - effet de la géométrie d’entrée (dispersion air -éthanol, QG = QL = 0,8ml/min)

- De nouvelles modélisations à haute capacité d’innovation

  • Science des écoulements diphasiques à micro-échelle
    • L’étude des écoulements diphasiques – liquide-liquide et gaz-liquide – a été au coeur des activités de recherche de ce thème et constitue un fait marquant durant cette période. Ces activités ont été effectuées dans des cadres régionaux, nationaux et internationaux (Fédération FERMaT, ANR MIGALI (2010-2013), projets CNRS/ASRT (2009-2010, 2011-2012)). Les travaux, à la fois expérimentaux et numériques, ont permis d’explorer les effets de la géométrie de l’appareil, les propriétés des fluides et les conditions opératoires sur l’hydrodynamique locale et son couplage avec le transfert de matière. De par des vastes campagnes expérimentales et s’appuyant sur des techniques expérimentales élaborées, telles que la μPIV [1] et le traitement d’images numériques, des temps et des longueurs caractéristiques des écoulements ont été obtenus. La consolidation de ces données, ainsi qu’une forte collaboration avec l’IMFT autour de la simulation numérique a permis le développement de modèles pour la prédiction de taille de bulles/gouttes et du transfert de matière. Un point fort de notre contribution dans ce domaine est la traduction des données de caractère plutôt fondamental vers des modèles et des corrélations permettant le design et la mise en place de procédés intensifiés (Thème Méthodologies d’Intensification et Sécurité des Procédés).


Champs de vitesses (mesurés par microPIV) dans la phase liquide entre deux bulles de Taylor en microcanal.

  • Analyse du mélange par trois dimensions de ségrégation
    • Initiée en 2006, ce travail effectué en collaboration avec l’Université d’Alberta (Canada) a abouti à une nouvelle définition de mélange basée sur trois dimensions de ségrégation – intensité de ségrégation, échelle de ségrégation et exposition – intégrant les échelles de concentration, de longueur et de temps du procédé de mélange. La transposition de ces variables, développées dans les domaines de démographie et d’écologie, à des applications en génie des procédés souligne l’innovation de cette approche. La définition théorique est également soutenue par des équations qui décrivent les phénomènes physiques et des mesures expérimentales qui permettent de quantifier la qualité du mélange.
  • En lien direct avec les autres thèmes du département
    • Microfluidique supercritique — Ce travail de recherche a été développé en collaboration avec les chercheurs du thème Procédés en CO2 Supercritique et le centre RAPSODEE (Albi) et à travers des projets nationaux (ANR mFSC (2009-2012). Les efforts ont porté sur la technologie des systèmes microfluidiques et la caractérisation des écoulements supercritiques.
    • Conception et caractérisation d’internes innovants — La conception d’internes microstructurés a un rôle primordial pour les procédés d’absorption ou de distillation où le développement de l’aire interfaciale gaz-liquide et la génération d’un écoulement de type film ruisselant déterminent la performance du procédé. Un banc expérimental et une technique de visualisation par caméra rapide ont été mis en place permettant la caractérisation de film liquide ruisselant sur des plaques représentatives des internes avec un gaz à contre-courant.


Champs de concentration en oxygène dissous mesurés par technique colorimétrique