Micro et nanotechnologie intègrent les réacteurs chimiques
Pharmacie, énergie, parfumerie, alimentation… les réactions chimiques sont partout. Lioubov Kiwi de l’EPFL et son groupe, développent de nouveaux réacteurs en associant micro et nanotechnologie.
Les réactions sont à la base de la chimie. Et pour faire des réactions, il faut… des réacteurs, des récipients plus ou moins volumineux qui permettent de mélanger différents réactifs en présence de catalyseurs, tout en contrôlant la pression, la température et autres paramètres.
Traditionnellement, les réactions chimiques se font dans de grandes cuves, produisant simultanément d’importantes quantités de substances. Ces réacteurs volumineux ont de multiples défauts. Il est en effet difficile d’obtenir un mélange uniforme ou une température constante et il faut régulièrement stopper le processus pour vider la cuve. De plus, les réactions chimiques sont souvent développées dans de petits réacteurs de laboratoire mais plusieurs problèmes apparaissent quand il s’agit d’obtenir le même résultat à échelle industrielle. Cuisiner un plat pour deux personnes ne présente pas de difficulté particulière. Réaliser le même plat pour 100 personnes complique passablement la tâche.
Le Group of Chemical Reaction Engineering (GGRC) prône depuis plusieurs années l’utilisation de microréacteurs. Ces derniers produisent les substances désirées dans de minuscules tuyaux, permettant un mélange rapide et très uniforme, parfaitement contrôlé au niveau de la température (cela évite aussi les risques d’explosion), sans utilisation de solvant et dans un flux continu. Par exemple, on injecte par deux tuyaux différents les réactifs dans un système en forme de Y. Ils réagissent lorsqu’ils se rencontrent et le produit sort par le troisième tuyau. Les détracteurs diront que les quantités produites sont insuffisantes mais ces microréacteurs peuvent être utilisés par milliers en parallèle. Enfin, la qualité des produits sortant de ces réacteurs est beaucoup plus pure car ils permettent d’éviter la fabrication de produits indésirables dérivés inhérente aux gros réacteurs.
Lioubov Kiwi et son groupe ont reçu 2.4 millions de CHF de l’Union Européenne pour développer ces microréacteurs. 650 000 CHF sont alloués à son nouveau projet, POLYCAT, qui a démarré le 15 novembre. L’idée est de combiner l’effet d’un microréacteur et d’un catalyseur. « Pour mener à bien notre objectif, nous réunissons la micro et la nanotechnologie » explique Lioubov Kiwi. Le procédé consiste à déposer sur les parois des microréacteurs un polymère qui enveloppe les nanoparticules catalytiques (or, palladium ou autre). Ces nanoparticules restent exposées aux réactifs (liquides ou gazeux) touts en étant solidement arrimées aux parois des tuyaux.
Un tel réacteur catalytique pourrait voir le jour dans 2 ou 3 ans, améliorant considérablement les performances de la chimie industrielles sur un plan qualitatif, environnemental et sécuritaire.