Les entreprises souhaitent utiliser des réacteurs chimiques miniatures pour fabriquer des produits pharmaceutiques et de la chimie fine, mais sont découragés par leur tendance à s'encrasser. Chercheurs de la KU Leuven, La Belgique, ont maintenant mis au point une manière élégante d'utiliser les ondes sonores pour maintenir l'écoulement des produits chimiques.

L'industrie chimique produit classiquement en grande quantité, mais cette approche a des inconvénients. D'un point de vue environnemental, il consomme beaucoup d'énergie et produit d'importants volumes de déchets de solvants lors du nettoyage des réacteurs. Ensuite, il y a le coût et l'inconvénient de stocker les produits chimiques produits jusqu'à ce qu'ils soient nécessaires, ou de les transporter là où ils seront utilisés.

Des réacteurs plus petits qui produisent un flux continu du produit chimique souhaité, quand et où cela est nécessaire, sont considérés comme une solution beaucoup plus intelligente. Mais ces réacteurs miniatures, avec des volumes internes de quelques microlitres à quelques millilitres, ont tendance à se boucher si des particules sont produites dans la réaction, ou requis comme catalyseurs.

C'est le problème que le professeur Simon Kuhn et le Dr Zhengya Dong du département de génie chimique de la KU Leuven ont entrepris de résoudre. Leurs recherches, publié dans la revue de la Royal Society of Chemistry Laboratoire sur puce , a été réalisée en collaboration avec l'Université de Twente aux Pays-Bas.

On savait déjà que les ultrasons (ondes sonores dont les fréquences sont trop élevées pour être entendues par les humains) pouvaient être utilisés pour déplacer des particules dans un liquide. Le défi consistait à trouver un moyen d'appliquer la force ultrasonore dans les canaux étroits d'un microréacteur.

Leur première idée fut d'utiliser des ultrasons à basse fréquence pour séparer les amas de particules. "Mais c'est très violent, et chauffe le réacteur, " explique le professeur Kuhn. " Vous formez ces bulles de cavitation - de petites zones sans liquide - qui détruisent vos particules, mais ensuite ils détruisent aussi votre réacteur."

Leur idée suivante était d'utiliser des fréquences plus élevées, lequel, s'il est correctement focalisé, pousserait les particules loin des parois du canal du réacteur et arrêterait le colmatage de cette façon. Pour y parvenir, le réacteur devait être conçu de manière très précise, avec des canaux d'à peine un demi-millimètre de large gravés dans la surface d'une plaque de silicium qui pourrait être intégrée à la source d'ultrasons.

Les scientifiques ont testé le prototype de réacteur avec du carbonate de calcium et du sulfate de baryum, qui réagissent très fortement et très rapidement pour former un sel inorganique. Cela forme rapidement de gros amas de particules. Bien qu'inutile en soi, le sel fournit le test le plus dur possible pour le réacteur. "Si vous pouvez le faire avec ces particules, vous pouvez le faire avec n'importe quoi d'autre."

Non seulement les ultrasons ont permis au produit de couler en douceur, forcer les particules au centre du canal a aidé à les mélanger, et ainsi amélioré l'efficacité de la réaction.

L'étape suivante consiste à étendre le processus, mais pas en agrandissant les réacteurs. "Si vous pouvez produire quelques grammes par seconde, c'est déjà pas mal, " dit le professeur Kuhn. " Si vous faites alors fonctionner quelques réacteurs en parallèle ou en série, vous pouvez atteindre un niveau de productivité intéressant pour l'industrie."

L'étude s'inscrit dans le cadre d'une bourse de recherche fondamentale du Conseil européen de la recherche (ERC). "Bien que ces projets soient fondamentaux, recherche de ciel bleu, nous ne faisons pas que des recherches pour le plaisir, ", déclare le professeur Kuhn. "Nous développons une technologie qui est également très pertinente pour l'industrie."