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Mise en place de l’extraction liquide-liquide en microsystèmes : Etablir des écoulements segmentés à façon pour optimiser le transfert de masse

Axel Vansteene, CEA

10 mars

L’une des techniques séparatives les plus importantes à ce jour pour les analyses radiochimiques est l’extraction liquide-liquide. Alors que la fabrication de microsystèmes s’est considérablement perfectionnée, l’extraction liquide-liquide en microsystèmes est en plein essor. Dans ce format elle peut bénéficier des avantages liés à la miniaturisation qui sont la possibilité de réaliser des couplages, le contrôle précis de l’aire interfaciale entre les phases aqueuse et organique en présence, et des temps de contact.

Une première étude, dédiée à l’extraction liquide-liquide en flux parallèles d’uranium en milieu chloré agressif par l’Aliquat® 336 (système rapide) et d’europium en milieu nitrique par le N,N’-dimethyl N,N’-dibutyl tetradecylmalonamide (système lent) [1, 2], a permis de mettre en évidence les limitations des flux parallèles pour ce type d’étude. Ainsi, si une valeur optimale de rendement d’extraction a pu être obtenue pour un système chimique rapide, cela n’a pas été possible dans le cas du système chimique lent. Une façon d’optimiser les rendements d’extraction des systèmes cinétiquement lents est de mettre en œuvre des écoulements permettant d’augmenter l’aire interfaciale spécifique. C’est pourquoi nous étudions la possibilité de former des écoulements segmentés à façon.

En s’appuyant d’une part principalement sur les modèles hydrodynamiques décrits par Xu [3] et Cubaud [4], et d’autre part sur une méthodologie permettant de déterminer les grandeurs caractéristiques des écoulements observés expérimentalement dans des jonctions en T et en croix (tailles, fréquence et vitesse des gouttes), nous avons développé un modèle capable de prédire la valeur de l’aire interfaciale spécifique pour les deux systèmes chimiques de l’étude.

L’étude du transfert de masse est réalisée en mesurant les concentrations des analytes après séparation des phases grâce à un séparateur membranaire de façon à déterminer les rendements d’extractions en fonction des valeurs d’aires interfaciales spécifiques et des rapports de volumes engagés. Ces rendements d’extraction sont comparés aux rendements en batch. Ces résultats seront exploités par la mise en place d’un modèle de transfert de masse réalisé avec le logiciel COMSOL Multiphysics®.