Microréacteurs : outils d’intensification de la chimie

L’impact sur l’environnement, pour ce qui est des déchets et de l’énergie consommée, est devenu un enjeu majeur sous la pression de la réglementation européenne, en particulier avec l’entrée en vigueur de REACH, le règlement relatif à l’enregistrement, l’évaluation et l’autorisation des produits chimiques. Le tout sur un marché toujours plus rude, où les coûts de production deviennent déterminants. Pour répondre à ces défis et accélérer la recherche, les équipes de recherche et l’industrie ont recours aux microréacteurs. Ils sont utilisés pour tester différentes voies de synthèse en parallèle, des conditions expérimentales ou la détermination des données cinétiques ou physico-chimiques avec, à la clé, un gain de temps appréciable.

Mais ce nouvel outil ouvre aussi des perspectives industrielles. Des synthèses, bannies ou délicates, deviennent possibles. Les laboratoires pharmaceutiques commencent à s’équiper bien que cela prenne du temps car l’intégration de microréacteurs au niveau industriel nécessite de revoir tout le procédé. Le passage aux microréacteurs est un changement de culture. Ils permettront de passer plus rapidement d’un procédé de recherche et développement (R&D) à une échelle industrielle par leur parallélisation.

Dans l’article [CHV 2 225] ont été exposés les avantages et les inconvénients des laboratoires sur puce, puis un état de l’art des microsystèmes développés spécifiquement pour des applications à la chimie séparative élémentaire (sels, métaux et radionucléides), pour les caractérisations chimiques et physico-chimiques des processus ainsi que pour l’intensification de la R&D. L’article [CHV 2 226] se focalise sur la conception de ces laboratoires sur puce, avec notamment l’exposé des fonctions de base, le choix des matériaux. Les principes de fonctionnement des microsystèmes séparatifs sont décrits de façon à comprendre comment ils ont été dimensionnés.

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 à l’échelle du laboratoire mais plusieurs problèmes apparaissent quand il s’agit d’obtenir le même résultat à échelle industrielle. Ces problèmes peuvent être résolus par l’utilisation de microréacteurs dont le développement a été stimulé par celui des laboratoires sur puce. Le présent article est axé sur l’intensification obtenue grâce à ces microréacteurs. Désormais utilisés pour la chimie fine, des exemples d’intensification de procédés industriels y sont présentés.

Voir aussi les articles [J 500] et [J 7 002] du traité Procédés chimie – bio – agro | Opérations unitaires. Génie de la réaction chimique et l’article [IN 94] du traité Procédés chimie – bio – agro | Chimie verte.