Présentation
RÉSUMÉ
L’évolution des laboratoires sur puce repoussent les limites de la miniaturisation en intégrant toutes les étapes d'une analyse, depuis la préparation des échantillons jusqu'à l'analyse des résultats. D’abord utilisés dans le domaine de la biologie sous la forme de biopuces, ce sont désormais des outils indispensables aux chimistes de tous les domaines. Cet article rappelle d'abord les points forts de la microfluidique pour la conception de laboratoires sur puce, puis présente les spécificités de quelques systèmes pour des applications aux séparations radiochimiques et aux caractérisations chimiques ou physicochimiques pour la chimie fine.
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Clarisse MARIET : Ingénieur chercheur - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France
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Christine DALMAZZONE : Ingénieur de recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Rueil-Malmaison, France
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Marie MARSIGLIA : Ingénieur de recherche - Direction Physico-Chimie et Mécanique Appliquées - IFP Énergies nouvelles (IFPEN), Rueil-Malmaison, France
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Laurent VIO : Ingénieur chercheur - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France
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Axel VANSTEENE : Doctorant - Direction de l’Énergie Nucléaire (DEN), Service d’Études Analytiques et de Réactivité des Surfaces (SEARS), CEA, Université Paris-Saclay, Gif sur Yvette, France
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Emmanuel MIGNARD : Chargé de recherche - CNRS, Université de Bordeaux, Solvay, LOF, UMR 5258, Pessac, France
INTRODUCTION
Le concept des laboratoires sur puce date du début des années 1990, mais les développements fourmillent et bouleversent le secteur des biotechnologies à partir des années 2000 comme en témoigne l’évolution du nombre d’articles dont le sujet contient le mot-clé « microfluidics », qui désigne à la fois la science et la conception des laboratoires sur puce et dont au moins l’une des dimensions caractéristiques est de l’ordre de quelques dizaines de micromètres, dans la base de données Thomson ISI Web of Knowledge. Ce nombre d’articles est passé de 28 en 1998 à plus de 2 200 pour la seule année 2017 (étude réalisée en juillet 2018). Depuis, les laboratoires sur puce sont omniprésents dans de nombreux domaines : en médecine, dans l’énergie, dans la chimie verte, la cosmétique, l’industrie agroalimentaire…, mais quels sont les réels avantages de cette technologie pour la chimie ? Quelles sont leurs particularités ? Comment sont-ils développés ?
La microfluidique a suscité l’intérêt de l’industrie chimique motivée en grande partie par les applications en analyse, en synthèse ou pour l’intensification des processus. Par exemple, ces réductions d’échelles sont pertinentes dans le domaine nucléaire ou pour les industries fabriquant des produits toxiques ou explosifs car elles permettraient de :
diminuer la production de déchets (réactifs, consommables de laboratoire, solution de décontamination…) ;
automatiser des opérations unitaires de procédé chimique ;
diminuer l’exposition radiologique et chimique des personnels ;
diminuer les coûts (par exemple en transférant des analyses d’enceintes blindées en boîtes à gants).
Essentiellement mise en œuvre en physico-chimie des fluides complexes sur des systèmes fonctionnant dans des conditions proches de l’ambiante, la microfluidique présente aussi un intérêt pour mener des expérimentations dans des conditions plus sévères (haute pression, haute température), représentatives des conditions opératoires industrielles rencontrées dans diverses applications, qui vont de l’exploration/production du pétrole, en passant par le raffinage et la pétrochimie à la transformation de la biomasse, la synthèse de biocarburants…
Ce changement de paradigme dans la chimie organique permet d’améliorer :
la productivité ;
la sélectivité. Pour des réactions conduites en milieu biphasique, l’absence de mélange est mise à profit en fin de réaction : l’étape d’extraction et de purification des produits est supprimée, les produits se situent exclusivement dans l’une des deux phases.
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MOTS-CLÉS
microfluidique | Récupération assistée des hydrocarbures | radionucléides | séparation élémentaire
DOI (DIGITAL OBJECT IDENTIFIER)
CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Laboratoires sur puce dédiés à la chimie - Principes et caractéristiques
Intérêt de la microfluidique pour la chimie
Sources bibliographiques
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