Réaction-diffusion dans un microcanal

Nous utilisons la microscopie confocale Raman pour sonder la cinétique de réaction diffusion pour deux réactifs s’écoulant côte à côte dans un microcanal.

Dans ce travail, nous utilisons l’imagerie Raman confocale pour aborder les phénomènes de diffusion et de réaction chimique dans un microcanal. Cette technique non intrusive permet de mesurer les concentrations locales de différents composés, en sondant les modes de vibrations des molécules comprises dans un volume de taille micrométrique. Nous présentons l’application de l’imagerie Raman à l’étude de l’interdiffusion de deux liquides simples, en montrant qu’il est alors possible d’estimer le coefficient d’interdiffusion de deux espèces moléculaires, et nous présentons aussi les images d’une réaction chimique sous écoulement, permettant de suivre le processus de réaction-diffusion.

La géométrie utilisée est celle d’un écoulement parallèle (fig 1.a, coflow en Y). Les liquides étudiés (chloroforme et chlorure de méthylène) sont injectés à débit imposé dans le canal principal. A ces échelles et aux vitesses considérées, l’écoulement est laminaire et le mélange des deux liquides s’opère par diffusion moléculaire. Les liquides sont choisis pour leurs modes de vibrations distincts : il est possible en mesurant l’intensité de ces modes de vibrations, de remonter aux concentrations locales des deux composés. Les figures 1.b-c correspondent aux images Raman de la zone d’interdiffusion. A l’aide d’un modèle simple de diffusion sous écoulement, prenant en compte la différence de viscosité des deux composés, on montre que la zone d’interdiffusion est décalée. Il nous est alors impossible d’extraire de façon simple le coefficient d’interdiffusion des deux liquides. Malgré la dissymétrie induite par la différence de viscosité, nous avons observé que la zone d’interdiffusion suit une loi de puissance 1/2 le long de l’écoulement, comme c’est le cas pour un processus diffusif simple. Nous avons alors pu mesurer un coefficient de diffusion effectif pour ces liquides de l’ordre de 10-9 m²/s. Ces mesures ont été réitérées dans le cas de plusieurs liquides et les résultats précédents ont été confirmés.

Références : 1, 2.

Collaborations
– T. Colin, MAB, Université Bordeaux 1.
– F. Boyer, LATP-CMI, Marseille.
– P. Tabeling et A. Ajdari, MMN & PCT, ESPCI, Paris.
– L. Servant, LPCM, Université Bordeaux 1.
– L. Jullien, ENS Chimie, Paris.