Missions

L'objectif principal est d'améliorer le transfert sélectif des radicaux de la phase gazeuse vers la phase liquide. Cet objectif nécessitera une révision complète des différents modules constituant le procédé afin de développer un procédé chimique original pour l’activation de liquide par plasma non-thermique en flux.

Activités

La mission est divisée en trois sous-objectifs:
1) La première étape concerne le développement de réacteurs micro-structurés plasma/liquide innovants en vue d'améliorer le transfert des radicaux vers la phase liquide en explorant les régimes d’écoulement dans des microréacteurs.

2) Une optimisation de la production de radicaux sera effectuée. Cette tâche consiste à étudier l'impact des conditions physicochimiques de la décharge électrique dans la phase gazeuse. On fera varier le signal d'excitation électrique, dont on sait qu'il a un impact sur la production et la relaxation des radicaux ainsi que sur la génération de perte thermique. Le transfert d'énergie vers les réactions chimiques d'intérêt sera optimisé en étudiant les caractéristiques électriques du réacteur. Différentes configurations de microréacteurs seront envisagées comme le DBD coplanaire [9], le DBD en peigne, la cavité gazeuse [10] et les microjets [11]. La phase plasma sera caractérisée par spectrométrie d'émission optique (OES) combinée à des simulations avec COMSOL Multiphysics et Specair.

3) La dernière étape concerne la conception et le développement de nouveaux outils pour contrôler finement et optimiser les paramètres du procédé et la production de radicaux. L'objectif est d'intégrer le nouveau réacteur dans une plateforme automatisée à flux séquentiel, pour accélérer la découverte de molécules et de voies de synthèse, tout en améliorant le contrôle des conditions de réaction [12]. Un processus séquentiel automatisé permettra d’effectuer la recirculation des solutions dans le réacteur, le criblage rapide des réactifs et des conditions, les réactions consécutives pour tester les voies synthétiques, et la séparation en ligne des produits. Les caractérisations comprendront des mesures électriques, optiques et chromatographiques automatisées en ligne.

Compétences

Doctorat en génie des procédés et/ou physico-chimie des plasmas, idéalement dans le domaine des plasmas non-thermiques à la pression atmosphérique. Des compétences en micro-fabrication et en automatisation des procédés seront un plus.

Contexte de travail

Le laboratoire IRCP explore l'intégration du plasma non-thermique dans les procédés chimiques en flux continu comme méthode d’activation alternative. Une telle méthode a le potentiel pour permettre l’accès à de nouvelles voies de synthèse et à la conception de procédés plus durables et économiques. L’optimisation des interactions plasma/liquide a mené à la conception de différents microréacteurs biphasiques gaz/liquide en flux. Dans ces réacteurs un plasma peut être généré sur toute la longueur d'un canal dans la phase gazeuse, permettant une forte interaction entre les espèces réactives à courte durée de vie du plasma et les espèces issues de la phase liquide [1,2]. Cette approche a été utilisée pour fonctionnaliser des molécules volatiles légères à l'aide du plasma généré par divers gaz réactifs tels que l'O2 pour l'oxydation et le NH3 pour l'amination [3-5]. Afin d’étendre la méthode à la modification de molécules non volatiles à haute valeur ajoutée, il est nécessaire de générer des radicaux dans le liquide. Généralement, on y parvient par transfert des espèces générées dans le plasma vers le liquide [6]. Cette stratégie a notamment été explorée pour l'activation de l'eau, pour la dépollution et les applications médicales, où elle génère des radicaux OH [7,8]. Cependant la conversion des réactions reste limitée par le transfert des radicaux vers la phase liquide, qui nécessitent un transfert rapide et quantitatif.

Contraintes et risques

Risque électrique lié à l'utilisation de plasmas