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Home > Teams > NINO > Opérations de Recherche > Elaboration de nanomatériaux catalytiques et photosensibles (OR1)

Etude hydrodynamique, expérimentale et théorique, du réacteur sol-gel

by Mamadou Traore - published on

Nous étudions l’influence du micromélange ultrarapide sur l’élaboration des oxydes métalliques par voie sol-gel. Nous avons montré que l’écoulement turbulent des fluides permet d’homogénéiser le milieu réactif sur l’échelle du temps inférieure à 10 ms, ce que conduit à des nanoparticules, sélectives en taille et quasi monodisperses. La recherche de régimes au nombre de Damköhler Da<1 pour des milieux fortement réactifs nécessite l’injection des fluides réactifs de plus en plus rapides, qui peut poser limite à l’application de la méthode. En particulaire, nous avons observé une augmentation de la taille moyenne et élargissement de la distribution de tailles des nanoparticules de TiO2 lors de passage de nombre Reynolds de 6000 à 8000.

Nous avons mis en place une méthode de mesures optiques (par diffusion de la lumière statique et dynamique) de l’écoulement des fluids dans le T de mélange avec des parois transparentes. Le rayonement laser est introduit dans le fluide par une fibre optique et les mesures sont effectuées avec le dispositif SLS/DLS dans une mode automatique. Nous avons observé un phénomène de cavitation, qui apparait au-delàs d’un nombre de Reynolds critique Re* (Figure 1). Une validation théorique de ce phénomène a été effectuée par des calcules CFD (Fluent V15.0) du champs de vitesses, de la pression statique axiale, le long des axes y et z des tubes d’entrée et de sortie du mélangeur en T exocentrique et de la dynamique des bulles de cavitation. Le seuil de cavitation est atteint à y = 0 et 0<z <1 mm et la zone de cavitation s’élargit avec l’augmentation de Re. Cette transition d’un régime d’écoulement monophasique (liquide) à biphasique (liquide - gaz) doit être prise en compte lors de design de réacteurs d’élaboration de nanoparticules. Ce résultat pas seulement explique l’origine du régime optimal du micromélange, mais également ouvre de nouvelles perspectives, e.g. en biomédicine pour la synthèse de nano-microcapsules de polymères fonctionnalisés pour le ciblage de maladies et imagerie moléculaire.

Figure 1 : Image du champs des vitesses des fluides réactifs montrant deux zones de cavitation (gauche) et variation de l’intensité de la lumière diffusée en fonction du nombre de Reynolds (droite).