Une des principales limitations du procédé anti-solvant supercritique (SAS), opération clé dans la technologie des poudres, concerne la faible compréhension du couplage des phénomènes impliqués contrôlant directement les caractéristiques des matériaux obtenus. L’objectif du projet SUPERFON est de réaliser un criblage et une intensification du procédé en étudiant la précipitation de nanomatériaux fluorescents organiques (FONs) grâce à des approches complémentaires utilisant des outils d’investigation avancés expérimentaux (microfluidique et caractérisation in situ) et numériques (calcul massivement parallèle).

Une description complète du procédé SAS nécessite de prendre en compte le transfert de matière lié au mélange des espèces dans le réacteur, l'hydrodynamique liée à l'injection de la solution, les équilibres de phase liés à l'évolution de la solubilité du matériau en fonction de la composition du mélange CO2/solvant et, enfin, les phénomènes de nucléation et croissance du matériau. Le premier objectif concerne la compréhension fine des processus impliqués dans l’opération et la simulation complète du procédé. Celle-ci passe par la confrontation des résultats de simulation avec ceux obtenus en microfluidique supercritique pour lesquelles les conditions sont parfaitement contrôlées. La détermination des paramètres et donc l’amélioration des modèles de nucléation/croissance sera un résultat particulièrement attendu. Par ailleurs, du fait de leurs propriétés fluorescentes, les FONs sont d’excellents matériaux modèles pour comprendre le procédé SAS. En effet, les composés actifs AIE ont la rare propriété d'émettre uniquement à l'état solide, ce qui permet un « monitoring » en temps réel de la formation des nanoparticules. De plus, l'utilisation de technologies supercritiques devrait permettre de réduire et de contrôler la taille des matériaux produits. Une autre originalité importante du projet concerne l’étape de « scale-up ». Pour cela, nous envisageons d’utiliser l’outil numérique comme véritable outil de design du procédé pour des échelles allant jusqu’au litre. L’ambition du projet est alors d’utiliser les informations obtenues sur réacteur microfluidique et de proposer des simulations numériques avec la même finesse de résolution que précédemment pour des volumes beaucoup plus importants. Ceci passe par l’utilisation d’un code de calcul massivement parallèle afin d'étudier deux options de changement d'échelle: l'utilisation en parallèle de puces microfluidiques et le réacteur semi-continu classique.

ANR

• I2M, Institut de Mécanique et d’Ingénierie de Bordeaux, UMR 9508
• ICMCB, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, UPR 9048
• SPCMIB, Laboratoire de Synthèse et Physico-Chimie de Molécules d’Intérêt Biologique, UMR 5068, Toulouse