Qu'est-ce qu'un microréacteur?
Un microréacteur est un appareil très petit dans lequel des réactions chimiques peuvent avoir lieu. En règle générale, il mesure moins de 2,54 cm de long en largeur et peut-être moins d'un seizième de pouce (1,56 mm) d'épaisseur, bien que les dimensions varient. Il aura normalement des tubes d’entrée et de sortie, contenant de minuscules canaux ou chambres, dans lesquels se dérouleront les réactions. Habituellement, les réactifs et le produit sont des fluides - liquides ou gazeux - qui peuvent être introduits à l’aide de petites pompes ou d’électro-osmose. Depuis 2011, les microréacteurs sont utilisés uniquement à des fins expérimentales et de prototypage, mais il existe une réelle possibilité de les utiliser en grand nombre pour la production en masse de produits chimiques utiles.
Le dispositif est normalement construit en gravant de minuscules canaux sur un matériau approprié, de la même manière que pour la fabrication de circuits intégrés. Ils peuvent être fabriqués à partir de plaquettes de silicium, de verre, de métal ou de matériaux céramiques. Les canaux peuvent ne pas être plus larges qu'un cheveu humain. La gravure peut être effectuée par laser, par décharge électrique ou par des moyens chimiques. Souvent, le microréacteur est constitué de deux plaques gravées en sandwich.
Les microréacteurs offrent des avantages importants par rapport aux moyens plus traditionnels et plus vastes de réalisation de réactions chimiques. Le rapport surface / volume élevé permet aux réactions de se dérouler plus rapidement et souvent à une température inférieure à celle possible à grande échelle. Des réactions hautement exothermiques potentiellement dangereuses ou susceptibles d'endommager le matériel peuvent être effectuées en toute sécurité; toute la chaleur générée se dissipe rapidement en raison de volumes beaucoup plus faibles de réactifs. Une défaillance d'une partie d'une usine chimique traditionnelle pourrait entraîner la libération de grandes quantités de produits chimiques dangereux ou l'arrêt complet de la production. En revanche, une installation composée d’un grand nombre de microréacteurs ne serait pas affectée de manière significative par la défaillance d’une partie.
Habituellement, les microréacteurs fonctionnent avec un flux continu de réactifs. Bien que le taux de production d'un microréacteur individuel soit évidemment très faible, il peut néanmoins être considéré comme une petite usine. Il est possible d'employer un très grand nombre de microréacteurs produits en série, empilés les uns sur les autres, afin de fournir des produits à une échelle économiquement viable, et plusieurs possibilités sont à l'étude.
L'utilisation de microréacteurs en synthèse organique est un domaine très prometteur. Ils offrent un mélange rapide des réactifs, des temps de réaction rapides, des rendements accrus et une manipulation sûre des composés toxiques et explosifs. Le passage d'une production en laboratoire à une production industrielle n'implique aucune modification des procédures pour obtenir des rendements optimaux; il s'agirait simplement d'ajouter plusieurs unités de microréacteurs.
Une autre utilisation commerciale potentielle est la production de biodiesel, une alternative aux combustibles fossiles. Les méthodes de production actuelles exigent que les principales matières premières, l’huile végétale et le méthanol, soient mélangés à un catalyseur et laissés pendant plusieurs heures pour compléter la réaction. Dans un microréacteur à biodiesel, la réaction est presque immédiate et, là encore, la mise à l'échelle du processus pour produire des quantités utiles impliquerait simplement la combinaison d'un grand nombre de microréacteurs.
Cependant, un certain nombre de problèmes doivent être résolus pour parvenir à une production économique à grande échelle de produits chimiques à l'aide de microréacteurs. L’un de ceux-ci est l’effet paroi: les réactifs et les produits ont tendance à s’accrocher aux parois de la chambre de réaction. Ceci est généralement insignifiant pour la fabrication de produits chimiques traditionnels utilisant de grands récipients de réaction, mais à l'échelle micro, une proportion importante du rendement potentiel peut être perdue. Un autre problème est qu’il est difficile d’effectuer des réactions impliquant des solides, en tant que réactifs ou en tant que produits, dans un microréacteur, car ils ont tendance à boucher les canaux.