Changement de phase avec des gouttes de TPGDA

Suite aux observations des expériences décrites ci-dessus, une nouvelle plaque est conçue pour réaliser exclusivement le changement de phase eau-octanol avec le 1,4 butanediol (figure V.31). Par rapport au design de la figure V.6, une aspiration supplémentaire a été rajoutée pour soutirer la phase aqueuse entourant les gouttes, les zones d’aspiration ont été rapprochées des zones d’injection pour tenter de limiter le phénomène de diffusion et enfin la sortie des fluides du microsystème est assurée par un trou percé dans le support en plexiglas et autour duquel est fixé un nanoport avec un tube téflon.

Figure V.31 : Design du bloc pour le changement de phase eau-octanol: en trait plein, les canaux d’écoulement ; en pointillés les canaux de soudure.

Le TPGDA étant insoluble dans le 1,4 butanediol, un essai préliminaire peut être réalisé avec un écoulement à gouttes. Les gouttes arrivant dans le microsystème sont générées avec un débit de solution aqueuse de 8 mL/h et un débit de TPGDA de 100 μL/h. Le 1,4 butanediol est injectée à 4 mL/h dans le premier canal d’injection et l’octanol à 8 mL/h dans le deuxième canal d’injection. Le soutirage de l’eau est effectué au travers de trois canaux d’aspiration successifs à des débits d’aspiration de 3 mL/h. Le changement de phase solution aqueuse-1,4 butanediol et l’injection d’octanol est illustré sur la figure V.32.

Figure V.32 : Changement de phase solution aqueuse-octanol avec des gouttes de TPGDA avec le 1,4 butanediol en tant que tiers solvant

Au niveau de l’ajout du tiers solvant, le 1,4 butanediol occupe la plus grande largeur du canal ; la goutte à son arrivée passe sous la couche de 1,4 butanediol et remonte progressivement vers le centre du canal entrainant un peu de solution aqueuse dans le tiers solvant. A l’intersection avec le premier canal d’aspiration, la goutte a rejoint le milieu du canal principal et une partie de la solution aqueuse est soutirée par le canal secondaire. Au niveau du deuxième canal de soutirage la goutte poursuit son chemin sans subir l’aspiration et le niveau de la phase aqueuse continue de diminuer. La goutte de

Soutirage de l’eau Injection du 1,4 butanediol Injection d’octanol Sortie du système Arrivée des gouttes Soutirage du 1,4 butanediol Solution aqueuse 8 mL/h 1,4 Butanediol 4 mL/h Octanol 8 mL/h 3 mL/h 3 mL/h 3 mL/h

TPGDA crée une trainée dans son sillage qui perturbe l’interface 1,4 butanediol-solution aqueuse, ce phénomène est bien apparent sur l’image de la deuxième aspiration. A la troisième aspiration, la quasi- totalité de la phase aqueuse est retirée du canal principal, une petite partie du tiers solvant est attirée dans le canal secondaire mais il peut éventuellement rester un peu de phase aqueuse juste au niveau de la paroi inférieure du canal. La dernière aspiration entraine les gouttes de TPGDA vers le bas du canal principal ; suite au cumul de toutes les aspirations, les gouttes se sont rapprochées. Pour soutirer l’intégralité de la phase aqueuse avec un débit à l’entrée du microsystème de 8 mL/h, un débit de soutirage total de 9 mL/h a donc été nécessaire. Cette différence est du en partie à l’aspiration réelle non complètement équivalente au débit imposé au niveau des pousse-seringues et en partie à la quantité du tiers solvant qui s’est dissoute dans la solution aqueuse à l’interface entre les deux phases. La goutte poursuit ensuite son parcours jusqu’à l’injection de l’octanol où elle subit le même effet que pour le tiers solvant : l’injection de la nouvelle phase entraine la goutte vers le bas du canal avant que cette dernière ne remonte progressivement vers le centre du canal. Un peu plus en aval que ce que montre l’image de la figure V.32, la goutte de TPGDA commence à pénétrer dans la phase organique et se dissout petit à petit en avançant ultérieurement dans le canal. Le phénomène de décomposition est décrit sur la figure V.33.

Figure V.33 : Décomposition (de droite à gauche) d’une goutte de TPGDA au fur et à mesure de l’avancée dans le canal principal lors du passage du 1,4 butanediol à l’octanol

La goutte de TPGDA produit également une trainée à l’interface 1,4 butanediol-octanol. Lorsque la goutte passe d’une phase à l’autre, elle va subir à la fois la dissolution dans l’octanol mais, en plus, le cisaillement de l’octanol. En effet, avant stabilisation du débit dans le canal principal l’octanol est injecté à 8 mL/h alors qu’après changement de phase le 1,4 butanediol circule à environ 5 mL/h. La dissolution dans l’octanol n’est pas la seule altération que peuvent subir les gouttes de TPGDA. Occasionnellement, une goutte vient s’éclater sur la paroi inférieure du canal principal au niveau de l’injection du 1,4 butanediol. Le processus d’éclatement de la goutte est détaillé sur la figure V.34. Lorsque la goutte arrive vers l’interface entre les deux phases, elle est automatiquement entrainée avec la phase aqueuse vers la partie inférieure du canal. Si la goutte adhère à un moment donné à la paroi, elle commence à se déformer et s’étaler à cause de la contrainte de la phase aqueuse qui pousse la goutte vers l’aval du canal puis elle finit par éclater et mouiller la paroi.

Figure V.34 : Décomposition (de droite à gauche) d’une goutte de TPGDA par mouillage sur la paroi à l’injection du tiers solvant

En dehors des quelques gouttes perdues au niveau de l’injection du tiers solvant, le processus de changement de phase avec le 1,4 butanediol décrit ci-dessus est stable et régulier. Il est donc envisageable de procéder à la même expérimentation avec des billes de poly(TPGDA).