Compréhension des écoulements diphasiques et des mécanismes de transfert associés dans les écoulements inertiels de Dean

Les échangeurs/réacteurs milli-structurés se sont avérés prometteurs pour la mise en oeuvre de synthèses chimiques, notamment rapides et exothermiques. L’échangeur/réacteur à plaques « DeanHex » doté d’un milli-canal ondulé est un exemple de tels dispositifs. Ses performances thermo-hydrauliques ont été caractérisées à l'échelle du laboratoire ; cependant, peu de travaux concernent le transfert de matière. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à caractériser le transfert de matière liquide-liquide dans le DeanHex afin de pouvoir envisager l’implémentation de différentes réactions et accroître la polyvalence de tels dispositifs. Des études expérimentales sont menées sur trois milli-canaux de dimensions croissantes afin d’évaluer l’influence de la taille des canaux sur le transfert de matière et sur les configurations d’écoulement. Des cartographies d’écoulements et des lois d’extrapolation du coefficient de transfert de matière sont établies. Ces corrélations servent à alimenter et valider le modèle complet du DeanHex développé en se basant sur une nouvelle approche numérique. Elle consiste à représenter le canal réactionnel par un modèle 1D couplé à un modèle 3D pour le solide environnant. Ce modèle complet de l’échangeur/réacteur intégrant les mécanismes thermo-hydrauliques, les cinétiques réactionnelles (réaction monophasique) et le transfert de matière est validé à partir à la fois de résultats de simulations en CFD 3D (Computational Fluid Dynamics) et de résultats expérimentaux.