N° d'ordre

N° d’ordre : 2409


THÈSE

présentée pour obtenir

LE TITRE DE DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE

École doctorale : Transferts, dYnamique des Fluides, Énergétique et Procédés

Spécialité : Génie des Procédés et de l’Environnement




Microréacteurs diphasiques pour le
développement rapide des procédés
Two phase microreactors for fast process design


par


Flavie Sarrazin




Soutenue le 28 novembre 2006 devant le jury composé de :

Mr Gilbert Casamatta Directeur de thèse
Mr Jacques Magnaudet Président du jury
Mr Philipp Rudolf von Rohr Rapporteur
Mr Michael Matlosz Rapporteur
Mr Philippe Carrière Membre
Mr Nicolas Levard Membre
Mr Laurent Prat Codirecteur de thèse
Mme Josiane Tasselli Invitée
Mr Mathieu Joanicot Invité
Mr Christophe Gourdon Invité












À mes parents,
À Alice et Sophie.






REMERCIEMENTS

Je tiens en premier lieu à remercier ici les personnes sans qui ce travail n’aurait pas été possible :
Gilbert Casamatta, pour m’avoir donné sa confiance et suscité l’envie de m’engager dans cette
aventure ; Laurent Prat, pour son encadrement quotidien, pour sa vision “procédé” très pragmatique et
tout son soutien malgré les kilomètres et mes doutes ; Mathieu Joanicot, pour son intérêt dans mon
travail et pour m’avoir ouvert les portes du LOF ; Christophe Gourdon, pour son enthousiasme, sa
sincérité, sa passion et ses conseils avisés ; Galder Cristobal, pour m’avoir enseigné la microfluidique
des puces jusqu’aux gouttes, pour sa contribution dans ce travail et pour sa curiosité communicative.
Tous les cinq, je les remercie encore pour leur compétence et leur recul scientifiques qui ont rendu
mon travail à leur côté si enrichissant et instructif, mais aussi du fond du cœur pour leur écoute, leur
soutien et leur ouverture d’esprit.

Je remercie sincèrement les rapporteurs de mon travail de thèse : Michael Matlosz pour avoir pris de
son précieux temps pour lire et commenter ce manuscrit, ainsi que Philipp Rudolf von Rohr pour avoir
accepté cette tâche malgré la rédaction en français et la soutenance en vidéoconférence depuis le MIT.
Merci également aux autres examinateurs du jury pour l’intérêt porté à ce travail : Nicolas Levard pour
sa vision industrielle et Philippe Carrière pour son approche mécanistique.

Je tiens également à remercier ceux qui m’ont permis de démarrer cette thèse par une expérience
américaine des plus enrichissantes : Darren Link pour tout ce qu’il m’a transmis et sa gentillesse,
Howard Stone pour son expertise et sa disponibilité, puis David Weitz qui m’a accueillie dans son
laboratoire. J’ai également rencontré là-bas Manouk Abkarian et Élise Lorenceau – merci à ces grands
frères outre-atlantique – ainsi que Pattie H. sans l’hospitalité et l’attention de laquelle mon séjour
n’aurait pas été le même.

Je suis extrêmement reconnaissante aussi aux personnes avec qui j’ai pu travailler à l’IMFT et que je
remercie chaleureusement : Jacques Magnaudet pour son intérêt dans notre travail, pour m’avoir
donné l’accès au code JADIM et avoir présidé mon jury de thèse ; Thomas Bonometti pour sa
collaboration, sa formation très pédagogique au code, son expertise et sa disponibilité. Merci
également aux autres thésards que j’ai pu côtoyer lors de mes passages dans le monde des
numériciens : Jean-Baptiste D., Axel, Yannick. Du même laboratoire, je remercie enfin Sébastien
Cazin pour sa disponibilité et son aide technique concernant la caméra rapide de la plateforme
FERMaT.

Je remercie par ailleurs les personnes du LAAS grâce à qui j’ai pu notamment accéder à une salle
blanche sur Toulouse pour la fabrication des microcanaux : Anne-Marie Gué pour son accueil dans
son équipe, Josiane Tasselli pour l’intérêt porté à mon travail et avoir accepté l’invitation à mon jury
de thèse, Antoine Marty et David Bourrier pour nos discussions.

J’ai passé une grande partie de ma thèse au LGC dans une ambiance de travail enrichissante et
épanouissante. À ce titre, je remercie l’ensemble du personnel de ce laboratoire par l’intermédiaire de
son directeur Joël Bertrand et de la dévouée Claudine Beyrie. Plus personnellement, je tiens à
remercier Karine Loubière, dont la rigueur scientifique mêlée à une si bonne humeur a fait des parties
de micro PIV une joyeuse réussite. Merci également à Séverine Camy, Joëlle Aubin, Philippe Destrac
(mon premier maître de stage en recherche !), Patrick Cognet, Sébastien Elgue, Olivier Masbernat,
Yolande Peres Lucchese, Audrey Devatine, Richard Guilet, Éric Climent, Nadine Gabas, Michel
Cabassud, Christine Frances, Béatrice Biscans, Marie Morère et Jean-François Blanco pour toutes nos
discussions touchant de près ou d’un peu plus loin à ce travail. Merci ensuite au personnel technique et
administratif du LGC, en particulier ceux qui m’ont toujours rendu service pendant ces années :
Christine Rouch, Jean-Pierre Verdier, Emmanuelle Tena, Christine Lampuré, Marie-Line de Solan,
Marc Samazan, Ignace Coghe, Lahcen Farhi, Alec Manoury, Lucien Pollini, Sophie Beaufils, Franck
Dunglas, Jean-Louis Labat, Alain Muller, Martine Auriol, Nouredine Chateur, Stéphane Guérin, Alain
Philip et Danièle Bouscary ; une mention spéciale à Jacques Labeyrie et Claudine Lorenzon pour nos sympathiques courses à pied et leur gentillesse. J’adresse en outre une amicale pensée à tous les
thésards croisés à Basso Cambo et à Rangueil. La liste est longue mais je tiens à citer notamment : mes
sportifs préférés Romuald et Grégory (merci aussi à Grégory pour sa contribution dans ce manuscrit
puisque le réacteur batch pris comme référence dans la conclusion est le sien) ; Yolaine et Hélène, mes
sympathiques collègues des enseignements à l’IUT ; Elsa, mon binôme du conseil d’administration du
labo et de sondage sur les cahiers de laboratoire ; Patricia, Carlos, Fabien, Jean-Philippe et Norbert,
autrement dits les “agités” ; Sébastien T., Nelson, Christophe, Sofiane, Micheline et Alicia, tous
rencontrés dans ou au détour du bureau très hospitalier des thésards GIMD. Issues de ce même “coin”,
je remercie sincèrement Sophie G. pour son écoute et ses conseils (surtout lors de notre période
bordelaise commune), ainsi que Shila pour son amitié et sa confiance avec la petite Hanna. J’ai
évidemment une dédicace particulière pour ceux avec qui j’ai pu si agréablement partager mon
bureau : Léna, Katia, Wendell et Sébastien C., les “anciens” que j’espère retrouver un jour malgré les
voyages ; Mouna, Rachel et Fahima, les “petites nouvelles” qui n’en sont plus ; Nathalie D.M. qui a
assuré stage et succession avec brio ; et bien sûr ma chère Wassila en face de qui je n’aurais pas mieux
imaginé passer une grande partie de ma thèse ! Je garde également d’excellents souvenirs de nos
aventures autour de l’Alambic (il s’agit là de l’association des doctorants du LGC), qui me donnent
l’occasion de remercier sincèrement mes collaborateurs-amis – Audrey R., Mathias et Pascal – et pour
finir notre présidente, ma précieuse Mallorie à l’aide constante et avec qui j’ai partagé et espère
partager encore tant de choses.

J’en viens à remercier toutes les personnes croisées au LOF, dernier laboratoire où j’ai pu travailler
pendant cette thèse. Toutes ces rencontres ont été vraiment enrichissantes. Je tiens particulièrement à
remercier Jean-Baptiste Salmon pour les gouttes protonées, les conseils et surtout la relecture du
manuscrit ; Jacques Leng pour sa recherche engagée et son très utile “coaching” à la préparation de la
soutenance ; Céline Mocquant pour son aide et son attention constantes, et j’ose dire son amitié ;
Roman Kötitz pour le “traquage matlabien” des gouttes, de leurs contours et de leurs zones d’ombre ;
Bertrand Pavageau pour toutes ses astuces et son expertise analytique ; Bernard Roux pour ses
conseils discrets et avisés ; Annie Colin pour ses discussions physique, numérique et politique ;
Sébastien Issanchou pour l’initiation aux outils statistiques et ses remarques “procédés” ; Matthieu
Guirardel pour ses solu