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Microfluidique et cinétique de transfert de matière : application à un procédé d'extraction liquide-liquide réactive d'actinide

Corne, Florian. Microfluidique et cinétique de transfert de matière : application à un procédé d'extraction liquide-liquide réactive d'actinide. PhD, Energétique et transferts, Institut National Polytechnique de Toulouse, 2019

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Abstract

Le présent manuscrit fait état d’une technique microfluidique innovante d’étude du transfert de matière appliqué au système uranium(VI)-HNO3 / TBP-TPH, pour le recyclage du combustible usé. Ce système chimique a grandement été étudié pour la détermination des cinétiques de transfert d’uranium(VI). Toutefois, seule la cinétique globale incluant les phénomènes d’advection-diffusion et de réaction chimique a été établie. La composante chimique a souvent été approchée mais la forte contribution des résistances diffusionnelles, lors de l’extraction dans les outils de détermination utilisés, ne permet pas de correctement la déterminer. Grâce à la miniaturisation inhérente au dispositif microfluidique développé lors de cette étude et à la mise en oeuvre des phases à grande vitesse, la contribution de ces résistances est réduite voire négligée et la cinétique chimique est supposée atteignable. Les études préliminaires réalisées en microscopie confocale ont confirmé la stabilité de l’interface liquide-liquide dans la profondeur du micro-canal et le long de l’écoulement, malgré les fortes vitesses. Nos expériences ont montré que même avec des temps de séjour compris entre 8 ms et 35 ms, l’extraction d’uranium(VI) intervient de façon quantifiable. Cela a mis en évidence une très forte homogénéisation en phases en fonction des concentrations initiales d’uranium(VI). De plus, nos études en régime chimique confirment une réaction d’extraction du premier ordre envers l’uranium(VI). Ces observations semblent être confirmées par les modélisations en 2D sous COMSOL et Scilab, car elles permettent la correspondance avec les données expérimentales qu’en admettant la présence de l’effet Marangoni massique. Dans le cas de l’extraction d’une solution d’uranium(VI) à 50 g.L-1, la prise en compte de cet effet a conduit à déterminer que les vitesses radiales des phases sont suffisamment élevées, 0,2 m.s-1. Ainsi, nous avons considéré pour cette expérience que les concentrations d’uranium(VI) en sortie de microsystème sont équivalentes aux concentrations interfaciales. En tenant compte de ces données, la constante cinétique chimique du système uranium(VI)-HNO3 3 M / TBP-TPH a pu être estimée vers 3,2x10-4 m.s-1.

Item Type:PhD Thesis
Uncontrolled Keywords:
Institution:Université de Toulouse > Institut National Polytechnique de Toulouse - Toulouse INP (FRANCE)
Laboratory name:
Research Director:
Prat, Laurent E. and Di Miceli Raimondi, Nathalie
Statistics:download
Deposited On:06 Jul 2020 09:22

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