Laser-Induced Nucleation in a Coaxial Microfluidic Mixer

La cristallisation est une des opérations élémentaires du génie chimique. Les matières produites sont extraites par cristallisation et purifiées par recristallisation. Mais la nucléation du cristal reste un mystère et la théorie classique de la nucléation est battue en brèche par de nombreuses données expérimentales. Nous avons construit un dispositif microfluidique de précipitation par mélange de solvants pour produire de manière continue et observer la formation d’un grand nombre de cristaux. La molécule étudiée est le DBDCS dont les cristaux sont fluorescents mais pas la molécule. Le germe sera ainsi le premier objet lumineux du mélange.Nous avons calculé la thermodynamique du mélange ternaire DBDCS/1,4-dioxane(diox)/eau à partir de ce qui est connu pour le mélange diox/eau et de la courbe de solubilité du DBDCS dans diox/eau, dans le cadre d’un modèle de solution régulière. Il permet de calculer les conditions de la décomposition spinodale ([DBDCS]= 59 fois la saturation) du mélange ternaire en une phase liquide hypothétique de DBDCS pratiquement pur dans un mélange diox/eau.Nous observons cette phase dans une expérience de précipitation après 6ms de mélange. La mesure du volume de cette phase liquide confirme qu’elle est pratiquement pure. L’apparition de cette phase liquide nécessite une forte sursaturation. Celle-ci fait suite à la diffusion de l’eau qui repousse et concentre le DBDCS au centre du dispositif. L’étude du temps mis à atteindre la concentration critique en fonction de la concentration initiale en DBDCS dans le flux central permet d’obtenir une valeur de 50 à 70 fois la saturation pour la concentration critique d’apparition de la phase liquide DBDCS. Le produit de cette décomposition spinodale est un nuage de gouttelettes sub-micrométriques. Mais le gradient de potentiel chimique peut, dans certaines conditions, regrouper ces nano-gouttes en un chapelet de gouttes micrométriques de même taille.Lorsque l’anti-solvant n’est pas de l’eau pure, mais un mélange diox/eau, la barrière de potentiel ne l’emporte pas sur l’entropie de la diffusion, ce que montre la répartition de la fluorescence résiduelle des molécules (rendement