FR2918584A1 - Microreacteur catalytique integre. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un microréacteur (1) composé de plaques empilées de silicium (2), lesdites plaques comportant des évidements, lesquelles forment dans l'empilement des microcanaux (8), lesdits microcanaux des différentes plaques empilées étant en liaison microfluidique les uns avec les autres, caractérisé en ce que sur les parois des microcanaux (8) est disposé un catalyseur et en ce que le microréacteur comprend au moins un moyen de chauffage (17) et au moins un moyen de contrôle de la température (18).

Description

Microréacteur catalytique intégré L'invention concerne un microréacteur

catalytique, notamment pour le traitement de l'air, et tout particulièrement pour l'élimination de composés organiques volatils (COV). La qualité de l'air est une préoccupation croissante. De récentes études démontrent l'impact sur la santé de certains composés volatils susceptibles de se trouver dans l'air intérieur, comme par exemple le formaldéhyde émanant des colles utilisées pour les panneaux en particules de bois.

On cherche donc des solutions afin de limiter la présence de ces COV, en particulier dans des espaces confinés comme les pressings, ateliers, garages ou cabines de peinture.

Selon une première option, il s'agit d'éliminer les COV à la source en les remplaçant par des solvants inoffensifs, notamment par l'eau. Ce remplacement n'est toutefois pas toujours possible. Selon une seconde option, il s'agit de traiter les effluents chargés en COV. Dans ce cadre, il faut généralement d'abord capter les COV puis ensuite les traiter. La captation des COV peut être réalisée par exemple à l'aide de systèmes à base de cartouches de produits chimiques qui fixent les COV. Ces cartouches doivent être traitées par la suite. Le traitement des COV par destruction peut être réalisé grâce à différentes techniques. Ces techniques reposent généralement sur une oxydation, laquelle peut être produite par voie biologique, thermique ou catalytique.

Ainsi, en France, 80% des COV traités sont détruits par oxydation thermique (incinération). Cette technique est bien maîtrisée mais sa rentabilité dépend des possibilités de récupération de la chaleur produite. L'oxydation catalytique peut être conduite à température plus faible. Toutefois, son développement est encore limité, notamment en raison de la courte durée de vie des catalyseurs. On connaît des microréacteurs catalytiques composés d'empilements de plaques rainurées revêtues de catalyseur en couche mince, dans lesquels les rainures forment dans l'empilement des chambres de réaction constituées de canaux parallèles. La température est contrôlée au moyen d'un circuit de milieu échangeur de chaleur (voir Microreactors , W. Ehrfeld et al., Wiley VCH, 2000). Ces réacteurs sont généralement composés d'éléments en Inox, assemblés par soudage.

Cependant, ces microréacteurs sont de fabrication complexe et donc coûteux. Par ailleurs, leur utilisation est encore limitée dans des réactions catalytiques, étant donné qu'il est difficile, voire impossible de remplacer le revêtement de catalyseur.

Aussi, on recherche encore des microréacteurs, notamment pour le traitement des COV, supérieurs à ceux de l'état de la technique notamment en termes de rapport coût/efficacité, coût d'investissement et d'exploitation, fiabilité, durée de vie et maintenance. Les microréacteurs catalytiques connus, testés à l'échelle pilote, sont des réacteurs à plaques d'acier micro-structurées, empilées ou soudées. Cependant, on observe une pollution de la couche catalytique par des éléments chimiques du substrat (Ni, Fe, Cr) qui migrent progressivement vers la couche catalytique et viennent en modifier les performances.

Selon la présente invention, il est proposé un microréacteur composé de plaques empilées de silicium, lesdites plaques comportant des évidements, lesquelles forment dans l'empilement des microcanaux, lesdits microcanaux des différentes plaques empilées étant en liaison microfluidique les uns avec les autres, caractérisé en ce que sur les parois des microcanaux est disposé un catalyseur et en ce que le microréacteur comprend au moins un moyen de chauffage et au moins un moyen de contrôle de la température. En effet, il a été constaté que le choix du silicium comme matériau de base permet non seulement une fabrication précise et peu coûteuse au moyen de technologies bien maîtrisées, mais assure par ailleurs une conductivité thermique suffisante pour permettre l'insertion des moyens de chauffage au sein même du microréacteur. Il en résulte un caractère autonome du microréacteur, puisqu'il n'est pas nécessaire de prévoir une enceinte extérieure pour assurer un environnement thermique contrôlé.

Il en résulte également un meilleur contrôle et un meilleur rendement thermique en raison de la proximité des moyens chauffants avec les chambres de réaction. Par ailleurs, le caractère inerte du silicium (ou de sa forme oxydée de surface) est un garant d'un fonctionnement durable des catalyseurs déposés. Par ailleurs, la conception du microréacteur à partir de plaques comportant chacune des connections fluidiques vers les microcanaux d'une part et vers les plaques adjacentes de l'empilement d'autre part assure une modularité. Enfin, l'usinage précis permet un assemblage sans soudure, ce qui facilite le démontage et le remplacement des plaques pour leur contrôle ou maintenance, et notamment le remplacement du revêtement de catalyseur. Selon des modes de réalisation préférés de l'invention, le microréacteur comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le moyen de chauffage est réalisé sous la forme d'une résistance électrique disposée sur une plaque de silicium ; -la plaque portant le moyen de chauffage est disposée au centre de l'empilement de plaques formant le microréacteur ; - le moyen de contrôle de la température est un capteur de température ; - les plaques de silicium ne sont pas solidaires les unes avec les autres ; - le microréacteur est thermiquement isolé ; - le catalyseur disposé dans les microcanaux est un métal ; - le catalyseur disposé dans les microcanaux est le platine ; - le catalyseur est supporté sur une couche d'oxyde de silicium ; - les accès microfluidiques vers les microcanaux et vers les plaques adjacentes sont directement intégrés sur les plaques ; - les plaques comportent chacune des microcanaux, des accès microfluidiques vers les microcanaux et vers les plaques adjacentes ; - le microréacteur est maintenu dans un boîtier formant presse.

Le microréacteur est constitué d'un empilement de plaques en silicium comportant une pluralité d'évidements, formant des microcanaux. Les techniques de gravure disponibles permettent une grande souplesse dans le choix des facteurs de forme des microcanaux (largeur/profondeur).

La mise en oeuvre de serpentins peut permettre de définir une longueur du microcanal supérieure à la longueur de la plaque, et permettent ainsi d'accroître le temps de séjour compatible avec le temps de diffusion des espèces chimiques. Aussi, le choix de la forme des canaux se fera généralement pour chaque application selon la performance attendue, par exemple au moyens de simulations ou de tests. Cependant, pour des raisons de simplicité de fabrication, on préfère généralement des évidements linéaires. Pour les mêmes raisons, on préfère généralement que les microcanaux soient disposés sensiblement en parallèle. Par ailleurs, on préfère des rainures de section rectangulaire ou carrée. Les dimensions des microcanaux résulteront généralement d'un compromis entre différentes exigences en jeu, notamment la capacité du microcatalyseur, l'efficacité catalytique et le coût et la fiabilité de fabrication. En effet, une faible dimension des canaux permet d'assurer une faible distance avec la surface catalytique et favorise alors le contact avec celle-ci. En même temps, la capacité du microréacteur dépend du volume total des microcanaux et augmente donc avec leur dimension. En utilisant la technologie de microgravure, on peut obtenir des plaques présentant des microcanaux de largeur de 10 à 1000 pm et d'une profondeur de 10 à 1000 pm.

Par ailleurs, on cherchera généralement à atteindre une forte densité de microcanaux afin d'obtenir un microréacteur à forte capacité. Un espacement de 10 à 1000 pm entre microcanaux est aujourd'hui techniquement faisable. Le nombre de plaques empilées dans le microréacteur n'est en principe pas limité. Typiquement, cependant, le microréacteur comportera de 2 à 100 plaques, de préférence de 10 à 50 plaques empilées. De préférence, les plaques sont réalisées en silicium monocristallin. En effet, le choix de ce matériau permet l'utilisation des technologies d'intégration de la microélectronique et les technologies de gravure en volume développées pour les microsystèmes.

Avantageusement, chaque plaque est revêtue sur ses deux faces, y compris dans les microcanaux, d'une couche isolante diélectrique. De préférence, elle est revêtue en outre, par-dessus la couche isolante diélectrique le cas échéant, d'une couche formant support de catalyseur.

Afin d'assurer la liaison microfluidique entre les plaques, chaque plaque est de préférence munie de part et d'autre d'orifices traversants. Ces orifices sont de préférence directement connectés à l'ensemble des microcanaux. Ainsi, ils assurent l'entrée et la sortie des fluides dans les chambres de réaction et permettent l'alimentation simultanée de tous les canaux sur une même plaque. Le microréacteur comporte par ailleurs au moins un moyen de chauffage et au moins un moyen de contrôle de la température. De préférence, et afin d'optimiser le rendement thermique et la précision de contrôle thermique, le moyen de chauffage et les moyens de contrôle de température sont disposés au sein de l'empilement, en particulier en son centre. Selon un mode de réalisation préféré, le moyen de chauffage est déposé sur une plaque de même matériau que les plaques comportant les microcanaux. La plaque est éventuellement munie au préalable d'une couche isolante diélectrique, puis d'une résistance chauffante. Cette résistance peut être alimentée par une alimentation électrique extérieure au microréacteur. Avantageusement, le microréacteur comporte également un ou plusieurs capteurs de température permettant le contrôle thermique de l'ensemble du microréacteur. Ces capteurs de température sont connus en tant que tels. II peut s'agir notamment de résistances métalliques reliées à un dispositif de mesure extérieur. Des orifices traversants également placés de part et d'autre de la plaque chauffante garantissent la circulation des fluides au travers de l'empilement. En raison de l'usinage précis du silicium, il est possible d'assembler les plaques par simple pression, et non pas par soudage. Afin d'assurer le maintien de l'empilement et de minimiser les fuites thermiques par convection, un boîtier extérieur peut être prévu, par exemple sous forme de deux plaques extérieures formant une presse. Ces plaques extérieures du boîtier sont de préférence réalisées dans un matériau thermiquement isolant, par exemple en céramique de verre usinable, telle que celle commercialisée sous la dénomination de Macor .

De préférence, aucune chambre de réaction n'est accessible par les faces latérales du bloc parallélépipédique que constitue l'empilement, à l'exception des orifices d'entrée et de sortie du microréacteur.

Avantageusement, le microréacteur décrit peut être fabriqué à partir de produits et des technologies mises au point dans le domaine de la microélectronique. Aussi, selon un autre aspect, l'invention vise un procédé de préparation d'un microréacteur, comportant les étapes de : a) fourniture d'une pluralité de plaques en silicium ; b) usinage des plaques pour former des évidements destinés à former les microcanaux et les accès microfluidiques vers les microcanaux et vers les plaques adjacentes ; c) dépôt d'une résistance électrique et d'au moins un capteur de température sur au moins une des plaques ; d) assemblage des plaques en empilement pour former un microréacteur ; et e) mise en contact de la résistance électrique et des capteurs de température fournie avec une alimentation électrique. De préférence, l'étape b) est réalisée par microgravure.

Ainsi, les plaques de silicium, notamment monocristallin, sont disponibles à faible coût sur le marché, pour des applications en microélectronique. Différentes techniques de microstructuration de plaques de silicium sont connues. Parmi celles-ci, la gravure sèche par plasma est aujourd'hui particulièrement intéressante, car elle permet l'obtention de motifs d'une haute définition et anisotropes. Cette technique est classique en microélectronique, parfaitement connue de l'homme du métier. Elle est mise en oeuvre comme suit. En partant d'une plaque de silicium standard, polie en face avant, on vient graver les microcanaux par gravure sèche (gravure plasma). Pour ce faire, une étape de photolithographie est nécessaire.

On dépose donc une couche de résine photosensible sur le substrat de silicium ; on effectue une étape d'insolation de cette résine aux UV ; on passe dans un bain révélateur ce qui permet d'ouvrir les endroits où l'on veut graver les microcanaux. Les plaques sont alors structurées de manière à présenter de façon intégrée, sur chaque plaque, des moyens assurant la liaison microfluidique entre les microcanaux et entre par exemple les plaques. Les parties sur la face supérieure du substrat de silicium n'ayant pas subi le plasma de gravure restent à l'état de surface initial. Dans le cas d'une plaque polie optique, ces parties seront polies optiques.

Les parties ayant subi le plasma, par exemple celles qui représentent les trois côtés intérieurs du microcanal, présenteront une rugosité de surface plus élevée, généralement de l'ordre de 70 nm. Avantageusement, les plaques de silicium ne sont pas soumises à un polissage après la structuration par gravure. En effet, cette rugosité peut être favorable pour la réaction et le polissage entraînerait un surcoût dans le procédé de fabrication. Selon un mode de réalisation préféré, on dépose sur les plaques de silicium métallique une couche d'oxyde qui sert de support de catalyse pour toutes les plaques gravées, et qui sert en même temps d'isolation électrique des résistances chauffantes métalliques et des capteurs thermiques disposés sur la plaque chauffante centrale. Cette couche peut être le dioxyde de silicium, ou un oxyde métallique comme le dioxyde de titane ou de zirconium, ou l'alumine (AI2O3). Cette couche d'oxyde peut être déposée notamment par les techniques d'oxydation thermique classiques utilisées en microélectronique. Le dioxyde de silicium (SiO2) est préféré car il est disponible et économique, et en raison du fait qu'il permet une croissance collective sur plusieurs plaques. Il peut également être envisagé de déposer l'oxyde par d'autres techniques, notamment par PECVD (dépôt chimique en phase vapeur sous pression). Cette dernière technique permet d'obtenir des dépôts d'oxyde plus épais car la vitesse de croissance est plus importante que dans les procédés thermiques habituels. Par ailleurs, la structure du dépôt a un caractère spongieux prononcé. En effet, la présence d'une telle couche s'est révélée très avantageuse en terme d'efficacité catalytique dans la dégradation de COV. Sans vouloir être lié par une théorie quelconque, il est supposé que les COV s'adsorbent sur cette surface et réagissent alors plus facilement avec l'oxygène adsorbée sur le catalyseur. La nature chimique du catalyseur dépend bien sûr de la réaction envisagée. Pour la décomposition de COV, le platine ou de palladium sont des catalyseurs particulièrement efficaces. Ces catalyseurs peuvent être déposés directement ou par le biais de précurseurs, 30 selon des techniques connues comme la technique sol-gel, le dépôt chimique à partir d'une phase vapeur, la voie électrochimique, la méthode de Langmuir-Blodgett (LB), et la plus fréquente, le dépôt à partir de poudres de catalyseurs et de liants en suspension (barbotine).

Selon le mode de préparation, le type de réaction ciblée et les conditions opératoires (systèmes stationnaires ou embarqués, réaction rapide à haute température ou lente à basse température, etc), l'épaisseur préférée de la couche de catalyseur peut varier. Une couche de catalyseur d'une épaisseur de 10 à 50 micromètres est généralement suffisante. Une sous-couche d'accrochage peut être avantageuse selon les matériaux et prétraitement du substrat. Avantageusement, le catalyseur est déposé par les techniques de métallisation classiquement utilisées en microélectronique, par exemple par évaporation thermique par canon à électrons.

Cette technique permet de déposer le catalyseur sur toute la face de la plaque exposée et pas seulement dans les endroits en contact avec les réactifs c'est-à-dire l'intérieur des canalisations. Les deux faces de la plaque sont ainsi revêtues de catalyseur. Les moyens de chauffage peuvent être avantageusement réalisés sous forme de dépôt métallique sur une plaque de silicium. Les plaques ainsi préparées sont ensuite assemblées simplement par pression, en prenant soin d'aligner correctement les plaques à l'aide de butées escamotables. De manière préférée, le réacteur est usiné de manière telle qu'il peut être assemblé de manière étanche sans moyens supplémentaires. Cependant, dans certaines applications particulières, il peut être intéressant de déposer un cordon de colle autour des plaques empilées afin d'améliorer encore la résistance et l'étanchéité de l'assemblage. Enfin, selon un dernier aspect, l'invention vise l'utilisation d'un microréacteur tel que décrit pour la décomposition catalytique de COV.

L'invention sera décrite ci-après plus en détail, au moyen des exemples qui suivent et des figures en annexe, lesquelles montrent Fig. 1 une vue schématique en perspective d'un microréacteur selon un mode de réalisation de l'invention ; Fig. 2 une vue en coupe selon la ligne A-A' du microréacteur illustré à la figure 1 ; Fig. 3 une vue de dessus d'une plaque d'un microréacteur selon un mode de réalisation de l'invention ; Fig. 4 une vue en coupe selon la ligne B-B' du microréacteur illustré à la figure 1 ; Fig. 5 une vue en coupe d'une plaque en cours d'élaboration ; Fig. 6 une vue en coupe d'une plaque en cours d'élaboration ; Fig. 7 une vue schématique d'une résistance formant moyen de chauffage ; et Fig. 8 une vue schématique d'un microréacteur selon un mode de réalisation de l'invention inséré dans un boîtier.

A la figure 1 est illustré un microréacteur (1) selon un mode de réalisation de l'invention comprenant un empilement de plusieurs plaques (2) délimité par une plaque 10 supérieure (4) et une plaque inférieure (5). Au coeur de l'empilement est placée une plaque (3) comportant une source chauffante et un ou plusieurs capteurs de température permettant la commande et le contrôle en température du microréacteur. Les dimensions latérales des plaques (2) sont typiquement 2 à 20 centimètres. Le microréacteur comporte par ailleurs deux orifices (6) et (7) permettant l'entrée 15 et la sortie des fluides. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 1, les orifices d'entrée (6) et de sortie (7) sont pratiqués dans la plaque supérieure (4) du microréacteur. Les plaques (2) inférieures, à l'exception de la plaque inférieure (5), comporte avantageusement des ouvertures (13, 14) permettant la circulation des fluides entre plaques. La plaque inférieure (5) ne contient de préférence pas de chambre de 20 réaction et permet la délimitation des connexions fluidiques inférieures du microréacteur. Les plaques (2) sont en silicium et avantageusement en silicium monocristallin. Outre les propriétés avantageuses du silicium en termes de conduction thermique et de compatibilité avec la plupart des matériaux servant de support de catalyse, le silicium 25 peut être usiné au moyen des technologies mises au point dans la microélectronique. A la figure 2 est une vue du microréacteur illustré de la figure 1 en coupe opérée selon la ligne AA'. On y voit que les plaques (2) empilées formant le microréacteur (1) comportent, ici sur la face supérieure, des rainures formant des microcanaux parallèles (8). Ces microcanaux forment avec la surface arrière de la plaque supérieure des 30 chambres de réaction. La largeur, profondeur et l'espacement des microcanaux définissent le volume des chambres de réaction du microréacteur. Leur dimension n'est pas particulièrement limitée.

Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, les microcanaux sont de section carrée, linéaires et parallèles. Il est également préféré que leur largeur (10) soit identique à la distance (11) qui les sépare, comme le montre la figure 2. La profondeur (12) des canaux est de l'ordre de leur largeur (10). Cette profondeur peut varier par exemple de 50pm à 250pm, selon notamment le rendement attendu de la réaction conduite dans le microréacteur. La fabrication du réacteur est aisée. Les plaques (2) peuvent être fabriquées notamment à partir de substrats de silicium disponibles dans le commerce pour des applications en microélectronique. Ces substrats de silicium ont généralement une épaisseur de l'ordre de 500 à 600pm, selon leurs dimension (10 à 15 cm,

.). Cette épaisseur est suffisante pour assurer la résistance mécanique du microréacteur (1). Les microcanaux (8) peuvent être définis dans les substrats notamment par gravure sèche plasma selon le procédé Bosch décrit plus en détail dans l'ouvrage de Laermert and P. Schilp Method of anisotropically etching silicon et le brevet US 5,501,893. Ce procédé présente l'avantage d'assurer la verticalité des flancs des microcanaux. Au milieu de l'empilement est disposé la plaque (3) portant les moyens de chauffage (17). Un mode de réalisation préféré de moyens de chauffage est décrit plus en détail à la figure 7. La figure 3 est une vue de dessus d'une plaque (2) du microréacteur illustré à la figure 1. La plaque (2) comporte aux extrémités des orifices traversants (13 et 14) permettant l'entrée et la sortie des fluides engagés dans la réaction. Les orifices traversants (13, 14) sont respectivement en contact avec les sections d'entrée et de sortie d'au moins un microcanal. Lorsque le microréacteur est conçu en mode parallèle, chaque microcanal (8) forme une chambre de réaction ayant la longueur de la plaque. Les orifices traversants sont alors reliés avec les sections d'entrée et de sortie de chaque microcanal. En variante, plusieurs microréacteurs complets peuvent être placés en parallèle, reliés entre eux par les entrées et les sorties. Selon un mode de réalisation préféré, les orifices sont en contact avec les sections d'entrée et de sortie de chaque microcanal (8). Les microcanaux d'une même plaque sont ainsi alimentés simultanément, ce qui contribue à favoriser la cinétique de réaction. 2918584 tt La figure 4 illustre une vue en coupe le long de la ligne BB' du microréacteur montré à la figure 1, et montre en particulier la répartition des orifices traversants (13, 14). Les fluides sont introduits par l'orifice principal (6) de la plaque supérieure (4) et 5 circulent au niveau d'une plaque au moyen des microcanaux (8) et entre plaques (2) au moyen des orifices traversants (13, 14) avant de sortir du microréacteur (1) par l'orifice de sortie (7, non illustré ici). Dans l'empilement des plaques (2), les plaques sont positionnées en quinconce de sorte que les orifices traversants (13) d'une plaque débouchent sur les orifices 10 traversants (14) des deux plaques adjacentes et vice-versa. La figure 5 illustre une vue en coupe d'une plaque (2) destinée à former un microréacteur selon un mode de réalisation de l'invention en cours d'élaboration. Les plaques de silicium sont tout d'abord structurées afin d'y former les microcanaux (8). De préférence, elles sont ensuite recouvertes sur les deux faces d'une 15 couche isolante diélectrique (15), par exemple en l'oxyde de silicium. La couche isolante diélectrique (15) peut être déposée par une quelconque des techniques connues à cet effet, notamment par dépôt chimique en phase vapeur. Lorsqu'il s'agit de dioxyde de silicium, elle peut aisément être formée par oxydation thermique du silicium. 20 Comme illustré à la figure 6, les plaques microstructurées (2) sont ensuite recouvertes sur les deux faces du matériau catalytique (9). Pour une application telle que celle visée en particulier, à savoir l'oxydation de COV, le matériau catalytique (9) est généralement un métal, et tout particulièrement le platine. L'épaisseur de la couche catalytique n'est pas particulièrement limitée, si ce n'est par des considérations 25 économiques. Typiquement, elle a une épaisseur de 10 à 2000 Â. Le matériau catalytique (9) peut être déposé par l'un des procédés connus. Lorsqu'il s'agit d'un métal, les techniques de métallisation par évaporation thermique sont préférées car elles permettent le dépôt de la couche catalytique simultané sur un nombre important de substrats, contrairement aux techniques d'imprégnation. 30 La figure 7 illustre une vue schématique d'une résistance formant moyen de chauffage selon un mode de réalisation de l'invention. Le moyen de chauffage est ici réalisé sous forme d'une plaque chauffante (3) est destinée à être insérée dans l'empilement des plaques microstructurées (2) selon le schéma de la figure 1...DTD: La source de chaleur est distribuée de manière régulière dans la zone médiane du réacteur qui permet d'assurer une température homogène dans l'ensemble des chambres de réaction. La puissance de la plaque chauffante est généralement choisie de manière à maintenir le microréacteur (1) à la température de la réaction lorsque les fluides entrant sont déjà à la température de réaction. La plaque est de préférence en silicium, afin d'assurer au maximum la compatibilité avec les autres plaques du microréacteur, notamment au niveau des propriétés thermomécaniques.

La plaque chauffante (3) contient deux d'éléments : l'élément chauffant (17) et au moins un, de préférence deux capteurs de température (18, 19). Tous les éléments sont avantageusement formés de résistances métalliques sous forme de serpentins. Les résistances peuvent être réalisées en métal, de préférence le métal mis en oeuvre comme matériau catalytique, tel que le platine. Pour l'élément chauffant (17), la longueur du film métallique est typiquement de quelques centimètres pour une largeur de quelques dizaines de microns ; pour le capteur de température, la longueur du film métallique est de quelques millimètres et la largeur est de quelques microns. Avantageusement, la plaque chauffante (3) présente les mêmes orifices traversants (13, 14) d'entrée et de sortie des fluides que les plaques microstructurées (2) contenant les canalisations. Selon un mode de réalisation préféré, la plaque chauffante (3) a les mêmes dimensions que les autres plaques microstructurées (2) sauf qu'elle a une dimension latérale supérieure. Cette zone de dépassement reçoit les plots de connexion électrique de la résistance chauffante (17) et des capteurs de température (18, 19).

A la figure 8 est illustré un microréacteur selon un mode de réalisation de l'invention inséré dans un boîtier formant une presse afin de maintenir le microréacteur. Ce boîtier comporte un étrier rigide en deux parties (21, 22), lequel peut être réalisé notamment en métal, par exemple en inox ou en durai. Le boîtier comprend par ailleurs une plaque de serrage (23), de préférence en matière isolante, par exemple en MacorO. Avantageusement, la plaque de serrage (23) est usinée de manière à minimiser les fuites thermiques par conduction, par exemple par un réseau de picots d'appui.

Afin d'uniformiser la pression de serrage, on peut placer en outre un jeu de joints toriques en matière compatible avec les températures réactionnelles, par exemple en Parofluor . Le boîtier selon la figure 8 comporte enfin une plaque d'appui pour le serrage (20) rigide, par exemplemétallique, une contre-plaque de serrage (24), de préférence en matière isolante, par exemple en Macor et usinée pour minimiser les fuites thermiques par conduction, par exemple comme la plaque de serrage (23) ainsi qu'un ensemble de dispositifs de serrage (25). Un jeu de deux butées (26 et 27) escamotables permet de réaliser lors du montage un alignement précis de l'empilement constituant le microréacteur (1). Les canalisations d'entrée (28) et de sortie (29) traversant le corps de l'étrier grâce aux perçages (30) et (31) assurent les connexions fluidiques au microréacteur (1). Elles peuvent être réalisées notamment au moyen d'un ciment réfractaire. Les connexions électriques (32) sur la résistance chauffante (17) et les capteurs de température (18, 19) sont avantageusement réalisées sur le débordement de la plaque chauffante (3) par rapport à l'empilement des plaques microstructurées (2) au moyen d'une colle conductrice ou d'un connecteur de type pince supportant de hautes températures. Le fonctionnement du microréacteur décrit est classique et connu de l'homme du métier. Le réacteur est chauffé au moyen d'une alimentation stabilisée en courant ou en tension appliquée sur la résistance chauffante (17) et la température est contrôlée grâce au suivi des valeurs des résistances électriques de (17), (18), et (19). A titre d'exemple, pour la température de fonctionnement de 300 +/-5 C, la puissance électrique injectée et dissipée est de 44W (V = 50V et I = 0,88A). Les composés gazeux à traiter, tels que les COV, sont introduits dans le microréacteur par l'orifice d'entrée (6). Le flux gazeux circule dans les microcanaux (8) de la plaque supérieure avant de passer au moyen des orifices traversants (13, 14) aux autres plaques de l'empilement. Les microcanaux forment des chambres de réaction dans lesquelles les COV sont dégradés par oxydation catalytique au contact avec le revêtement catalytique. Les gaz résultants de la réaction catalytique, essentiellement inoffensifs, sont déchargés du microréacteur par l'orifice de sortie (7).

Le microréacteur décrit permet de réaliser une oxydation catalytique avec un taux de conversion très satisfaisant. Le microréacteur ainsi constitué est modulable et démontable et ainsi d'un entretien facile, et permet notamment un renouvellement aisé du catalyseur épuisé. Le microréacteur est par ailleurs compact et autonome et permet le traitement de COV dans des espaces confinés.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1.- Microréacteur (1) composé d'un empilement d'une pluralité de plaques de silicium (2), lesdites plaques comportant des évidements, lesquelles forment dans l'empilement des microcanaux (8), lesdits microcanaux des différentes plaques empilées étant en liaison microfluidique les uns avec les autres, caractérisé en ce que sur les parois des microcanaux (8) est disposé un catalyseur et en ce que le microréacteur comprend au moins un moyen de chauffage (17) et au moins un moyen de contrôle de la température (18).

2. Microréacteur selon la revendication 1, dans lequel le moyen de chauffage (17) est réalisé sous la forme d'une résistance électrique disposée sur une plaque de silicium.

3. Microréacteur selon la revendication 2, dans lequel la plaque portant le moyen de chauffage (17) est disposée au centre de l'empilement de plaques (2) formant le microréacteur.

4. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le moyen de contrôle de la température (18) est un capteur de température.

5. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les 25 plaques (2) de silicium ne sont pas solidaires les unes avec les autres.

6. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il est thermiquement isolé. 30

7. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel le catalyseur disposé dans les microcanaux est un métal.

8. Microréacteur selon la revendication 7, dans lequel le catalyseur disposé dans les microcanaux est le platine. 35

9. Microréacteur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le catalyseur est supporté sur une couche d'oxyde de silicium.

10. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel sont directement intégrés sur les plaques (2), les accès microfluidiques (13, 14) vers les microcanaux et vers les plaques adjacentes.

11. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les plaques comportent chacune des microcanaux, des accès microfluidiques vers les microcanaux et vers les plaques adjacentes.

12. Microréacteur selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le microréacteur est maintenu dans un boîtier formant presse.

13. Procédé de préparation d'un microréacteur selon l'une des revendications 1 à 12, comportant les étapes de : a) fourniture d'une pluralité de plaques en silicium ; b) usinage des plaques pour former des évidements destinés à former les microcanaux et les accès microfluidiques vers les microcanaux et vers les plaques adjacentes ; c) dépôt d'une résistance électrique et d'au moins un capteur de température sur au moins une des plaques ; d) assemblage des plaques en empilement pour former un microréacteur ; et e) mise en contact de la résistance électrique et des capteurs de température fournie avec une alimentation électrique.

14. Procédé de préparation d'un microréacteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape b) est réalisée par microgravure.

15. Utilisation d'un microréacteur selon l'une des revendications 1 à 12 pour la décomposition catalytique de COV.