A l’issue de notre intégration au sein de l’IPGG, les défis à relever concernaient la fabrication de dispositifs micro-fluidiques résistants reposant sur nos compétences liées aux interactions plasmas/matériaux (adhésion, patterning hydrophile/hydrophobe dans des canaux microstructurés pour le contrôle d’émulsions simples/doubles). Très rapidement, nous nous sommes donnés comme autre défi l’ambition de développer des réacteurs chimiques milli ou micro-structurés intégrant la technologie plasma. Après deux années de travaux, nous avons démontré qu’il était possible d’intégrer les plasmas en systèmes miniaturisés, et de réaliser des réactions de synthèse chimique sans catalyseur et sans solvant grâce à la manipulation contrôlée d’espèces radicalaires de haute énergie. La thèse de Mengxue Zhang (bourse IPGG 2013-2016) a permis de mettre au point un procédé de fabrication de réacteurs milli-microfluidiques diphasiques gaz/liquide capables de générer des plasmas non thermiques à pression atmosphérique dans le but de créer des réactions radicalaires contrôlées. Ce travail hautement original est à notre connaissance une première dans la communauté scientifique « Plasma » qui a fait l’objet d’un dépôt de brevet européen en 2015 (EP15306987.7, date de priorité : 11 décembre 2015).
Au cours de la thèse de Julien Wengler (2015- 2018) (Co-direction : Professeur Louis Fensterbank, Sorbonne Université), nous avons testé la réactivité du cyclohexane, pris comme composé modèle des alcanes et démontré qu’en variant la nature de la phase gazeuse, la géométrie du micro-réacteur et les paramètres opératoires du procédé plasma, nous pouvions contrôler la sélectivité du procédé de fonctionnalisation (oxydation, deshydrogénation) de molécules simples, celles-ci pouvant atteindre près de 80 %. Ces travaux ne peuvent être encore publiés car ils font l’objet du dépôt d’un deuxième brevet.
Ces résultats remarquables ouvrent des perspectives très prometteuses pour développer de nouvelles voies de synthèses plus propres limitant le nombre d’étapes et les consommations en solvant et en catalyseurs et contribueront fortement à la stratégie de valorisation engagée par l’équipe.
De façon générale, cette thématique issue de notre implication dans l’IPGG s’inscrit dans le développement de nouveaux outils pour la « flow chemistry », qui connaît actuellement un développement exponentiel, en proposant des voies d’activation innovantes. Ainsi, dans les 5 ans à venir, nous avons pour ambition d’être un acteur majeur dans le développement de réacteurs chimiques milli ou micro-structurés à flux continu, intégrant une source d’activation inédite basée sur la technologie plasma.