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TIPs - Physique des fluides [TIPs - Fluid Physics] (TIPs - FLUIDs)
Faculté des Sciences appliquées - école polytechnique / Brussels School of Engineering (Faculty of Applied Sciences) - Chimie et Science des matériaux (unité ULB699)

Au Service TIPs (Transferts, Interfaces et Procédés) de l'ULB, les recherches en cours ont pour but principal de développer de nouvelles méthodes théoriques, numériques et expérimentales, permettant de comprendre et de prédire le comportement de systèmes multiphasiques, et de concevoir ou d'optimiser des procédés industriels de transformation de la matière (minérale, organique, biologique) et de l'énergie. Ces recherches s'articulent essentiellement autour de sept grands thèmes: le mélange, les transferts de matière gaz-liquide, la dynamique des interfaces fluides et leurs instabilités, le mouillage, les milieux poreux, le transfert de chaleur et les changements de phase (évaporation, cristallisation, ...). Le Service est structuré en deux Unités de Recherche complémentaires : l'Unité de Physique des Fluides et l'Unité de Génie Chimique. L'Unité de Physique des Fluides collabore avec de nombreux partenaires scientifiques et industriels en Belgique, en Europe, aux Etats-Unis, en Israël et au Canada, dans le cadre de plusieurs réseaux financés par la Commission Européenne ou par l'Agence Spatiale Européenne, et grâce également aux financements nationaux (BELSPO, FNRS, Régions Bruxelloise et Wallonne). Les thématiques de recherche s'articulent autour de questions principalement fondamentales et/ou génériques, c'est-à-dire communes à de nombreux processus naturels ou industriels. Les problèmes étudiés font le plus souvent intervenir des notions de dynamique non-linéaire, de chimie physique (équilibre et non-équilibre), de mécanique statistique, de phénomènes de transport, de mathématiques appliquées, ... Les outils utilisés sont soit théoriques (études de stabilité, lois d'échelles, techniques asymptotiques, ...), soit numériques (codes commerciaux ou 'maison'), soit expérimentaux (visualisation de comportements des fluides par interférométrie, Schlieren, thermographie infrarouge, ...). [At the TIPs (Transfers, Interfaces and Processes) Department of ULB, the main goal of the ongoing research is to develop new theoretical, numerical and experimental methods allowing to understand and predict the behavior of multiphase systems, and to design or optimize industrial processes dedicated to the transformation of matter (mineral, organic or biological) and energy. There are essentially six main research themes : mixing, gas-liquid mass transfer, dynamics of interfaces and their instabilities, wetting, porous media, heat transfer and phase change (evaporation, crystallization, ...). The Department is made of two complementary research units : the Fluid Physics Unit and the Chemical Engineering Unit. The Fluid Physics Unit collaborates with a number of scientific and industrial partners in Belgium, Europe, USA, Israel and Canada, in the frame of several networks funded by the European Commission or by the European Space Agency, and also thanks to support at National level (BELSPO, FNRS, Brussels and Walloon Regions). The team investigates mostly fundamental and/or generic questions, i.e. common to several natural or industrial processes. Studied problems most often involve notions of nonlinear dynamics, physical chemistry (equilibrium and non-equilibrium), statistical mechanics, transport phenomena, applied mathematics, ... The used tools are either theoretical (stability analyses, scaling laws, asymptotic techniques, ...), numerical (commercial or 'home-made' software), or experimental (fluid behavior visualization by interferometry, Schlieren, infrared thermography, ...).]



coordonnées / contact details


TIPs - Physique des fluides [TIPs - Fluid Physics]
tel +32-2-650.35.61 / 29.16, fax +32-2-650.29.10, pcolinet@ulb.ac.be
http://tips.ulb.ac.be/
Campus du Solbosch, Solbosch, square groupe G, bâtiment U, porte B, 5ème étage
CP165/67, avenue F.D. Roosevelt 50, 1050 Bruxelles

Pour en savoir plus, consultez le site web de l'unité.



responsable / head


Prof. Pierre COLINET


composition / members


Hervé BAUDINE Frédéric DEBASTE Sam DEHAECK Sélim DOUIEB Carinne HANON Benoît HAUT Imre HORVATH Juthamas KAMRAK David MIKAELIAN Alexey REDNIKOV Nacer SADOUN Benoit SCHEID Alessia SIMONINI Benjamin SOBAC Nathalie TARCHICHI Loannis TSOUMPAS Christophe WYLOCK Iwona ZIEMECKA


projets / projects


Convection et échange de matière aux interfaces (ESA MAP-CIMEX) [Convection and Interfacial Mass Exchange (ESA MAP-CIMEX)]
Ce programme de recherche MAP (Microgravity Application Promotion) financé par l'Agence Spatiale Européenne et la Politique Scientifique Fédérale étudie les phénomènes de changement de phase et de transfert de matière à travers les interfaces liquide-gaz et liquide-liquide, ainsi que leur couplage avec les mouvements des fluides générés par la gravité et/ou la tension superficielle. Bien que l'essentiel de la recherche concerne l'évaporation, avec des applications en technologies de transfert de chaleur (refroidissement de composants électroniques) d'autres transferts sont également étudiés tels que l'absorption de gaz ou l'extraction de solvant, pour lesquels de nombreuses applications existent en Génie Chimique. En plus des études théoriques et numériques, des expériences sont réalisées non seulement en laboratoire, mais aussi en conditions de pesanteur réduite (vols paraboliques, fusée-sonde, satellites, station spatiale internationale). [This MAP (Microgravity Application Promotion) research program, funded by the European Space Agency and the Belgian Science Policy, studies phase change phenomena and mass transfer through liquid-gas and liquid-liquid interfaces, as well as their coupling with fluid motions induced by gravity and/or surface tension. While most of the research is on evaporation, with applications in heat transfer technologies (cooling of electronic components), other transfer phenomena are also studied such as gas absorption or solvant extraction, for which numerous applications exist in the field of chemical engineering. In addition to theoretical and numerical studies, experiments are realized, both in the laboratory and in reduced-gravity conditions (parabolic flights, sounding rockets, satellites, international space station). ]

Action de Recherches Concertées ARCHIMEDES (Advanced Research Center on Hydrodynamic Instabilities and Mass Exchange During Evaporation and Solidification, CFWB-ARC 04/09-308) [Collective Research Initiatives ARCHIMEDES (Advanced Research Center on Hydrodynamic Instabilities and Mass Exchange During Evaporation and Solidification, CFWB-ARC 04/09-308)]
Cette Action de Recherche Concertée 2004-09, financée par la Communauté Française de Belgique, a pour but de développer les synergies et les compétences nécessaires à la mise sur pied d'un centre d'excellence multi-disciplinaire, pour la modélisation théorique et expérimentale de l'évaporation, de la solidification, des réactions chimiques interfaciales, et des instabilités hydrodynamiques associées. Les cinq axes de recherche abordés sont : i) la turbulence interfaciale et l'échange de matière entre phases; ii) l'évaporation de films minces en écoulement et les effets microscopiques; iii) l'évaporation et les écoulements poly-phasiques en milieu poreux; iv) la solidification et le polymorphisme cristallin; v) les instabilités de digitation des interfaces. Un dernier axe de recherche est aussi consacré à la mise au point et à l'implémentation, sur les expériences prévues, de techniques optiques de pointe basées notamment sur l'holographie digitale. [This Concerted Research Action 2004-09, funded by CFWB (Communauté Française de Belgique), aims to develop synergies and competencies necessary to set-up a multi-disciplinary excellence center, devoted to the theoretical and experimental modeling of evaporation, solidification, interfacial chemical reactions, and associated hydrodynamic instabilities. The five considered research axes are : i) interfacial turbulence and mass transfer between phases; ii) evaporation of flowing thin films and microscopic effects; iii) evaporation and multiphase fluid flows in porous media; iv) solidification and cristallographic polymorphism; v) fingering instabilities of interfaces. A last research axis is also dedicated to the set-up and implementation on the foreseen experiments, of modern optical techniques, e.g. based on digital holography.]

Ebullition, transfert de chaleur et gestion des liquides - Influence de la gravité et des champs électrostatiques (ESA MAP-BOILING) [Boiling, heat transfer and fluids management - Gravity and electrostatic fields influence (ESA MAP-BOILING)]
Ce programme de recherches MAP (Microgravity Application Promotion) de l'Agence Spatiale Européenne associe plusieurs équipes européennes afin d'étudier les aspects fondamentaux et appliqués du phénomène d'ébullition. Plusieurs expériences en microgravité sont prévues, ce qui permet une compréhension plus fine de phénomènes qui, sur terre, sont entièrement dominés par la gravité. Afin de préparer ces expériences, d'autres manipulations sont prévues en laboratoire, en plus d'études théoriques et numériques. En effet, un des buts généraux du projet est d'isoler les phénomènes de base intervenant en ébullition (p.ex. les phénomènes locaux près des lignes de contact, la nucléation, l'influence d'un écoulement, ...), et de les étudier de manière détaillée, afin d'optimiser les codes de simulation destinés à la modélisation du phénomène global et la prédiction des coefficients de transfert d'énergie. [This MAP (Microgravity Application Promotion) research program of the European Space Agency associates several european teams in order to study fundamental and applied aspects of the boiling process. Several microgravity experiments are foreseen, which will allow a deeper understanding of phenomena which, on earth, are generally dominated by buoyancy. In order to prepare these experiments, other investigations are foreseen in the laboratory, in addition to theoretical and numerical studies. Indeed, one of the general goals of the project is to isolate basic phenomena occurring during boiling (i.e. local processes taking place in the vicinity of contact lines, nucleation, forced flows, ...), and to study them in a detailed way, in order to optimize simulation codes dedicated to the modeling of the global process and to the prediction of heat transfer coefficients.]

Dynamique des films liquides minces et des interactions goutte-paroi (ESA-DOLFIN) [Dynamics of thin liquid films and drop-wall interactions (ESA-DOLFIN)]
Ce programme de recherche fondamental de l'Agence Spatiale Européenne associe plusieurs équipes européennes en vue d'étudier les phénomènes de base influençant le comportement de liquides en interaction avec des surfaces solides. Les situations physiques considérées incluent la dynamique de goutellettes projetées sur des cibles solides, la stabilité et la rupture de films minces et ultra-minces sur des substrats solides, et l'influence de changements de phase et/ou de nano-particules sur la dynamique des films minces. Outre la recherche théorique et numérique, des expériences seront réalisées au sol et éventuellement en microgravité, notamment en ce qui concerne le refroidissement par pulvérisation (spray cooling), et la stabilité de films minces sur des surfaces structurées. [This fundamental research programme of the European Space Agency associates several european teams in order to study basic phenomena influencing the behaviour of liquids interacting with solid surfaces. Considered physical situations include the dynamics of droplets projected on solid targets, the stability and rupture of thin and ultra-thin liquid films on solid substrates, and the influence of phase change and/or nano-particles on the dynamics of liquid films. In addition to theoretical and numerical research, experiments are realized on ground and possibly in microgravity, e.g. on spray cooling, and on the stability of thin films on structured surfaces.]

Etude numérique multi-échelle des caloducs à rainures (FRIA-CAPTERM) [Multiscale numerical study of grooved heat pipes (FRIA-CAPTERM)]
Dans le cadre d'une thèse de doctorat financée par le FRIA, l'étude de la dynamique de films minces de liquides volatils est appliquée à la prédiction des coefficients de transfert de chaleur des caloducs. L'étude microscopique, réalisée à l'ULB, concerne la prédiction des angles de contact apparents générés par l'évaporation, malgré le caractère parfaitement mouillant du couple fluide-solide utilisé. L'étude macroscopique, réalisée en collaboration avec CENAERO (Gosselies) et Euro Heat Pipes (Nivelles), vise à utiliser la méthode des éléments finis pour simuler les transferts thermiques radiaux dans un caloduc de géométrie donnée, en tenant compte des effets microscopiques dont l'influence est significative. Le but ultime est de coupler le code thermique ainsi développé avec le code purement hydraulique développé par CENAERO, et utilisé par des industriels tels que Euro Heat Pipes dans un but d'optimisation. [In the framework of a PhD thesis funded by FRIA, the study of the dynamics of thin films of volatile liquids is applied to the prediction of heat transfer coefficients of grooved heat pipes. The microscopic study, realized in ULB, concerns the prediction of apparent contact angles generated by evaporation, despite the fact that the liquid completely wets the solid substrate. The macroscopic study, realized in collaboration with CENAERO (Gosselies) and Euro Heat Pipes (Nivelles), aims to use the finite element method to simulate radial heat transfer in a heat pipe of given geometry, still taking into account microscopic effects whose influence cannot be neglected. The ultimate goal is to couple the thermal code developped in such a way with the purely hydraulic code developed by CENAERO, and used by industries such as Euro Heat Pipes for optimisation purposes.]

Ecoulements multi-échelles de fluides complexes et phénomènes interfaciaux (EU-FP7-MULTIFLOW) [Multiscale Complex Fluid Flows and Interfacial Phenomena (EU-FP7-MULTIFLOW)]
Le réseau Marie-Curie MULTIFLOW, financé par le 7ème Programme-Cadre de la Commission Européenne, a pour but principal la formation à la recherche de jeunes chercheurs, dans le domaine des écoulements complexes de fluides dans une grande gamme d'échelles de longueur allant du microscopique (quelques nanomètres) au macroscopique (quelques millimètres ou plus). Les fluides considérés peuvent également être complexes : solutions de polymères, de nanoparticules, colloides, cristaux liquides ... et les écoulements étudiés peuvent être influencés par de nombreux effets physico-chimiques : capillarité, changements de phase (évaporation, solidification, ...), mouillabilité, réactions chimiques, ... Le programme est articulé autour de questions fondamentales génériques, avec des applications dans de nombreux domaines technologiques : coatings, évaporateurs à film mince, refroidissement de composants électroniques, microfluidique, nanotechnologies, ... [The main objective of the Marie Curie network MULTIFLOW, funded by the 7th Framework Program of the European Commission, is to train young researchers in the field of complex flows of fluids, in a wide range of length scales from microscopic ones (some nanometers) to macroscopic ones (some millimeters or more). Considered fluids can also be complex : polymer solutions, nanofluids, colloidal solutions, liquid crystals, ... and the studied flows can also be influenced by numerous physico-chemical effects : capillarity, phase change (evaporation, solidification, ...), wetting, chemical reactions, ...The program is built around generic fundamental questions, with applications in several technological fields : coatings, thin-film evaporators, cooling of electronic components, microfluidics, nanotechnologies, ...]

Développement d'un logiciel multi-échelle de simulation des caloducs à rainures (First post-doc SIMUCAL, Région Wallonne) [Development of a multiscale simulation software for grooved heat pipes (First post-doc SIMUCAL, Walloon Region)]
Le but du projet SIMUCAL est de mettre au point un logiciel performant destiné à la conception, à l'optimisation et à la validation des caloducs à rainures. Cette étude s'effectuera grâce à une étroite collaboration entre le Service TIPs de l'ULB, le partenaire industriel EHP (Euro Heat Pipes, Nivelles), leader européen en ce qui concerne la technologie des caloducs, et CENAERO (Centre d'excellence en Aéronautique, Gosselies), partenaire privilégié en ce qui concerne les outils de conception et d'optimisation des produits d'EHP. D'autre part, l'Université Technique de Darmstadt est également associée au projet, en temps que partenaire scientifique. L'objectif principal du projet sera atteint par la combinaison de méthodes de modélisation mathématique et de techniques de simulation numérique avancée en mécanique des fluides. [The goal of the SIMUCAL project is to develop a powerful software dedicated to the design, the optimisation and the validation of grooved heat pipes. This study will be realized thanks to a close collaboration between the TIPs department of ULB, the industrial partner EHP (Euro Heat Pipes, Nivelles), european leader as far as heat pipe technology is concerned, and CENAERO (Centre d'excellence en Aéronautique, Gosselies), privileged partner of EHP for the design and optimisation of their products. On the other hand, the Technical University of Darmstadt is also associated to the project, as scientific partner. The main objective will be reached by a combination of mathematical modelling methods and advanced numerical simulation techniques for fluid dynamics.]

Ecoulements, interfaces et microfluidique (Brains Back To Brussels - Benoit Scheid - IRSIB) [Flows, Interfaces and Microfluidics (Brains Back To Brussels - Benoit Scheid - IRSIB)]
Ce projet a pour but de répondre à des questions scientifiques et technologiques liées aux problèmes d'écoulements visqueux avec interfaces rencontrés dans les systèmes microfluidiques multiphasiques. Les objectifs-clé du projet ainsi que les défis en technologie microfluidique sont les suivants: A) Comprendre la formation spontanée de structures dans les écoulements de films minces, avec pour but l'amélioration du transfert de matière et de chaleur dans les dispositifs à petite échelle. B.i) Comprendre le processus d'évaporation et les instabilités interfaciales dans le cas des écoulements confinés, afin d'améliorer l'efficacité des micro-échangeurs de chaleur. B.ii) Comprendre les mécanismes physico-chimiques donnant lieu a des structurations de surface, spécialement lors de l'évaporation de solutions de polymères, et ce dans le but d'améliorer les procédés de revêtement de surface, ainsi que le processus de pré-concentration d'échantillons destinés a l'utilisation des ''laboratoires-sur-puce''. C) Comprendre le mouvement des lignes de contact et de l'écoulement dans leur voisinage, afin d'optimiser le design des systèmes microfluidiques, comme par exemple la prévention d'impuretés ou de bulles gazeuses. [This project aims to answer scientific and technological questions in different interfacial viscous flow configurations applying to multiphase microfluidic devices. The key research objectives and breakthroughs to be achieved along with related technological issues in microfluidics to be addressed in the project are the following: (A) Understanding spontaneous pattern formation in thin film flow configurations for the purpose of heat/mass transfer enhancement in small scale devices. (B.i) Understanding the evaporation process and interfacial instabilities in confined environment in order to improve the efficiency of micro-heat exchangers. (B.ii) Understanding the physicochemical mechanisms responsible for surface structuring, specifically in evaporating polymer solutions for improvement of coating processes and in improvement of pre-concentration samples for microfluidic lab-on-chips. (C) Understanding both contact line motion and flow around pinned contact lines for the purpose of microfluidics system design and optimization as for instance the avoidance of impurities and gas bubbles.]

Déposition organisée de particules induite par l'effet Leidenfrost (FRFC - ODILE) [Organized Deposition Induced by the Leidenfrost Effect (FRFC - ODILE)]
Lorsqu'une gouttelette de liquide est déposée sur une surface plane dont la température excède la température de saturation du liquide, la goutte peut léviter à une distance bien définie de la surface à cause de la vaporisation violente du gaz. Ce phénomène est appelé effet Leidenfrost. Cet état non-mouillant rappelle le comportement d'une gouttelette qui roule sur une feuille de Lotus. Les surfaces naturelles ou artificielles peuvent montrer despropriétés superhydrophobes (surface fakir). Malgré cette analogie, la physique impliquée dans ce dernier cas est très différente de la goutte en Leidenfrost. Le but général du projet ODILE (Organized Deposition Induced by Leidenfrost Effect) est l'étude de gouttes en état Leidenfrost lorsque celles-ci sont composées de fluides complexes tels que des solutions polymères, colloïdales ou encore un mélange de solvant volatil et d'un solide qui cristallise (par exemple un sel). Comme les gouttes s'évaporent pendant leur lévitation, la solution devient de plus en plus concentrée donnant lieu à des transitionsde phase (transition vitreuse pour les polymères, réseau de particules pour les colloïdes, ou encore transition cristalline pour le sel). Ceci conduit à une diminution rapide du taux d'évaporation et mène la goutte à entrer en contact avec le substrat échauffé. La figure de la déposition obtenue après l'évaporation complète sera étudiée théoriquement et expérimentalement, que ce soit sur un substrat plat (déposition auto-organisation) ou sur un substratmicro-structuré (déposition organisée). La vibration verticale du substrat sera également étudiée. [When a liquid droplet is released on a flat surface whose temperature is much higher than the saturation temperature of the liquid, the droplet may 'levitate' at a well-defined distance from the surface due to the violent vaporization of the gas. This phenomenon is called Leidenfrost effect. Such non-wetting state reminds droplets that roll on Lotus leafs. Natural or artificial surfaces may show this superhydrophobic property, so-called 'fakir' effect. The physics involved in the latter case is very different from Leidenfrost effect. In this context, the general goal of the ODILE (Organized Deposition Induced by Leidenfrost Effect) project is to study Leidenfrost droplets made of complex fluids such as polymer solutions, colloidal suspensions or mixtures of a volatile solvent and a crystallizing solute (e.g. a salt). As the droplet evaporates during the levitation, the solute gets more concentrated, generally leading to a phase transition (glassy transition for the polymer, ordered arrays for the colloidal particles, or crystallization for the salt), inducing a rapid decrease of the evaporation rate and leading to contact of the droplets with the heated substrate. The deposition patterns obtained after complete vaporization will be studied theoretically and experimentally, both for flat substrates (self-organized deposition) and for micro-structured plates (shape-organized deposition). Vibrating the surface vertically will also be investigated, as a further way of influencing depositionpatterns via droplet bouncing.]

Microfluidics and micromanipulation: multi-scale applicationsof surface tension (BELSPO PAI Micro-MAST) [Microfluidics and micromanipulation: multi-scale applications of surface tension (BELSPO IAP Micro-MAST)]
The scientific objectives of this IAP network are driven by fundamental questions raised in microfluidics, interfacial science, and micromanipulation. The rational use of surface tension, surface stress and capillary effects in micromanipulation will be applied to a selected number of highly relevant case studies by the network partners, including capillary gripping, capillary filling, capillary alignment, capillary sealing, capillary self-assembly and droplet manipulation (incl. generation and transport). These fundamental questions can be grouped into three categories:1. Fluid statics and dynamics: How much force is applied on solids by menisci and micro-flows in a given geometry? What happens if the solid bends when subject to these forces? Are the interfaces stable and what if not? What is the effect of an electric field? How can the microscopic description of wetting be translated into an adequate boundary condition at the macroscopic level (e.g. contact angle and hysteresis)?2. Surface engineering: How does a contact line move on a rough surface? Can one pattern the surface microscopically to control this motion? How is the motion affected by evaporation, or by the presence of colloid particles in the liquid or at the interface? Do these particles interact with the micro-patterns on the surface? Can one create highly 3D patterns on the surface by using capillary forces (e.g. to bundle nanotubes)?3. Liquid engineering: How to measure the interfacial properties of complex liquids where apart from surface tension a surface viscoelastic response is present? How to infer macroscopic properties from the dynamics at the molecular scale? And how to engineer liquids and tailor them to the requirements arising from applications? Can one make a liquid that is biocompatible, and has a large surface tension and a low viscosity?The proposed multidisciplinary program (involving ULB, ULg, KULeuven, UMons and ESPCI ' Paris) combines forefront research in physics, material science, chemistry and engineering. Its main originality relies in the efforts to enhance the collaboration of the interfacial science, microfluidics and microengineering communities. [The scientific objectives of this IAP network are driven by fundamental questions raised in microfluidics, interfacial science, and micromanipulation. The rational use of surface tension, surface stress and capillary effects in micromanipulation will be applied to a selected number of highly relevant case studies by the network partners, including capillary gripping, capillary filling, capillary alignment, capillary sealing, capillary self-assembly and droplet manipulation (incl. generation and transport). These fundamental questions can be grouped into three categories:1. Fluid statics and dynamics: How much force is applied on solids by menisci and micro-flows in a given geometry? What happens if the solid bends when subject to these forces? Are the interfaces stable and what if not? What is the effect of an electric field? How can the microscopic description of wetting be translated into an adequate boundary condition at the macroscopic level (e.g. contact angle and hysteresis)?2. Surface engineering: How does a contact line move on a rough surface? Can one pattern the surface microscopically to control this motion? How is the motion affected by evaporation, or by the presence of colloid particles in the liquid or at the interface? Do these particles interact with the micro-patterns on the surface? Can one create highly 3D patterns on the surface by using capillary forces (e.g. to bundle nanotubes)?3. Liquid engineering: How to measure the interfacial properties of complex liquids where apart from surface tension a surface viscoelastic response is present? How to infer macroscopic properties from the dynamics at the molecular scale? And how to engineer liquids and tailor them to the requirements arising from applications? Can one make a liquid that is biocompatible, and has a large surface tension and a low viscosity?The proposed multidisciplinary program (involving ULB, ULg, KULeuven, UMons and ESPCI ' Paris) combines forefront research in physics, material science, chemistry and engineering. Its main originality relies in the efforts to enhance the collaboration of the interfacial science, microfluidics and microengineering communities.]

Les Générations d'Outils Milli/Micro Equipements pour le Développement et l'Industrialisation de Composés chimiques et biologiques (LEGOMEDIC) [Development of a milli/microfluidic continuous process for the characterization and the production of pharmaceutical compounds (LEGOMEDIC)]
Le projet LEGOMEDIC a pour objectif de développer et d'optimiser de façon holistique (technologie/design, matériaux, conditions opératoires) de nouveaux procédés microfluidiques intégrés et continus afin de produire des molécules d'intérêt pharmaceutique. La maîtrise de la microfluidique et des micro- et nanotechnologies appliquées au domaine de la santé, de la biochimie et de la chimie fine est de plus en plus une condition incontournable pour maintenir, dans ces secteurs industriels, des activités à forte valeur ajoutée et donc des emplois en Wallonie. La micro/nanofluidique (MRT/PI : Micro Reactor Technology/Process Intensification) a été identifiée par une étude prospective à long terme du MIT comme « une des dix technologies qui changeront le monde » (MIT Technology Review). Cette technologie progresse de manière exponentielle depuis plus de 10 ans, et la majorité des applications potentielles en chimie et biologie de la micro/nanofluidique est encore à venir. Par exemple, chacune des trois étapes majeures d'un procédé chimique (réaction, purification, génération du solide) a été étudiée séparément au niveau universitaire, mais il n'existe pas ou peu de procédés totalement intégrés et continus pour la production de nouvelles molécules chimiques. Ce « nouveau » concept d'intensification de procédé répond également aux nombreux problèmes relatifs à la montée en échelle (scale-up), en la substituant par la montée en nombre (number-up) autorisant ainsi de fortes diminutions tant des déchets (chimie verte) et risques chimiques (sécurité intrinsèque) que des coûts d'investissements et d'opérations. Dans ce contexte, le projet LEGOMEDIC financé dans le cadre des pôles MecaTech et BioWin du Plan Marshall 2.Vert de la région wallonne, est coordonné par la société UCB-Pharma et réunit 4 partenaires industriels et 4 partenaires universitaires, dont notre laboratoire. Celui-ci aura pour mission de développer un microcristalliseur adapté à une molécule chimique cible d'intérêt pharmaceutique. [The mastering of microfluidic technology applied to the fields of health, biochemistry and fine chemistry has become crucial for maintaining in these fields, high added-value activities and thus employment in Europe. Micro/nanofluidics (MRT/PI : Micro Reactor Technology/Process Intensification) has been identified by a prospective study of the MIT as « one of the ten technologies that will change the world » (MIT Technology Review). This technology has progressed exponentially for more than a decade, but the majority of potential applications in chemistry and biology is still to come. For instance, each of the three main stages of a chemical process (reaction, purification, solid generation) has been studied separately by many scientists, but it does not exist yet processes that are fully integrated and works in continuous for the production of new chemical molecules. This « new » concept of process intensification also solves problems related to the scale-up, relying instead on the number-up. It also allows for important waste reduction (green chemistry), it has higher intrinsic security than classical processes, and it allows for important lowering of the investment as well as the operating costs. In this context, the Walloon region has financed a four-year research consortium, called LEGOMEDIC, whose objectives are to develop and optimize new integrated and continuous milli/microfluidic processes in order to produce pharmaceutical molecules. This consortium is coordinated by the company UCB-Pharma and gathers 4 industrial partners and 4 academic partners. The role of the TIPs laboratory will be to develop a microcrystallizer for the production of a target chemical molecule.]

Développement d'un procédé microfluidique continu, à empreinte écologique minimale, pour la production de peroxyde d'hydrogène par synthèse directe (MICROECO) [Development of a microfluidic continuous process for the production of Hydrogen peroxide by direct synthesis (MICROECO)]
Ce projet a pour objectif de concevoir un dispositif microfluidique fonctionnant en régime continu et intégrant l'ensemble des opérations unitaires physico-chimiques nécessaires à la production de peroxyde d'hydrogène par synthèse directe. La micro/nanofluidique se révèle aujourd'hui comme un des domaines émergents les plus dynamiques aussi bien dans le monde des nanotechnologies que dans celui des sciences analytiques et des biotechnologies. La chimie connaît de la même manière des perspectives nouvelles suscitées par des objectifs de sécurisation, d'optimisation et de diversification des procédés et d'accélération du processus de développement de produits nouveaux. Si l'utilisation de microréacteurs a percé dans le domaine de la chimie fine et de la pharmacie au cours de la dernière décennie (voir projet LEGOMEDIC), il n'y a pas encore de cas concret d'application à la chimie plus lourde, comme pour le peroxyde d'hydrogène, dont les applications sont innombrables. Aujourd'hui, le peroxyde d'hydrogène est produit pour des raisons économiques dans de grands complexes chimiques et aucun procédé pratique n'a encore vu le jour qui permette une production sur site pour une grande gamme d'applications et en quantités demandées. La technologie microfluidique pourrait rendre possible un tel procédé à l'échelle industrielle. En effet, cette technologie permettrait d'éliminer le risque d'explosion et devrait limiter les hautes pressions de réaction nécessaires (50 à 100 bars) dans des réacteurs plus classiques, rendant ainsi le procédé par synthèse directe à la fois sécurisé et économique. Dans ce contexte, les régions wallonne et bruxelloise ont financé conjointement le projet MICROECO dans le cadre de l'appel WBGreen à partir du 1er février 2013. Ce projet est coordonné par notre laboratoire, en collaboration avec le laboratoire COS de l'université de Namur (FUNDP). Le rôle du TIPs est d'étudier et de développer les différentes opérations unitaires à l'échelle de la microfluidique, à savoir la microabsorption gas/liquide, le micromélange et la microséparation. Le rôle du laboratoire COS sera d'étudier la réaction catalytique en microcanaux. Le projet est également sponsorisé par la société Solvay dans le but de valoriser les résultats de la recherche. [The Walloon and Brussels regions have financed a four-year research project, called MICROECO, whose objectives are to develop and optimize a new integrated and continuous microfluidic process in order to produce hydrogen peroxide by direct synthesis. This project is coordinated by our laboratory (TIPs, Brussels) in association with the COS laboratory at Namur University (FUNDP). The role of the TIPs laboratory is to study and develop the different operation units involved in this microfluidic process, namely the micromixing of gases, the liquid/gas microabsorption, and the microseparation. The role of COS laboratory will be to study the microfluidic catalytic reaction. The project is also sponsored by Solvay company who will directly valorised the outcome of the research.]



publications





theses


Séverine Rossomme, ''Modélisation de l'évaporation des films liquides minces, y compris au voisinage des lignes de contact: application aux caloducs à rainures'', 2008

Benoit Scheid, ''Instabilities of non-uniformly heated falling liquid films'', 2004



collaborations


Dr Th. Cartage, Solvay s.a., Process Engineering, Bruxelles, Belgique

Dr J. Castillo, Artelis, Bruxelles, Belgique

Prof. A. Nepomnyashchy, Technion - Israel Institute of Technology, Department of Mathematics, Haïfa, Israël

Prof. M.G. Velarde, Universitad Complutense de Madrid, Instituto Pluridisciplinar, Madrid, Espagne

Prof. M. Bestehorn, Brandenburgische Technische Universität Cottbus, Lehrstuhl Theoretische Physik, Cottbus, ALLEMAGNE (REP.FED.)

Dr. Ch. Ruyer-Quil, UMR CNRS 7608, Laboratoire FAST, Orsay, France

Prof. S. Kalliadasis, Imperial College, Department of Chemical Engineering, Londres, Grande-Bretagne

Prof. A. De Wit, ULB, Service de Chimie Physique Non-linéaire, Bruxelles, Belgique

Profs P.C. Dauby et G. Lebon, Université de Liège, Thermodynamique des Phénomènes Irréversibles, Liège, Belgique

Dr Cécile Goffaux, CENAERO, Gosselies, Belgique

S. Van Oost et L. Barremaecker, Euro Heat Pipes, Nivelles, Belgique

Prof. L. Tadrist, Polytech'Marseille, IUSTI (Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels), Marseille, France

Prof. P. Stephan, Technische Universität Darmstadt, Chair of Technical Thermodynamics, Darmstadt, ALLEMAGNE (REP.FED.)

Dr O. Kabov, ULB, Microgravity Research Center, Bruxelles, Belgique

Prof. O. Lebaigue, CEA, GRETh, Grenoble, France

Prof. Ch. Ward, University of Toronto, Thermodynamics and Kinetics Laboratory, Toronto, Canada

Prof. H. Stone, Harvard University, SEAS, Cambridge, Boston, Etats-Unis (USA)

Dr D. Lakehal, ASCOMP s.a., Zurich, Suisse

Dr P. Goelff, AGC Flatglass Europe, R&D, Jumet, Belgique

Prof. G.P. Celata, Ente per le nuove technologie, l'Energia e l'Ambiente (ENEA), Fonti Rinnovabili e Cicli Energetici Innovativi, Rome, Italie

Dr E. Iacona, Ecole Centrale de Paris, Energétique moléculaire et macroscopique, Paris, France

Prof. P. Di Marco, Universita di Pisa, Dipartimento di Energetica, Pise, Italie

Prof. C. Tropea, Technical University of Darmstadt, Fachgebiet Strömungslehre und Aerodynamik, Darmstadt, ALLEMAGNE (REP.FED.)

Prof. D. Poulikakos, Swiss Federal Institute of Technology Zurich (ETH), Institute of Energy Technology, Zurich, Suisse

Prof. M. Adler, Université de Marne-la-Vallée, aboratoire de Physique des Matériaux Divisés et des Interfaces, Marne-la-Vallée, France

Prof. R. Narayanan, University of Florida, Department of Chemical Engineering, Gainesville, Etats-Unis (USA)

Prof. U. Thiele, Loughborough University, School of Mathematics, Loughborough, Grande-Bretagne

Prof. A. Oron, Technion - Israel Institute of Technology, Department of Mechanical Engineering, Haïfa, Israël

Prof. V. Starov, Loughborough University, Department of Chemical Engineering, Loughborough, Grande-Bretagne

Prof. V. Bontozoglou, University of Thessaly, Department of Mechanical Engineering, Volos, Grèce

Prof. I. Simanovskii, Technion - Israel Institute of Technology, Department of Mathematics, Haïfa, Israël

Drs L. Joannes and O. Dupont, Lambda-X s.a., Nivelles, Belgique

Prof. J.-M. Buchlin, Institut von Karman, Bruxelles, Belgique

Dr. P.-E. Just, Cansolv Technologies Inc, Montreal, Canada

Prof. B. Guerrier and F. Doumenc, UMR CNRS 7608, Laboratoire FAST, Orsay, France

Prof. N. Savva, Cardiff University, Cardiff, Grande-Bretagne

Profs Ph. Brunet and L. Limat, Université Paris VII - Diderot, Paris, France

Profs J. Snoeijer and D. Lohse, University of Twente, Enschede, Pays-Bas

Prof. P. Lambert, ULB - BEAMS, Bruxelles, Belgique

Prof. Jan Vermant, KULeuven, Leuven, Belgique

Profs S. Dorbolo, N. Vandewalle et T. Gilet, ULg, Liège, Belgique

Profs B. Puers and F. Ceyssens, KULeuven, Leuven, Belgique

Profs M. De Volder and D. Reynaerts, KULeuven, Leuven, Belgique

Prof. J. De Coninck, Dr D. Seveno and Dr R. Rioboo, UMons, Mons, Belgique

Profs J. Bico, B. Roman and E. Reyssat, ESPCI, PMMH, Paris, France



prix / awards


Prix Zeldovich 2002 - Pierre COLINET

Prix Ilya Prigogine de Thermodynamique 2005 - Benoit SCHEID

Vidéo sélectionnée pour la ''Gallery of Fluid Motion 2009'' par l'APS-DFD (American Physical Society - Division of Fluid Dynamics): ''Evaporating Cocktails'' - Pierre COLINET Sam DEHAECK Christophe WYLOCK

Boursier post-doctoral Marie Curie de la Commission Européenne, Universidad Complutense de Madrid, 1997-1999 - Pierre COLINET

Vidéo sélectionnée pour la ''Gallery of Fluid Motion 2013'' par l'APS-DFD (American Physical Society - Division of Fluid Dynamics) : ''Leidenfrost explosions'' (avec F. Moreau et S. Dorbolo, ULg) - Pierre COLINET



savoir-faire/équipements / know-how, equipment


Tensiométrie (mesure de tension superficielle et d'angle de contact), interférométrie, ombrographie, Schlieren, caméra infrarouge, microscope 3D confocal, caméra haute-vitesse, salle blanche, équipement pour la ''soft lithography''



mots clés pour non-spécialistes / keywords for non-specialists


changements de phase (évaporation et solidification) dynamique non-linéaire et auto-organisation films minces et lignes de contact instabilités hydrodynamiques micro- et nano-fluidique


disciplines et mots clés / disciplines and keywords


Analyse - gestion des transports Chimie des surfaces et des interfaces Chimie pharmaceutique Chimie - physique industrielle Environnement et pollution Génie chimique Mécanique appliquée générale Mécanique des fluides Physico-chimie générale Physique de l'état condense [struct., propr. thermiques, etc.] Physique des phénomènes non linéaires Progrès technologique Sociologie urbaine Technologie spatiale Thermodynamique appliquée Thermodynamique statistique Transfert de chaleur

absorption auto-organisation caléfaction caloduc capillarité chimie verte coalescence coatings code multi-échelle coefficient de transfert de chaleur condensation contrôle thermique couplage chimie-hydrodynamique cristallisation ebullition en film echangeurs de chaleur ecoulement multi-échelle ecoulements confinés elasto-capillarité electro-capillarité eléments finis evaporation films minces fluides complexes flux de chaleur critique gouttelettes gouttes hydrogen peroxide instabilités hydrodynamiques intensification de procédés interfaces laboratoire sur puce laboratoire-sur-puce lévitation acoustique ligne de contact lubrification microabsorption microcanaux microencapsulation microfluidique micro-fluidique digitale micro-génie chimique micromanipulation micro-manipulation micromélange microréacteurs microséparation milieux poreux miniaturisation modélisation numérique modélisation théorique et numérique montée en nombre mouillage nanoparticules nucléation optimisation polymères procédés continus pulvérisation réaction-diffusion refroidissement solidification structured surfaces structures capillaires surfactants tension superficielle thermocapillarité transfert de matière gaz-liquide turbulence interfaciale


codes technologiques DGTRE


Chimie physique Dynamique des gaz et des fluides, plasmas Ingénierie thermique, thermodynamique appliquée Recherche spatiale Techniques d'imagerie et traitement d'images