2FAST : Laboratoire fluidique autonome pour le déploiement accéléré de procédés de synthèse de matériaux à propriétés contrôlées
Pilote : Sophie CHARTON
CEA MARCOULE/ISEC
Mots clés : Microfluidique, particules solides, synthèse accélérée, mesures en ligne/in situ/en temps réel
La mise en œuvre de synthèse chimique en conditions continue et miniaturisée (microfluidique, chimie en flux, etc.) est la clé de l’intensification des procédés et la promesse d’une maîtrise exceptionnelle des conditions opératoires. Associées aux environnements maitrisés et parfaitement reproductibles offerts par les outils fluidiques miniaturisés, la recherche et la découverte en chimie des matériaux peuvent désormais largement bénéficier des développements numériques récents.
L’optimisation de la meilleure voie de synthèse peut s’appuyer sur des bases de données et des mesures en ligne, ou in situ, qui à leur tour alimentent les bases de données. Cependant, contrairement à la mesure de composition chimique, les méthodes et instruments nécessaires à la caractérisation complète des nano/micro-matériaux sont coûteux et fastidieux à mettre en œuvre, ce qui les limite à quelques laboratoires de recherche. De plus, il n’existe pas de voie universelle pour développer un procédé chimique continu. La R&D est souvent coûteuse, les solvants et matériaux pas toujours anodins pour l’environnement. L’agilité et la frugalité sont donc primordiales.
Dans ce projet, nous exploiterons pleinement le potentiel offert par la numérisation dans des laboratoires microfluidiques dits orchestrés.
Grâce à la fédération d’acteurs majeurs dans le domaine de la fluidique miniaturisée, qui possèdent un haut degré d’expertise dans :
- la conception et la fabrication de puces,
- leur fonctionnement en conditions sévères,
- la mise en œuvre de techniques analytiques ;
et grâce aux avancées récentes des méthodes d’apprentissage automatique en science des matériaux, nous co-développerons et assemblerons des puces microfluidiques interopérables pour la synthèse de matériaux à propriétés contrôlées. La pertinence de ces plateformes automatisées sera démontrée avec la synthèse de matériaux métalliques 0D (à chimie rapide), de matériaux minéraux 2D (synthétisés à haute pression et température) et à terme de matériaux hybrides tels que les MOFs, depuis les conditions ambiantes jusqu’aux conditions solvo/hydrothermales, avec contrôle en temps réel et rétroaction intelligente.
Le projet fournira en outre des données de haute qualité, nécessaires pour modéliser les propriétés de ces matériaux et pour fournir une compréhension du rôle joué par l’environnement chimique et pour la recherche des conditions de synthèse optimales.