Le potentiel de la microfluidique au service de la transition de TotalEnergies

La microfluidique est la science et la technique de manipulation des fluides à l'échelle micrométrique. Dans notre vie de tous les jours, cette technologie est présente par exemple dans la tête d'imprimante à jet d'encre ou le test de grossesse urinaire… Spécialité de chercheurs du Pôle de recherche et d’études de Lacq (PERL), la microfluidique étudie les écoulements à petite échelle dans des réseaux de microcanaux de quelques micromètres de diamètre. Elle permet notamment de réaliser des sortes de « microprocesseurs » qui remplacent de coûteux instruments encombrants et qui nécessitent moins de matière. En général, manipuler à l'échelle micromètrique permet de travailler plus vite, moins cher, dans un environnement plus propre et plus sûr. Aussi, ce domaine de recherche s'inspirant de la nature, qui en maîtrise déjà parfaitement ces techniques, est aujourd'hui en plein essor. 

« La microfluidique est née dans les années 90 du détournement des techniques de microfabrication des puces semi-conducteurs de l'électronique» rappelle Enric Santanach Carreras 'Spécialiste Micromodèles' au sein du service Physico-Chimie et Analyse du PERL. « L'idée est de pouvoir graver, à volonté, un réseau de canaux à l'échelle de quelques dizaines ou centaines de microns. On va faire s'écouler dans ce réseau des volumes de fluides très faibles, inférieurs au microlitre. Comme la puce est transparente, on visualise l'écoulement : on peut ainsi mêler des mesures de paramètres physiques (pressions, débits, températures, etc…) à l'observation des phénomènes qui se produisent lors de l'écoulement (saturation, diffusion, différentes phases des fluides). Le design des 'puces' varie selon le phénomène que l'on veut étudier et sera conçu à façon. L'un des avantages est de pouvoir reproduire « à l'infini » ces phénomènes pour obtenir une grande statistique sur ce que l'on mesure ».

Une solution pour opérer en sécurité des projets de stockage de CO₂

Avec le chercheur, l’équipe du PERL a pour but d'accompagner TotalEnergies dans sa transition multi-énergies. Pour cela, elle est très impliquée à démontrer le potentiel de la microfluidique qui trouve diverses applications dans les activités de la Compagnie. Depuis mi-2019, leur expertise est par exemple appliquée au stockage de CO₂ en réservoir d’hydrocarbure épuisé, dit « déplété ». TotalEnergies est engagé de longue date sur le stockage de CO₂ qui est appelé à jouer un rôle majeur pour atteindre la neutralité carbone au cours de la seconde moitié du siècle. 

« Nos travaux pour le projet de recherche Stockage géologique du CO₂ portent sur la formation d'hydrates de CO₂ dans les puits aux températures très basses (~-30 à -40°C), engendrées par la détente du gaz dans ces réservoirs déplétés. C'est un enjeu majeur car la présence de ces hydrates peut entrainer une perte d'injectivité partielle ou totale du puits, pouvant aller jusqu'à un arrêt des opérations. Nous sommes déjà en mesure de réaliser des expérimentations à 200 bars et d'observer sous notre microscope le CO₂ dans son état 'supercritique', c’est-à-dire ni gazeux ni liquide. Nous pouvons donc cartographier les conditions ‘ Pression-Température’ à l'origine de la formation d'hydrates et trouver des stratégies pour les éviter lors de nos projets de stockage de CO₂ ! » 

Les chercheurs ne vont pas s’arrêter là, ils sont déjà lancés dans l’étape suivante consistant à être en capacité d'opérer à des pressions allant jusqu'à 300 bars et des températures de -40 °C à+150 °C…. « Nous disposerons alors des outils nécessaires pour élargir la gamme des travaux liés au CO₂ et à son stockage. Je pense en particulier au captage du CO₂ qui soulève de nombreuses questions et dont le rendement doit être augmenté, mais également à son électro réduction dans la perspective de convertir le CO₂ en produits utilisables comme matière première ! » se réjouit Enric.

Pour compléter :

• Vers la neutralité carbone : le stockage géologique de CO2 en vidéo
• Lutte contre les gaz à effet de serre : inauguration CCUS au PERL TotalEnergies

L’équipe microfluidique du PERL est à l’initiative de la fabrication d’un prototype de mesure de viscosité du sang en faveur de l’intérêt médical :

• Viscosité du sang : le PERL met au point un dispositif de mesure pour les hôpitaux... (totalenergies.fr)