Un microréacteur est un appareil à très petite échelle dans lequel des réactions chimiques peuvent avoir lieu. En règle générale, il mesure moins de 2.54 cm de longueur et de largeur et peut-être moins d’un seizième de pouce (1.56 mm) d’épaisseur, bien que les dimensions varient. Il aura normalement des tubes d’entrée et de sortie, avec de minuscules canaux ou chambres à l’intérieur, dans lesquels les réactions ont lieu. Habituellement, les réactifs et le produit sont des fluides – liquides ou gazeux – qui peuvent être introduits à l’aide de petites pompes ou d’électro-osmose. Depuis 2011, les microréacteurs ne sont utilisés qu’à des fins expérimentales et de prototypage, mais il existe une réelle perspective de les utiliser en grand nombre pour la production de masse de produits chimiques utiles.
Le dispositif est normalement construit en gravant de minuscules canaux sur un matériau approprié d’une manière similaire à la fabrication de circuits intégrés. Ils peuvent être fabriqués à partir de plaquettes de silicium, de verre, de métal ou de matériaux céramiques. Les canaux peuvent ne pas être plus larges qu’un cheveu humain. La gravure peut être réalisée par laser, décharge électrique ou par voie chimique. Souvent, le microréacteur est constitué de deux plaques gravées prises en sandwich.
Les microréacteurs offrent des avantages significatifs par rapport aux moyens plus traditionnels et à plus grande échelle d’effectuer des réactions chimiques. Le rapport surface/volume élevé permet aux réactions de se dérouler plus rapidement et souvent à une température plus basse que ce qui est possible à plus grande échelle. Des réactions hautement exothermiques qui seraient normalement potentiellement dangereuses ou dommageables pour l’équipement peuvent être effectuées en toute sécurité ; toute chaleur générée se dissipe rapidement en raison des volumes beaucoup plus petits de réactifs. Une défaillance dans une partie d’une usine chimique traditionnelle pourrait entraîner la libération de grandes quantités de produits chimiques dangereux ou l’arrêt complet de la production. En revanche, une installation constituée d’un large éventail de microréacteurs ne serait pas significativement affectée par la défaillance d’une partie.
Habituellement, les microréacteurs fonctionnent avec un flux continu de réactifs. Bien que le débit d’un microréacteur individuel soit évidemment très faible, il peut néanmoins être considéré comme une toute petite usine. Il est possible d’employer un très grand nombre de microréacteurs fabriqués en série empilés pour fournir des produits à une échelle économiquement viable, et un certain nombre de possibilités sont à l’étude.
L’utilisation de microréacteurs en synthèse organique est un domaine très prometteur. Ils offrent un mélange rapide des réactifs, des temps de réaction rapides, des rendements accrus et une manipulation sûre des composés toxiques et explosifs. Le passage à l’échelle de la production au niveau du laboratoire au niveau industriel n’implique aucune modification des procédures pour atteindre des rendements optimaux – il s’agirait simplement d’ajouter plus d’unités de microréacteur.
Une autre utilisation commerciale potentielle est la production de biodiesel, une alternative aux combustibles fossiles. Les méthodes de production actuelles nécessitent que les principales matières premières, l’huile végétale et le méthanol, soient mélangées avec un catalyseur et laissées pendant plusieurs heures pour terminer la réaction. Dans un microréacteur de biodiesel, la réaction est presque immédiate et, encore une fois, augmenter le processus pour produire des quantités utiles impliquerait simplement de combiner un grand nombre de microréacteurs.
Il y a, cependant, un certain nombre de problèmes qui doivent être surmontés pour réaliser une production économique à grande échelle de produits chimiques en utilisant des microréacteurs. L’un d’eux est l’effet de paroi : les réactifs et les produits ont tendance à s’accrocher aux parois de la chambre de réaction. Ceci est généralement insignifiant pour la fabrication chimique traditionnelle utilisant de grands réacteurs, mais à micro-échelle, une proportion importante du rendement potentiel peut être perdue. Un autre problème est qu’il est difficile d’effectuer des réactions impliquant des solides, soit comme réactifs, soit comme produits, dans un microréacteur car ils ont tendance à boucher les canaux.