I perform my research activities in the Laboratoire de Génie Chimique at the University of Toulouse 3, France.

One generic approach to research a solution to a problem in Chemical Engineering is :

  • to run experiments to identify where are the limiting (and then problematic) phenomena in a processus
  • to run local scale experiments to see the cause and acquire new knowledge on these limiting phenomena
  • to model/simulate the phenomena to understand the mechanism controling the processus
  • to control the consequences and apply new solutions to optimize the process at larger scale
    • approach

    My main objective is to understand and to control how colloidal interactions play a role on transport phenomena on various processes*. Here is some examples to illustrate this research :

  • Pore scale clogging by micrometric particles or microorganisms in PDMS microfluidics devices

    •  

    Bacteria are marked in green and particles in red

    Sendekie, Z. B., Gaveau, A., Lammertink, R. G., & Bacchin, P. (2016). Bacteria delay the jamming of particles at microchannel bottlenecks. Scientific reports, 6, 31471. 

    Sendekie, Z. B., & Bacchin, P. (2016). Colloidal jamming dynamics in microchannel bottlenecks. Langmuir, 32(6), 1478-1488

    Marty, A., Causserand, C., Roques, C., & Bacchin, P. (2014). Impact of tortuous flow on bacteria streamer development in microfluidic system during filtration. Biomicrofluidics, 8(1), 014105. 

  • Lagrangian and Eulerian CFD simulation of the clogging phenomena

    •  

    A collective effect : a colloid alone can not pass through the bottleneck : the repulsion between the colloid and the pore prevents the passage. However, if colloids are arriving behind the first one, they are pulling the first one (thanks to repulsive interactions) and the first particle (here the red one) will pass. The last particles will not be able to pass (alone) the bottleneck.

    Agbangla, G. C., Bacchin, P., & Climent, E. (2014). Collective dynamics of flowing colloids during pore clogging. Soft Matter, 10(33), 6303-6315. 

    approach

    Bacchin, P. (2018). Interfacially driven transport in narrow channels. Journal of Physics: Condensed Matter, 30(29), 294001.

  • Model for colloid transport in presence of colloid/colloic and colloid/wall interactions
    • approach

    Bacchin, P. (2017). An energy map model for colloid transport. Chemical Engineering Science, 158, 208-215. 

    Bacchin, P., Glavatskiy, K., & Gerbaud, V. (2019). Interfacially driven transport theory: a way to unify Marangoni and Osmotic flows. Physical Chemistry Chemical Physics, 21(19), 10114-10124.

  • CFD simulation of filtration in hollow fiber with solid pressure based modelling
  • The concept of solid pressure : an equation of state to describe processes (filtration, centrifugation, drying ...) dealing with dispersed matter (colloids, nanoparticles, macromolecules ...)
  • A substanable way to operate dead end filtration by accounting for a critical filtered volume
  • Existence of a critical filtered volume (or critical accumulated mass) in dead end filtration
  • Theortical link between critical flux, spinodal decomposition and fouling reversibility
  • An accurate way to determine experimentally a critical flux
  • Consequence of surface interaction between a colloid and a membrane : the existence of a critical flux

    •  

    You can find others videos of experiments and simulations on youtube

    * This question is a kind of new declination of old questions still not fully resolved : “Important areas of physical chemistry such as interfacial phenomena, colloids, clusters and, more generally, De Gennes “soft matter” should be revisited using the system approach and chemical engineering methods. Jacques Villermaux, Future challenges for basic research in chemical engineering Chemical Engineering Science,48 (1993) 

    Progrès Peu de progrès :

    Interacting particlesLes colloïdes ou les nanoparticules sont des entités avec une taille comprise entre dix nanomètres et un micromètres dispersées dans un solvant. A cause de ces petites tailles, les interactions de surface entre les entités ( de type électrostatique, Van der Waals ...) confèrent à la dispersion des propriétés spécfiques (rhéologie, diffusion ...). Ces colloïdes sont présents dans une forme naturelle (argile, lait, vin, fluides biologiques ...) ou dans des produits industriels (peintures, revêtements, ...).

    Ces dispersions ont à la fois une importance académique et industrielles dans de nombreux secteurs d'applications. A cause des interactions entre surface, les colloïdes offrent la possibilité d'étudier la dynamique de systèmes complexes interagissant. Ces interactions sont par exemple responsable de processus d'auto-organisation. Si de tels processus sont controlés et maîtrisés, des procédés innovants et de nouveaux produits pourront être développés.

    A méditer :

    Les interactions entraînent un accroissement de complexité source de performances inattendues

    Albert Jacquard, L'équation du nénuphar

     

    Pour en savoir plus :

    The wikipedia article on colloids

    Le génie des procédés (vous trouverez ici une définition et les enjeux de ce domaine) consiste à transformer des matières premières en produits surs, de qualité et innovants en optimisant les flux de matière et d’énergie. C'est une discipline indispensable pour accompagner les transformations majeures des modes de vie dans les années à venir.

    approach

    Cela nécessite des connaissances à la croisée entre la physique, la chimie, la biologie et l'ingénierie. Voici quelques supports d'enseignements et formations dans ce domaine :

    Formation du L1 au M2

    NOUVEAU : Le Membrane (or Membrain) Serious Game : une ressource scénarisée sous forme de jeu (le confinement a aidé !) sur les procédés membranaires du L1 au M2. NEW : Membrane Serious Game in English

    - Depuis le niveau L1 jusqu'aux niveaux M2 Pro et M2 rech :

    • Niveau L1 Chimie Biologie Physique et Santé CBPS - Molécules et Biomolécules au Quotidien (MBQ) : ou comment les molécules conditionnent notre quotidien et notre société ? Séminaire sur l'eau / Calcul d'osmose inverse
    • Niveau L2 Chimie Biologie Physique et Santé CBPS - Biotechnologies, Bioprocédés et Bioindustries (BioPro) : ou comment les bioprocédés permet de fabriquer des produits d'intérêt ? Introduction aux biotechnologies et bioprocédés / Fabrication de biomédicaments
    • Niveau L3 Procédés Physico-Chimiques - Phénomènes de transport : éléments de mécaniques des fluides, transfert thermique et transfert de matière Introduction au transfert de matière / Cours et exercices médiatisés
    • Niveau L3 IUP Technologie et Méthodes Médicales - Phénomènes de transport et biomédical : ou comment les phénomènes de transport expliquent le transfert de nicotine dans un patch, le transfert d'oxygène ou d'alcool dans le sang, le transfert d'urée dans un rein artificiel ...?
    • Niveau M1 Procédés Physico-Chimiques - Transport, Interface et Procédés : ou comment la combinaison de phénomènes de transport explique le fonctionnement de procédés ?
    • Niveau M1 Master Erasmus Mundus in Membrane Engineering - Separation Science : How to separate the matter ? Which process to use for a separation ?
    • Niveau M1 Diplôme National d'Oenologie - Les colloïdes et le vin : ou comment maîtriser les colloïdes présents dans le vin ?
    • Niveau M2 PRO Procédés Physico-Chimiques / ENSTIMAC Apprentissage - Procédés membranaires : ou comment maîtriser le fonctionnement et le dimensionnement d'une opération de séparation membranaire ?
    • Niveau M2 Génie des Procédés et Bioprocédés -Ingénierie des dispositifs biomédicaux ou comment maîtriser le développement et le fonctionnement de dispostifis médicaux : application au rein artificiel ?
    • Niveau M2 Rech Génie des procédés et de l'environnement - Physico-chimie des interfaces et des colloïdes et Filière Fluides et Procédés A7/N7 (Inp Toulouse - Phénomènes interfaciaux : ou comment maîtriser les propriétés colloïdales dans les procédés ? Interfacial phenomena (in english) or how to deal with colloidal properties in processes ?

    - Séminaire sur la troisième révolution industrielle et les opportunités à venir 

    Formation continue sur la modélisation/simulation de procédés

    La connaissance d'un language de programmation est indispensable à un scientifique. Vous avez la chance de pouvoir utiliser un language internationalement reconnu et libre d'accès que vous avez pu apprendre en Lycée : Python. Vous pouvez installer sur un ordinateur une plateforme comme  Anaconda  qui comporte Python mais aussi les bibliothèques scientifiques nécessaires pour effectuer des calculs, des résolutions d'équations, des graphes ... . Vous trouverez dans les liens ci-dessous une formation à Python pour le calcul scientifique ainsi que des codes python utilisables en ligne :

  • Formation continue sur Python pour l'ingénierie des procédés

    - Répertoire Github avec des exercices de génie des procédés résolus sur Python Notebook 

    - Répertoire Binder (exécutable en ligne) avec des exercices de génie des procédés résolus sur Python Notebook 

  • Training course Computational Fluid Dynamics : Basics of modeling n 

    Pour développer sa créativité au Fablab

    Il faut associer à ces connaissances les compétences nécessaires pour aborder les enjeux du XXIieme siècle : les 4C Critical thinking, Creativity, Cooperation, Communication. Pour développer votre créativité n'hésitez pas à suivre et à passer à l'Espace Fablab Procédés du CampusFab de l'université Paul Sabatier

    approach
    Quelques liens utiles vers des logiciels opensource pour développer sa créativité sur :
  • le dessin 3D Blender, Freecad
  • le traitement d'image ImageJ
  • la réalisation de tuto par screen casting OBS screen cast
  • la programmation avec Python sur Anaconda
  • la Computational Fluid Dynamics avec OpenFoam pour les experts !

    Formation à la recherche

    Cette formation peut se compléter par une thèse effectuée dans un laboratoire de recherche : mais qu'est qu'une thèse ? , mais qu'est qu'un laboratoire ?


    Pour plus d'informations sur ces enseignements, consultez le site présentant l'offre de formation "Master et L3 Procédés Physico-Chimiques" de l'Université Paul Sabatier.

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