Brevet FR3026313A1 — publié le 20160401

PROCEDE DE CHROMATOGRAPHIE SUR UN GARNISSAGE MULTICAPILLAIRE DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne l'optimisation de la morphologie et de la porosité de garnissages multicapillaires en opération. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La chromatographie est une technique particulière, qui a ses avantages et contraintes propres et se différencie par là même des autres techniques apparentées par la mise en oeuvre de garnissages solides et de fluides, comme l'adsorption et la catalyse hétérogène. En adsorption on cherche à retenir un composé d'un effluent fluide sur la surface duquel il est adsorbé par l'intermédiaire d'un isotherme, ou sur laquelle il réagit. On cherche à purifier le fluide. On a besoin de hautes surfaces spécifiques. Il faut des lits de haute capacité. L'efficacité du garnissage n'est pas critique (nombre de plateaux théoriques) et l'on préfère utiliser des lits de granulés de 1 à 2 mm de diamètres. En effet l'efficacité n'a qu'une influence négligeable sur le dimensionnement du lit dans la mesure où elle ne jouera que sur la raideur du front de percolation, qui est bonne dès que l'on atteint 20 plateaux théoriques environ. Il faut ensuite régénérer l'adsorbant par une combinaison de moyens, température ou réaction chimique, qui élimine les impuretés adsorbées ou combinées. Le fonctionnement est donc séquentiel mais les temps de cycle se chiffrent en jours ou en semaines. On dimensionne sur la masse du lit. Les pertes de charge sont faibles. En catalyse, on cherche à effectuer une réaction chimique sur la surface du solide. On désire que les réactifs restent un temps optimal en contact avec le solide. Il s'agit là encore de forces d'adsorption et de réactions chimiques. On est intéressé par des critères de temps de séjour. Le raisonnement en nombre de plateaux théoriques est inopérant. La régularité du garnissage est un facteur parmi d'autres et est secondaire devant la sélectivité catalytique. On ne cherche pas à séparer des molécules. Les pertes de charges sont faibles. En chromatographie, on sépare plusieurs composants présents dans une charge fluide admise séquentiellement selon un intervalle de temps court se comptant en minutes, en la propageant d'un point d'entrée à un point de sortie d'une colonne de solide sous l'effet d'un fluide éluant. La séparation obtenue peut l'être par une très large variété de forces qui rentrent en compétition avec l'effet moteur de l'éluant, partage, adsorption, interactions stériques, interactions ioniques, etc... Cette méthode offre un haut pouvoir séparateur, chaque composant se comportant de façon différente. Pour mettre en valeur ce pouvoir séparateur, il faut que la colonne présente un nombre de plateaux théoriques élevé, par exemple 1000. Cela signifie aussi que les résistances diffusionnelles doivent être minimisées, et donc que les distances de diffusion soient courtes, et que la colonne doit être longue. Ces facteurs combinés font que la chromatographie est une technique qui réclame une régularité excellente de l'écoulement et donc du garnissage, et une faible dimension caractéristique de celui-ci, conduisant à des pertes de charges qui deviennent rapidement critiques avec des solides particulaires. Ce sont ces problèmes qu'il faut résoudre en chromatographie. On a décrit dans la demande de brevet VVO 2011/114017 un monolithe multicapillaire. Cette invention décrit un monolithe constitué principalement de silice ou d'alumine dont les parois sont poreuses de façon à permettre un équilibrage rapide de la composition entre conduits adjacents et son application à la chromatographie. On y décrit en particulier un procédé d'obtention de ce monolithe caractérisé en ce que l'on enrobe des fils précurseur dans une matrice poreuse, et en ce que l'on détruit les fibres pour ne laisser subsister que la matrice. On y mentionne comme matériaux de structure des sols ou gels de silice ou d'alumine. Ce document et les suivants ne décrivent cependant pas les conditions hydrodynamiques, diffusionnelles au niveau moléculaire, et structurelles permettant de tirer le maximum de parti d'un garnissage multicapillaire poreux. .En chromatographie sur un lit de particules les filets fluides se remélangent par convection et forment un continuum. Dans un garnissage multicapillaire les filets fluide sont indépendants sur le plan convectif et ne communiquent que par diffusion moléculaire. La structure poreuse des parois représente donc un caractère fondamental de l'efficacité de ces garnissages. Il en résulte le besoin de caractériser et d'optimiser la nature et la distribution de la porosité du matériau séparant les conduits. Les publications suivantes : K Nakanishi, Phase separation in silice sol-gel system containing polyacrylic acid, Journal of non crystalline Solids 139 (1992, 1-13 and 14-24, K. Nakanishi, Phase separation in Gelling Silica-Organic Polymer Solution: Systems Containing Poly(sodium styrenesulfonate), J. Am. Ceram. Soc. 74 (10) 2518-2530-30 (1991) traitent de matériaux présentant deux familles de pores. Il s'agit de réaliser un garnissage monolithique en silice comprenant deux familles de pores, d'une part des macropores interconnectés par où peut s'écouler un liquide relativement librement, et d'autre part une famille de mésopores ou de micropores créant de la surface spécifique, et donc de l'activité vis-à-vis d'un échange de matière La publication suivante: Deen, W.M. Hindered transport of large molecules in liquidfilled pores, A.I.Ch.E Journal, 33,1409-1425 décrit une relation entre la diffusivité dans des pores et le rayon de molécules dans des phases liquides. On connait d'autre part les relations liant le libre parcours moyen d'une molécule en phase gaz et le régime diffusionnel de cette molécule dans une matrice poreuse. On sait en particulier que lorsque la taille de pore devient proche du libre parcours moyen d'une molécule, la diffusion entre en régime de Knudsen et se trouve ralentie. Il apparait donc un besoin de définir la taille des pores et les paramètres dimensionnant et opérationnels d'un garnissage multicapillaire de façon à obtenir une efficacité optimale pour un soluté et des conditions de marche hydrodynamiques données. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION Un but de l'invention est de définir les propriétés d'un garnissage multicapillaire permettant d'obtenir une efficacité optimale pour un soluté et des conditions de marche hydrodynamiques données. A cet effet, l'invention propose un procédé de chromatographie dans lequel on fait circuler une phase mobile gazeuse, liquide ou supercritique contenant des espèces à séparer au travers d'un garnissage comprenant une phase stationnaire, ledit garnissage étant caractérisé en ce que : - il comporte une pluralité de conduits capillaires traversant le garnissage entre une face dite amont par laquelle la phase mobile pénètre dans le garnissage et une face dite aval par laquelle la phase mobile sort du garnissage, - le matériau des parois desdits conduits comporte un réseau de pores connexes, lesdits pores formant des passages d'un conduit à l'autre permettant à la diffusion moléculaire de s'opérer entre conduits adjacents, lesdits pores présentant un diamètre moyen supérieur à deux fois le diamètre moléculaire des espèces à séparer, - le diamètre moyen des conduits est inférieur à 50 pm. De manière particulièrement avantageuse, le rapport, dit « hauteur relative de dispersion », de la hauteur de plateau théorique (Hd,,p) due aux inhomogénéités du garnissage sur la hauteur de plateau théorique totale (H) du garnissage est inférieur à 0,66, de préférence inférieur à 0,3 et manière encore préférée inférieur à 0,1. Dans ledit procédé : - les espèces à séparer présentent un rayon moléculaire Rh dans le solvant d'élution, une diffusivité moléculaire Do dans le solvant d'élution, une diffusivité moléculaire D, dans ou sur la phase stationnaire, un coefficient de partage K entre la phase 4 10 stationnaire et le solvant d'élution, un facteur de rétention k' dans la colonne chromatographique, et - le garnissage comporte des conduits de diamètre moyen d, séparés par des parois d'épaisseur moyenne d, dont l'irrégularité est définie par un écart type du diamètre d, ramené à sa moyenne SigmaD et par un écart type de l'épaisseur d, ramené à sa moyenne SigmaE, - le matériau poreux constitutif des parois présente une fraction volumique poreuse P, une fraction volumique de phase stationnaire f VolStat ou une surface spécifique d'adsorption S, une tortuosité T, et le réseau de pores connexes présente un diamétre dpore , - la phase mobile s'écoule avec la vitesse moyenne v, dans les conduits et - la hauteur de plateau théorique (Hd,,p) due aux inhomogénéités du garnissage est définie par la relation : vo * (FKD * SigmaD2 + FKE * SigmaE2)* (d, + de)2 Hdisp = 0,778 * FDif f * FDil * (1 k') * 2 15 Avantageusement le rapport dit « hauteur relative de dispersion », de la hauteur de plateau théorique (Hd,,p) due aux inhomogénéités du garnissage sur la hauteur de plateau théorique totale (H) du garnissage est calculé à l'optimum d'efficacité du garnissage donné par la courbe de Van Deemter. 20 De manière avantageuse, les conduits ont un diamètre moyen inférieur à 30 pm, et de préférence inférieur à 10 pm. Le garnissage comprend avantageusement au moins une partie dont : - les conduits capillaires sont substantiellement rectilignes et parallèles entre eux - les conduits présentent une section substantiellement uniforme les uns par rapport aux 25 autres, - la section de chaque conduit est régulière sur toute sa longueur, - l'ensemble des conduits traversent ladite partie de part en part. Le réseau de pores du garnissage a un diamètre moyen supérieur à 5 fois le diamètre moléculaire des espèces à séparer et de préférence supérieur à 10 fois le diamètre 30 moléculaire des espèces à séparer. Selon une forme d'exécution de l'invention, la phase mobile est à l'état condensé et ledit réseau de pores présente un diamètre moyen de pores supérieur à 2 nanomètres, de préférence supérieur à 10 nanomètres, et encore plus préférentiellement supérieur à 100 nanomètres. Selon une autre forme d'exécution de l'invention, la phase mobile est à l'état gazeux et les pores ont un diamètre supérieur au libre parcours moyen des molécules. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe d'une vue de principe d'un garnissage multicapillaire cylindrique suivant une direction parallèle à son grand axe. - la figure 2 est une vue en coupe d'une vue de principe d'un garnissage multicapillaire cylindrique suivant une direction perpendiculaire à son grand axe - la figure 3 montre le schéma physique utilisé pour simuler le comportement des garnissages multicapillaires. -la figure 4 montre schématiquement le schéma numérique utilisé pour simuler le comportement des garnissages multicapillaires. -la figure 5 montre la relation entre NEPT (Nombre de Plateaux Théoriques) et longueur du garnissage pour des monolithes poreux multicapillaires et des monolithes multicapillaires non poreux. -la figure 6 montre l'aspect des phénomènes diffusionnels transitoires. -la figure 7 montre le même phénomène diffusif projeté sur un ensemble de conduits voisins. -la figure 8 montre la corrélation entre Hdisp et Dfactor. -la figure 9 exemplifie la nature des nombres caractérisant un milieu poreux. -la figure 10 schématise les tailles caractéristiques des molécules interagissant avec les parois dans un milieu poreux. -la figure 11 compare la perte de charge de garnissages multicapillaires et particulaires -la figure 12 montre une courbe de Van Deemter obtenue par simulation. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION On s'intéresse aux paramètres d'optimisation d'une séparation d'un corps chimique donné, molécule ou biomolécule, dans un garnissage multicapillaire comportant entre les parois des conduits un solide poreux incluant au moins une population de pores connexes au travers desquelles la diffusion moléculaire des espèces à séparer peut avoir lieu. Ces pores ménagent un passage libre entre conduits contigus. Une chromatographie est un procédé de séparation moléculaire particulier caractérisé en ce qu'il effectue une séparation d'un mélange de substances chimiques sous l'action contradictoire - d'un entrainement dynamique de ces espèces par un courant d'une phase éluante - d'une rétention de ces espèces par une phase stationnaire. De préférence ce procédé est poursuivi jusqu'à élution complète des espèces séparées hors de la phase stationnaire. Selon l'invention on caractérisera avantageusement le procédé chromatographique par son comportement dans le régime linéaire, c'est à dire pour une injection brève sous forme d'un pulse de produits à séparer. Dans ces conditions la dilution des espèces est grande et le coefficient de partage des espèces à séparer avec la phase stationnaire ne dépend pas de la concentration. Il va de soi que de telles colonnes pourront être utilisées dans des procédés préparatifs. Selon l'invention on caractérisera une telle séparation chromatographique ou un tel procédé chromatographique en ce qu'il comprend à l'optimum d'efficacité au moins 300 étages théoriques, et de préférence au moins 1000 étages théoriques. Ceci la différencie des séparations par membranes, des processus catalytiques et des séparations par adsorption ou échange d'ions en particulier. La chromatographie s'applique en phases liquide, gaz et supercritique. La présente invention est un procédé de chromatographie dans lequel on fait circuler une phase mobile gazeuse, liquide ou supercritique contenant des espèces à séparer au travers d'un garnissage, ledit garnissage étant caractérisé en ce que : - il comporte une pluralité de conduits capillaires traversant le garnissage entre une face dite amont par laquelle la phase mobile pénètre dans le garnissage et une face dite aval par laquelle la phase mobile sort du garnissage - le matériau des parois comporte une première population de pores connexes, assurant des passages d'un conduit à l'autre permettant à la diffusion moléculaire de s'opérer , entre conduits adjacents, pores présentant un diamètre moyen (dpo re 1 supérieur à 2 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer - le diamètre des conduits est inférieur à 50 pm Avantageusement le rapport, dit « hauteur relative de dispersion », de la hauteur de plateau théorique (Hd,,p) due aux inhomogénéités du garnissage sur la hauteur de plateau théorique totale (H) est inférieur à 0,66 . Avantageusement la hauteur de plateau théorique (Hd,,p) due aux inhomogénéités du garnissage est définie par la relation Hdisp = 0,778 * FDif f * FDil * (1 + k') * 2 On notera que cette formule comprend des termes statiques reliant la structure morphologique du garnissage (ex dc, de), des termes diffusionnels au niveau moléculaire (ex Do, Ds, C) à des termes hydrodynamiques qui décrivent son comportement en opération vis-à-vis d'un écoulement fluide (ex ve). Elle décrit donc un domaine de conditions de marche hydrodynamiques et en opération. Cette formule s'applique pour des espèces à séparer caractérisées par un rayon moléculaire Rh dans le solvant d'élution, une diffusivité moléculaire Do dans le solvant d'élution, une diffusivité moléculaire D, dans ou sur la phase stationnaire, un coefficient de partage K entre la phase stationnaire et le solvant d'élution, un facteur de rétention k' dans la colonne chromatographique, pour un garnissage comportant des conduits de diamètre moyen d, séparés par des parois d'épaisseur moyenne d, dont l'irrégularité est caractérisée par un écart type du diamètre dcramené à sa moyenne SigmaD et par un écart type de l'épaisseur d, ramené à sa moyenne SigmaE, garnissage dont le matériau poreux constitutif des parois est caractérisé par une fraction volumique poreuse P, une fraction volumique de phase stationnaire fvoistat ou une surface spécifique d'adsorption S, une tortuosité T, et comportant au moins une population de pores connexes de diamétre d po re et pour une phase mobile de viscosité u. s'écoulant avec la vitesse moyenne v, dans le conduit. Avantageusement le rapport dit « hauteur relative de dispersion », de la hauteur de plateau théorique (Hd,,p) due aux inhomogénéités du garnissage sur la hauteur de plateau théorique totale (H) est calculé à l'optimum d'efficacité du garnissage défini par la courbe de Van Deemter. Avantageusement le matériau des parois assure une continuité en phase condensée liant les conduits entre eux. Ces conduits auront un diamètre adapté à une séparation chromatographique, inférieur à 500 pm, de préférence inférieur à 250 pm. Cependant, de façon très préférentielle pour la réalisation de l'invention, ces conduits auront un diamètre inférieur à 50 pm, de préférence inférieur à 30 pm, et encore plus préférentiellement inférieur à 10 pm. vo * (FKD * SigmaD2 + FKE * SigmaE2) * (d, + de)2 En effet un facteur différenciant essentiel entre les garnissages multicapillaires et les garnissages particulaires vis-à-vis d'un procédé chromatographique réside dans la perte de charge beaucoup plus faible des premiers. A l'optimum d'efficacité cela signifie aussi qu'un garnissage multicapillaire fonctionnant sous une perte de charge identique à celle d'un garnissage particulaire présentera un nombre de plateaux théoriques 3 à 4 fois plus élevé, et une productivité (en débit/unité de surface de sa section) également 3 à 4 fois plus élevée. Ces avantages deviennent pertinents lorsque la perte de charge du lit devient un paramètre opératoire sensible nécessitant un outillage spécial pour devoir être imposée. Elle a donc pour limite basse pour une chromatographie en phase condensée et plus avantageusement en phase liquide la simple hauteur manométrique du lit de phase stationnaire lui-même permettant un écoulement gravitaire. Pour un garnissage multicapillaire cette limite efficace se situe entre un diamètre de conduit inférieur à 50 pm pour les fluides couramment utilisés, et de préférence inférieur à 30 pm. En effet la chromatographie s'effectue de façon simple dans des appareils gravitaires, ou le poids de la colonne de fluide sur le garnissage provoque son écoulement. La limite haute du diamètre des capillaires sera obtenue lorsque l'écoulement du fluide à la vitesse permettant l'optimum de l'efficacité du garnissage provoquera une perte de charge égale au poids de la colonne de fluide considérée sur la hauteur du lit. On sait que pour un garnissage multicapillaire à l'optimum d'efficacité : Vo*dc r = V R Do La loi de Poiseuille s'écrit 32*i2*LG*vc 3\i32*,u*Do*VR dmax P*9 Le tableau ci-dessous exemplifie dmax pourdifférents liquides courants en chromatographie. 30 solvant !. Po Do (m2 /s) \JR I kg/m3 dmax (p.m Eau 0,001 1E-09 5 1000 25,3869139 Hexane 0,00031 3E-09 5 659 28,4754613 AP = La pression provoquée par une hauteur de fluide LG s'écrit AP = p * g * LG Il en résulte que : Methanol 0,00055 2E-09 5 791 28,3363475 Chloroforme 0,00057 2E-09 5 1480 23,2716977 VR est en général compris entre 2 et 5. dmax est le diamètre maximal des conduits permettant un équilibrage naturel d'une chromatographie gravitaire Une autre limite des garnissages multicapillaires à été découverte par l'inventeur. On a découvert que lorsque les parois des conduits sont poreuses l'efficacité du procédé chromatographique mesurée par son Nombre de Plateaux Théorique ou NPT croit linéairement avec la longueur de la colonne au lieu d'être limité par les imperfections de conduits indépendants ne communiquant pas par diffusion. Il s'avère après étude, et cela constitue un point essentiel de la présente invention, que cette considération s'applique essentiellement aux espèces à séparer et non au solvant d'élution. Suivant l'invention cette considération conduit à sélectionner pour une séparation donnée un garnissage présentant une porosité adaptée à la séparation souhaitée. Les pores du matériau constituant les parois des conduits seront donc adaptées à la taille des molécules à séparer : pour une séparation en phase condensée une population connexe de ces pores présente avantageusement un diamètre moyen supérieur à 2 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer, et préférentiellement compris entre 2 fois et 1000 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer. Ces pores assurent un passage connexe d'un conduit à l'autre permettant à la diffusion moléculaire de s'opérer entre conduits adjacents. Avantageusement ces pores ont un diamètre supérieur au libre parcours moyen des molécules pour une application en chromatographie en phase gaz. Avantageusement les molécules de poids moléculaire compris entre 0 et 1000 g/mole seront séparée avec des tailles de pores communicantes du matériau des parois entre les conduits comprises entre 4 et 30 nm, les molécules de poids moléculaire de 10000 g/mole seront séparées avec des tailles de pores communicantes du matériau des parois entre les conduits comprises entre 10 et 100 nm, les molécules de poids moléculaire de 100000 g/mole seront séparées avec des tailles de pores communicantes du matériau des parois entre les conduits comprises entre 30 à 300 nm. Selon l'invention les conduits sont essentiellement libres à la circulation d'un fluide. Par libres à la circulation d'un fluide on entend que la perte de charge d'un fluide au travers d'un conduit est inférieure à 3 fois la perte de charge dans ledit conduit totalement vide de matériau solide. Selon l'invention les conduits sont avantageusement vides de matière solide. En particulier dans le cas ou les conduits contiendraient de la matière solide, son volume poreux sera avantageusement supérieur à 95% en volume, avantageusement supérieur à 98% en volume. L'inventeur a découvert que la diffusivité des molécules à séparer au travers des parois d'un garnissage multicapillaire permettait d'augmenter considérablement l'efficacité de ce garnissage en termes de pouvoir séparateur et de rendre cette efficacité directement proportionnelle à la longueur de ce garnissage. L'efficacité du garnissage obtenu n'est cependant pas égale à celle d'un capillaire unique, et la perte d'efficacité enregistrée se traduit par une hauteur de plateau théorique supplémentaire qui s'ajoute à la hauteur de plateau théorique du capillaire unique. L'inventeur a mis en évidence que cette hauteur de plateau théorique est dépendante de plusieurs facteurs liés intimement à la géométrie des conduits et du solide poreux qui les sépare. Des simulations sur ordinateur ont été effectuées et ont montré que l'efficacité d'un processus chromatographique dans un monolithe poreux était constante et indépendante de sa longueur. Or on démontre que l'efficacité d'un garnissage multicapillaire à parois pleines non poreuse dont l'épaisseur de phase stationnaire est constante et le diamètre des capillaires aléatoirement variable doit tendre vers un maximum donné par la formule : 1 N maxD = FKD * SigmaD2 On démontre également que l'efficacité d'un garnissage multicapillaire a paroi non poreuses dont les diamètres sont égaux et l'épaisseur de phase stationnaire aléatoirement variable doit tendre vers un maximum donné par la formule : 1 NmaxE FKE * SigmaE2 Une analyse du phénomène de diffusion moléculaire entre les conduits permet de comprendre le phénomène. On considére que les mêmes espèces injectées dans chaque conduit se voient affectées un N° de conduit fictif permettant de les suivre de façon indépendante. Un processus chromatographique dans un garnissage multicapillaire poreux est soumis à un phénomène de remélangeage diffusionnel entre conduits adjacents. La diffusion d'un soluté injecté en quantité Q à l'instant to = 0 en un point central d'un milieu continu homogène diffusif à deux dimensions obéit à une loi gaussienne du type : R2 x= * exp (4 * * D * t) 4 * D *t La concentration x a la forme d'une courbe en cloche qui s'étale et s'affaisse dans le temps par diffusion de la matière dans le milieu infini. On conçoit ainsi que les conduits individuels séparés par un milieu ouvert à la diffusion moléculaire reçoivent de la matière de la part des conduits qui les entourent. On peut poser que cette contribution fait appel à une population de conduits environnants de plus en plus grande avec le temps. Suivant cette analogie, le terme en 2*D*t est homogène à une surface moyenne recouverte par le phénomène d'étalement diffusionnel au bout d'un temps t. Si l'on divise cette surface par la surface unitaire d'une cellule élémentaire du garnissage présentant la section moyenne d'un conduit et de sa phase stationnaire, c'est-à-dire la section du garnissage divisée par le nombre de conduits, on obtient une quantité caractéristique du nombre de conduits en interactions au temps t. Ce nombre croit linéairement avec le temps. D'autre part on peut calculer analytiquement que le nombre maximum de plateaux théoriques que peut produire un ensemble de capillaires indépendants à parois pleines de diamètres variables suivant une loi de probabilité gaussiénne comportant une épaisseur constante de phase stationnaire sur leur paroi est donné par la formule faisant intervenir le facteur défini par le nom FKD dans ce texte et dans les revendications: 1 NmaxD FKD * SigmaD2 Avec (2 + 3 * k'\2 FKD = 1+ k' SigmaD est défini dans ce texte et dans les revendications comme étant l'écart type relatif (écart type/moyenne) du diamètre hydraulique des conduits. k' est calculé comme le rapport entre la quantité de soluté ou espèce à séparer dans la phase stationnaire à la quantité de soluté dans la phase mobile a l'équilibre. On mesure classiquement k' par la relation tR - to k' = K Vm K est le coefficient de partage de l'espèce chimique considérée entre la phase stationnaire et la phase mobile. Dans le cas d'un partage par adsorption sur une phase stationnaire solide, on pourra commodément calculer la concentration dans la phase stationnaire sur la base d'un rapport de la masse de composant adsorbée sur le volume de la phase solide. Ceci permet de conserver la définition de K. On peut également calculer analytiquement que le nombre maximum de plateaux théoriques que peut produire un ensemble de capillaires indépendants à parois pleines de diamètres constants comportant une épaisseur de phase stationnaire variable suivant une loi de probabilité gaussienne sur leur paroi est donné par la formule faisant intervenir le facteur défini par le nom FKE dans ce texte: NmaxE FKE *SigmaE2 Avec FKE * PB =- ko)) (fVOIStat * K + P)* de* (2 * dc + de) /Co = (2 * d, + 2 * de) PB - (2 * d, + de) Ces formules tiennent compte de la porosité P, de l'épaisseur de la paroi et de la fraction volumique de phase stationnaire. SigmaE est défini dans ce texte et dans les revendications comme étant l'écart type relatif (écart type/moyenne) de l'épaisseur de phase stationnaire entourant le conduit. On note qu'un ensemble de capillaires à parois pleines sera très pauvre en termes de performances chromatographiques, limité en pratique à quelques centaines de plateaux théoriques Il en résulte la nécessité de conférer aux parois des conduits une structure poreuse permettant à la diffusion moléculaire d'avoir lieu entre canaux adjacents. On sait que si l'on analyse le comportement de N capillaires dont les conduits ont un diamètre aléatoirement variable suivant une loi normale, le comportement obtenu est celui d'une nouvelle loi normale dont la variance est la variance élémentaire divisée par N. C'est la variance d'un tirage multiple d'une même variable aléatoire gaussienne. Le comportement de ce tirage multiple se traduit par la loi : k' = ta Dans le cas de la chromatographie de partage Vs 1 Nm' = FK * Sigma2 La diffusion moléculaire se traduisant par un nombre de conduits en interaction linéairement croissant avec le temps, N croit linéairement avec le temps, et l'efficacité N,'' croit linéairement avec le temps et donc avec la longueur du garnissage, ce qui s'accorde avec une hauteur partielle de dispersion constante dans le temps. Le nombre N peut être corrélé à l'étalement gaussien par la formule : NOC (dc + de)2 Le nombre d, se calcule en supposant tout le volume contenu dans les parois des conduits du garnissage réparti uniformément et concentriquement sur la périphérie des conduits. Le nombre d, est égal à deux fois l'épaisseur de cette couche. La contribution de l'inhomogénéité des conduits à l'efficacité, ou hauteur partielle de plateau théorique liée à ce phénomène, reste donc constante au cours du temps pour une vitesse de phase mobile constante. L * FKD * SigmaD2 L * FKD * SigmaD2 * (d, + de)2 Hdis D = P lvmaxD = 2 * Dréel * tR L * FKE * SigmaE2 L * FKE * SigmaE2 * (d, + de)2 Hdis E P N maxE 2 * Dréel * tR L'efficacité d'un garnissage chromatographique se mesure par la hauteur de plateau 15 théorique. Celle-ci peut être écrite dans le cadre de la chromatographie en régime linéaire comme la contribution de plusieurs termes ou hauteurs partielles, comprenant un terme se rapportant à un garnissage virtuel de capillaires de diamètres rigoureusement égaux et égaux à la moyenne des conduits du garnissage réel, comportant une épaisseur de paroi uniforme , et 20 un terme d'interaction entre conduits ou de dispersion lié à l'inhomogénèite de ceux-ci. : H = Hcap Hdisp Hdisp = HdispD HdispE La hauteur de plateau théorique H'p d'un capillaire unique moyen est facilement accessible pour tout matériau, documentée, et sa théorie est connue. Elle peut également être calculée par ordinateur. La hauteur de plateau théorique totale est facilement mesurable expérimentalement à 25 l'aide de la largeur à mi hauteur LMH du pic chromatographique issu d'un appareil, suivant la formule : NPT=5.54*(t, / LMH)2 2 * Dréel * tR Et H=LG/NPT Il sera nécessaire pour un bon fonctionnement d'un garnissage multicapillaire que la hauteur de plateau liée au terme de dispersion HdISp ne devienne pas très élevée au regard du terme d'efficacité global H, c'est-à-dire qu'elle ne représente pas une fraction trop élevée de la hauteur de plateau théorique totale. Cela se caractérise par la valeur de la Hauteur Relative de Dispersion donnée par la formule suivante : Hauteur Relative de Dispersion = H Suivant l'invention, les paramétres opératoires et la morphologie du garnissage devront être tels que la Hauteur Relative de Dispersion ne dépasse pas 0,66 pour les espèces à séparer. Avantageusement, pour une meilleure efficacité du garnissage, cette Hauteur Relative de Dispersion ne dépassera pas 0,5, et encore plus préférentiellement sera inférieure à 0,3. On tirera pleinement partie des caractéristiques d'un tel garnissage lorsque la Hauteur Relative de Dispersion sera inférieure à 0,1. La hauteur de dispersion peut être connue d'après la formule suivante : H = Hdisp + Htheo Connaissant H par une mesure et en calculant Htheo comme la hauteur de plateau théorique d'une colonne capillaire unique présentant des caractéristiques identiques à une colonne capillaire moyenne représentative du garnissage réel, ou si les détails de structure ne le permettent pas en calculant Htheo comme la hauteur de plateau théorique d'une caractéristiques _o garnissage présentant des s ques moyennes uniformes représentatives du garnissage réel, on en déduit Hd,spcomme leur différence. Une telle colonne pourra comprendre un conduit central de diamètre égal à la moyenne arithmétique du diamètre des conduits, et sur sa périphérie une épaisseur d'une phase stationnaire identique à celle du garnissage réel et présentant une épaisseur égale à la moyenne arithmétique de son épaisseur dans le garnissage. Htheo peut être calculé analytiquement ou obtenu par une simulation sur ordinateur. Afin de connaitre Htheo d'un garnissage multicapillaire présentant une structure de paroi réelle, on fera de préférence appel à une simulation sur ordinateur comportant tous les détails morphologiques, géométriques et constitutifs, physiques et physico-chimiques de ladite paroi et du garnissage, ainsi que les paramètres des fluides en écoulement et la Hdisp thermodynamique des espèces à séparer . Des logiciels comme COMSOL multiphysics permettent de réaliser aisément de telles performances. Les données d'entrées d'une telle simulation sont essentiellement - les fractions poreuses remplies par des phases mobiles dans la paroi, la tortuosité et la taille de pore moyenne et répartition en taille de pores de ces fractions poreuses ainsi que la diffusivité moléculaires des espèces à séparer mesurées dans ces phases dans les conditions de la séparation chromatographique. Lorsque celles-ci ne sont pas disponibles expérimentalement, on pourra les estimer par la méthode de VVilke et Chang. - Les fractions poreuses remplies par du gel organique ou une phase stationnaire liquide organique dans la paroi, ainsi que la diffusivité moléculaires des espèces à séparer mesurées dans ces gels si il y a lieu dans les conditions de la séparation chromatographique. - La géométrie de la paroi incluant des détails tels que la position et les dimensions des zones remplies par le gel organique, le liquide organique et la phase mobile et d'éventuelles zones mortes ou remplies par des fluides ou substrats autres que les phases mobile, liquide organique et gel organique, ainsi que la diffusivité moléculaires des espèces à séparer mesurées dans celles-ci dans les conditions de la séparation chromatographique. - Les coefficients de partage des espèces à séparer entre les différentes phases en présence dans le domaine de concentration rencontré durant le processus chromatographique. La perte de charge appliquée au garnissage et la composition du fluide éluant ainsi que sa viscosité dans les conditions de la séparation chromatographique Htheo pour un composé non retenu peut être avantageusement calculé de façon préliminaire par la formule: LG NTHMax = dc + * P* 1,6 Htheo = LG/NTHMax On en déduit Hdisp Hauteur Relative de Dispersion = = 1 H NTHMax * H La hauteur relative de dispersion peut également être avantageusement calculée au moyen des formules suivantes. Le milieu dans lequel se produit la diffusion des espèces à séparer n'est pas un milieu homogène. Il contient des conduits libres dans lesquels s'écoule un fluide, ou volume vif LG contenant une masse vive, et un volume stagnant présent dans les pores comprenant de la phase éluante et de la phase stationnaire. Si l'on considère la Gaussienne précédente, plusieurs facteurs de correction sont à prendre en compte. Le coefficient de diffusion des espèces à séparer dans le milieu réel du garnissage peut être modélisé par la formule suivante correspondant à une conduction en paralléle dans le centre des conduits et dans les parois du garnissage associée en série à une conduction dans une épaisseur du matériau des parois: d+ d Dréel Fdif f dc de c _L e DC ' DE Avec dc dc * Do + [(dc + de) * (dc + de) - dc dc] * DE (de + de) * (de + de) Et DE = Do * P * C * (P + fvotstat) +Ds * fvotstat *C * K * (P + fvotstat) T * (P + fvotstat * K) T * (P + fvotstat * K) L'effet de la masse vive et de la masse inerte se traduit par le coefficient de correction suivant défini par le nom FDil dans ce texte et dans les revendications : 2 dC (c1 + ((de + de)2 * (P + fvotstat * K)) DC = FDil = La formule finale s'écrit : ConstPropD L FKD SigmaD2 (dc + de)2 Hdisp 2 * FDiff FDil * tR ConstPropE L FKE SigmaE2 (dc + de)2 2 * FDiff FDil * tR On peut poser : ConstPropD = ConstPropE = ConstProp Soit avec : DFactor = 2 * FDiff * FDil * (1+ k') vo (FKD SigmaD2 + FKE SigmaE2) (dc + de)2 pour vo = - to Hdisp = ConstProp DFactor La valeur de la constante ConstProp est trouvée égale à 0,778 par une étude de simulation sur ordinateur. Toutes les grandeurs présentes dans ces formules sont bien connues de l'homme de l'art et accessibles à la mesure, couramment caractérisées ou facilement déduites des caractérisations usuelles. La porosité est la proportion de volume poreux connexe du matériau constituant les parois du garnissage, c'est une caractéristique publiée dans les fiches techniques des matériaux commerciaux. La porosité est mesurable par porosimétrie au mercure pour les pores de tailles supérieures à 50 nm, par adsorption d'azote pour les pores de taille inférieure à 50 nm. La taille des pores est issue de ces mêmes techniques. La tortuosité représente le trajet spatial que doit parcourir une molécule pour aller d'un point à un autre dans le matériau poreux en s'écartant de la ligne droite. C'est une valeur couramment admise et documentée. En particulier de nombreuses lois ont été proposées pour relier la porosité à la tortuosité. On consultera « Tortuosity-porosity relation in the porous media flow », Maciej Matyka, Arzhang Khalili, Zbigniew Koza, 22/01/2008. Sans prétendre être exhaustif on pourra citer la loi suivante, qui sera celle utilisée pour les définitions de ce texte lorsqu'une mesure directe ne sera pas disponible : T =1- p * ln(P) Dans laquelle on pourra prendre pour p une valeur de 0,80. Le facteur C mesure la réduction de la diffusivité moléculaire du soluté liée à la taille des pores du matériau constituant les parois. Cette grandeur se calcule différemment en phase condensée dense (supercritique ou liquide) et en phase diluée (gaz). En phase gaz la diffusion devient gênée lorsque le flux diffusif entre en écoulement de Knudsen. Ceci survient lorsque le libre parcours moyen des molécules devient de l'ordre de ou supérieur au diamètre des pores. La diffusivité de Knudsen s'écrit : CIPore K * Na, *TK ri* MA DKA * 3 Lorsque la diffusivité de Knudsen et la diffusivité moléculaire sont en compétition, on écrit : 1 1 1 - a * yA DAe DKA DAB Avec NB a = 1 + - NA En général on simplifie cette formule par : 1 1 1 DAe DKA DAB Le coefficient C s'en déduit CDAe DKA DAB DAB + DKA En phase condensée C se calcule différemment. De nombreuses corrélations sont disponibles dans la littérature. On citera celle-ci comme définition pour les formules du présent texte (Deen, 1987) : C = Kp * Kr Avec Kp = (1 - À)2 Et Kr = 1 - 2,104* À + 2,089 * À2 - 0,948* À3 À =0 Rh est le rayon moléculaire de la molécule d'espèce à séparer considérée comme une sphère et ro le rayon des pores. Kp est un facteur tenant compte d'un écart de la concentration à l'équilibre entre les pores et le milieu infini. Kr prend en compte les gènes stériques des molécules à séparer dans le volume des pores. On constate ainsi que le groupe C devient inférieur à 0,1 pour un rapport À de 0,5, correspondant à une taille de pore inférieure à 2 fois le diamètre de la molécule d'espèce à séparer. On perd un ordre de grandeur sur la diffusivité effective, qui devient prohibitivement basse, et l'efficacité de la séparation devient mauvaise. Le tableau suivant calcule le rapport C pour différentes molécules et différentes tailles de pore. Rh25 molécule rh m ro(n / Kp Kr C organique 0,15 0,3 1 0,00 0,04 0,00 organique 0,15 0,6 0,5 0,25 0,35 0,09 organique 0,15 1 0,3 0,49 0,53 0,26 organique 0,15 2 0,15 0,72 0,73 0,53 organique 0,15 4 0,075 0,86 0,85 0,73 organique 0,15 6 0,05 0,90 0,90 0,81 organique 0,15 10 0,03 0,94 0,94 0,88 protéine 1,5 6 0,5 0,25 0,35 0,09 protéine 1,5 10 0,3 0,49 0,53 0,26 protéine 1,5 30 0,1 0,81 0,81 0,66 protéine 1,5 100 0,03 0,94 0,94 0,88 macromolécule 5 30 0,33 0,44 0,50 0,22 macromolécule 5 100 0,10 0,81 0,81 0,66 macromolécule 5 300 0,03 0,93 0,93 0,87 Comme vu précédemment la diffusivité effective d'une molécule dans un milieu poreux est liée à plusieurs facteurs: 1. A la fraction de volume du milieu poreux ouverte à la diffusion des molécules 2. A la tortuosité du milieu, c'est à dire à la longueur que la molécule doit effectivement parcourir pour joindre deux points en contournant les obstacles constitués par les parois des pores. Elle est exprimée sous forme du rapport entre la distance en ligne droite et la distance effectivement parcourue. 3. A la diffusivité réelle des molécules dans les pores du milieu. On considère que la diffusivité effective s'écrit à l'aide du groupement figurant dans la formule donnant FDiff : Deff=Do*P*C/T. On pourra indifféremment utiliser Deff /DO ou P*C/T dans ladite formule. On utilise dans la formule donnant FDil le groupement de capacité valable pour une chromatographie de partage : fVolStat * K On pourra utiliser tout terme équivalent représentant la capacité de rétention d'un soluté par la phase stationnaire et en particulier dans le cas d'une adsorption surfacique lui substituer le groupe: * Kacis La réalisation de garnissages présentant les caractéristiques requises sera faite de préférence en respectant l'item 7 suivant, avantageusement les items 1,2,3,5, 6 et 7 simultanément, et, encore plus avantageusement la totalité des 9 items suivants simultanément : De préférence on réalisera des conduits de sections circulaires, hexagonales ou carrées. De préférence ces conduits seront empilés aux sommets d'une maille constante triangulaire ou carrée. Les conduits s'étendront de façon rectiligne et sans coude suivant toute la longueur du garnissage Les ouvertures des conduits seront ouvertes et débouchantes de chaque côté du garnissage. La variabilité (ou écart type) sur le diamètre des conduits sera inférieure à 15% de leur diamètre moyen, de préférence à 5 % de leur diamètre moyen , et plus avantageusement à 2,0% de celui ci. Le matériau des parois présentera une porosité supérieure à 15% en volume, et avantageusement supérieure à 40% en volume. Cette grandeur affecte à la fois le facteur de porosité P et le facteur de tortuosité T. Un garnissage présentant un taux de volume poreux élevé sera moins tortueux. Il sera donc d'autant plus efficace. De préférence on utilisera des garnissages présentant une porosité à 60 % en volume environ. Les pores du matériau seront adaptées à la taille des molécules à séparer : pour une séparation en phase condensée une population de ces pores présente avantageusement un diamètre moyen supérieur à 2 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer, et préférentiellement compris entre 2 fois et 1000 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer. Ces pores assurent un passage connexe d'un conduit à l'autre permettant à la diffusion moléculaire de s'opérer entre conduits adjacents. Avantageusement ces pores ont un diamètre supérieur au libre parcours moyen des molécules pour une application en chromatographie en phase gaz. Les parois seront réalisées de façon à conférer à leur épaisseur, à leur topologie et à leur homogénéité une grande régularité. Cela signifie que l'épaisseur d, présentera un écart type meilleur que 30% de sa valeur moyenne entre les conduits et pour un même conduit. De façon préférentielle cet écart type sera meilleur que 10% de sa valeur moyenne. Ceci pourra être réalisé par exemple 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 30 8. 35 par une procédure d'enduction par trempage en continu d'un fil régulier et circulaire. Les fibres sont ensuite éliminées comme décrit dans la demande de brevet VVO 2011/114017 par exemple. 9. Avantageusement on réalisera dans les parois du garnissage une première population connexe de pores d'adressage de fort diamètre (macroporeuses ou mésoporeuses) permettant la diffusion rapide des molécules dans le sein de la porosité et entre les conduits, et une seconde population de pores fonctionnelles contigües et communicantes avec celles de la première population, qui auront pour charge l'activité de la séparation et apporterons de la surface spécifique, et de la capacité. Le garnissage suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il développe plus de 300 plateaux théoriques à l'optimum d'efficacité, de préférence plus de 1000 plateaux théoriques, et encore plus avantageusement plus de 10000 plateaux théoriques. En effet les monolithes poreux du commerce sont destinés à un usage différent de la chromatographie, en général la filtration ou les séparations par membranes, et présentent des diamètres de conduits supérieurs à 0,5 mm et des épaisseurs de paroi de l'ordre du millimètre. Les parois de garnissages issus d'un frittage de céramiques à haute températures sont en général non poreuses. On calculera en première approche le nombre maximal de plateaux théorique optimal NTHMax d'un monolithe poreux suivant l'invention comme étant donné par la relation : LG NTHMax = c+ * P* 1,6 d Pour tirer un plein parti des garnissages suivant l'invention, il sera caractérisé en ce qu'il développe plus de 100000 plateaux. Les garnissages selon l'invention pourront développer plus de 500000 plateaux. Parmi les méthodes utilisables pour réaliser ces garnissages multicapillaires, on citera en particulier les méthodes décrites dans la demande VVO 2011/114017. Rappelons que ces méthodes comportent un procédé de fabrication d'un matériau poreux monolithique comprenant des conduits capillaires substantiellement rectilignes et parallèles entre eux, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de : - fourniture d'un faisceau de fibres dites précurseurs des conduits dont le diamètre est égal à celui des conduits capillaires, - formation d'une matrice autour des fibres, - élimination des fibres de façon à former lesdits conduits capillaires. Avantageusement le garnissage comprend au moins une partie dont : - les conduits capillaires sont substantiellement rectilignes et parallèles entre eux -les conduits présentent un diamètre substantiellement uniforme les uns par rapport aux autres, - la section de chaque conduit est régulière sur toute sa longueur, - l'ensemble des conduits traversent ladite partie de part en part. Par diamètre substantiellement uniforme on entend dans le présent texte que l'écart type sur le diamètre des conduits ne diffère pas de plus de 15% de leur diamètre moyen, 10 Avantageusement pas de plus de 5% et encore plus avantageusement pas de 2% de leur diamètre moyen. Par section substantiellement uniforme on entend que la section d'un conduit ne varie pas de plus d'un facteur 3 entre deux parties d'un même conduit. Avantageusement on sélectionne un matériau poreux des parois présentant une 15 première population de pores interconnectées entre elles et avec les conduits de diamètres tel qu'elles permettent une diffusivité effective des espèces à séparer dans les parois du garnissage au moins égale à 10 % de leur diffusivité en milieu libre non poreux. Avantageusement ces pores ont un diamètre moyen compris entre 1 et 2000 nanomètres. 20 De façon à ne pas perdre excessivement en surface spécifique, on opérera avantageusement dans une fourchette de taille de pore dépendant de l'application. Pour une séparation en phase condensée cette population présente avantageusement un diamètre moyen de pores supérieur à 2 fois, préférentiellement supérieur à 5 fois et encore plus préférentiellement à 10 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer. 25 Pour une séparation en phase condensée cette population présente avantageusement un diamètre moyen de pores inférieur à 1000 fois, plus préférentiellement inférieur à 100 fois et encore plus préférentiellement inférieur à 30 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer. De façon à ne pas perdre excessivement en surface spécifique et donc en capacité, on 30 opérera avantageusement dans une fourchette de taille de pore dépendant de l'application. Avantageusement le diamètre moyen des pores communicantes du matériau sont supérieures à 2 fois et inférieures à 1000 fois, plus préférentiellement supérieures à 2 fois et inférieures à 100 fois et encore plus préférentiellement supérieures à 2 fois et inférieures à 30 fois le diamètre moléculaire des molécules à séparer. Les molécules de la chimie organique se divisent en petites molécules dont le diamètre moléculaire est de 0,3 nanomètres environ, en grosses molécules de taille intermédiaire comme les protéines, et en macromolécules de grande taille. Avantageusement les molécules de poids moléculaire compris entre 0 et 1000 g/mole seront séparée avec des tailles de pores communicantes du matériau des parois entre les conduits comprises entre 4 et 30 nm, les molécules de poids moléculaire de 10000 g/mole seront séparées avec des tailles de pores communicantes du matériau des parois entre les conduits comprises entre 10 et 100 nm, les molécules de poids moléculaire de 100000 g/mole seront séparées avec des tailles de pores communicantes du matériau des parois entre les conduits comprises entre 30 à 300 nm. Avantageusement la taille de pores (en nm) communicantes optimale du matériau des parois entre les conduits du garnissage sera exprimée en fonction du poids moléculaire MW (en kg/mole) des espèces à séparer par la loi : ro = 10* VMW Avantageusement ces pores ont un diamètre supérieur au libre parcours moyen des molécules pour une application en chromatographie en phase gaz. Avantageusement ce matériau contiendra une seconde population de pores en contact ouvert avec la première population. Avantageusement cette seconde population aura un diamètre de pores inférieur à celui de la première population. Avantageusement le volume poreux de la première population représentera plus de 40 % , de préférence plus de 50% et encore plus préférentiellement plus de 60% du volume poreux du matériau poreux du garnissage, volume poreux calculé en excluant le volume des conduits, c'est-à-dire en considérant que le volume du garnissage externe aux parois des conduits. Avantageusement le volume poreux de la seconde population représentera entre 10 % et 60% du volume poreux du matériau poreux du garnissage. Avantageusement on utilisera des gels de silice monolithiques bimodaux dont la première population sera macroporeuse et la seconde population mésoporeuse. Avantageusement ce monolithe est réalisé en un gel de silice. Avantageusement la première population est constituée de macropores, et la seconde population de mésopores. On trouvera dans les publications suivantes des exemples non limitatifs de méthodologies pour contrôler la taille de pores de gels de silice. Ces publications sont citées à titre illustratif et ne constituent nullement une base exclusive pour fixer l'état de l'art. « Shrinkage during drying of silice gel » de D.M. smith et ail, Journal of non crystalline solids, 188, (1995), 191-206, « Pore structure evolution in silice gel during aging/drying Part I, Temporal and thermal ageing » Pamela J. Davis, Journal of non crystalline solids, 142, (1992), 189-196, « Pore structure evolution in silice gel during aging/drying Part II, Effect of Pore fluids Pamela J. Davis, Journal of non crystalline solids, 142, (1992), 197-207, « Pore structure evolution in silice gel during ageing/drying Part II, Effects of Surface Tension » Ravindra Deshpande, Journal of non crystalline solids, 144, (1992), 32-44. De façon particuliérement avantageuse, on pourra parfaitement contrôler la taille de pore du garnissage selon l'invention en utilisant pour sa fabrication un procédé charge liant. Dans un tel procédé on agglomère une charge pulvérulente sous l'action d'un liant organique ou minéral. La charge peut consister avantageusement en une phase stationnaire poreuse pour la chromatographie comme une silice, une alumine, une cellulose, etc... Le liant peut constituer en un sol, un procédé sol gel, une argile, une céramique, un polymère, etc... Ces produits sont disponibles dans le commerce avec des tailles de pores et des caractéristiques poreuses (tortuosité, volume poreux ou porosité, etc...) dans une large gamme et parfaitement définies. On trouvera en particulier chez la société Silicycle des silices de taille de pore définies de 40 Angstrôm, 60 Angstrôm, 80 Angstrôm 90 ,Angstrôm , 100 Angstrôm , 120 Angstrôm , 150 Angstrôm , 300 Angstrôm, 1000 Angstrôm . Ces silices pour la chromatographie sont sur leur catalogue disponible en ligne sur leur site internet avec des morphologies (sphériques, irrégulières) et des granulométries variées (de 1,8 a 500 pm). Ces silices peuvent être broyées et tamisées pour obtenir toute granulométrie voulue, entre 0,2 pm et 500 pm par exemple Leur mise en forme de garnissage multicapillaire peut se faire à l'aide d'un liant, autour de fibres assemblées en faisceau de façon à former une matrice. Les fibres sont ensuites éliminées laissant leur empreinte sous forme de canaux dans la matrice. Avantageusement ce garnissage sera réalisé par un gel de silice bimodal pour des séparations de macromolécules : On en trouvera des exemples utilisables dans le document suivant : N. Ishizuka , Designing monolithic double pore silice for high speed liquid chromatography, Journal of Chromatography A, 797 (1998), 133-137 Avantageusement ce garnissage est réalisé en un gel polymérique organique monolithique. On choisira la nature du gel et son degré de réticulation pour sélectionner la taille de pores voulue. Cette taille de pores et la porosité sont bien documentées dans la littérature commerciale, la littérature scientifique et la littérature brevet. Parmis les gels polymériques on citera en particulier de façon non limitative les polymères Polystyrene Divinylbenzene contenant de 2 à 8 % de DVB, les silices greffées cyclodextrine, la cellulose et ses dérivés, en particulier ses esters, carbamate ou amylase, les polyholosides, le polytriphenyl methyl methacrylate, le polypyridy1-2 diphenyl methyl methacrylate, les polyacrylates, les polyesters, les alcool polyvinyliques, les agaroses réticulés et leurs dérivés substitués, les dextranes réticulés. Selon un mode de réalisation, le gel organique est un copolymère du styrène et du divinylbenzène. Les copolymères du styrène et du divinyl benzène présentent une diffusivité et une perméabilité élevée vis à vis de molécules dissoutes dans un solvant. Afin d'augmenter cette diffusivité, on diminue le taux de styrène. Cette diminution a pour effet de faire varier la taille de pore du matériau. Le taux pondéral de divinylbenzène dans le styrène pourra être fait varier entre 20%, et 2%, un taux fort réduisant la taille de pores. En particulier ces gels organiques peuvent être réalisés au départ de mélanges de monomères monofonctionnels et de monomères multifonctionnels polymérisés dans un mileu porogéne. Les monomères multifonctionnels réticulent le polymère obtenu. Ces monomères peuvent être des acrylates, méthacrylates, acrylamides, methacrylamides, vinylpyrolidones, vinylacétates, acide acrylique, acide methacrylique, acide vinyl sulfoniques, etc... Le taux de monomère monofonctionnel peut varier entre 2% et 98% en poids des monomères totaux. Avantageusement il est compris entre 2% et 40% en poids des monomères totaux. Les monomères bi ou multifonctionnels peuvent être des monomères basés sur du benzène, naphtalène, pyridine, alkyl éthylène, glycol, etc. comportant deux ou plusieurs groupements fonctionnels vinyl. Le taux de monomère bi ou multifonctionnel peut varier entre 100% et 2% en poids des monomères totaux. Avantageusement ledit taux est compris entre 98 % et 60% en poids des monomères 35 totaux. Le porogène est tout matériau ou produit pouvant être éliminé après la polymérisation pour générer de la porosité. Ce peut être un solvant organique, de l'eau, un polymére décomposable, etc... Le choix du porogène et sa quantité détermine la taille moyenne et la répartition en taille des pores obtenus. Avantageusement le volume de porogène est compris entre 20% et 500% du volume des monomères ou des oligomères constituant le gel organique. Encore plus avantageusement le volume de porogène est compris entre 40% et 300% du volume des monomères ou des oligomères constituant le gel organique. Les tailles de pores obtenues en faisant varier ces conditions sont bien documentées et font partie de l'état de la technique. On consultera en particulier le document suivant pour la synthèse des agaroses réticulés : « Agar derivatives for chromatography, electrophoresis and gel-bound derivatives » Jerker Porath, J.C. Janson, T. Laas, J. Chromatogr., 60 (1971), 167-177 Les dextranes et agaroses réticulés sont connus sous les noms commerciaux de Sephadex et Sepharose (marque de GE Healthcare). La taille de leurs pores est parfaitement maitrisée et déterminée par leur degré de réticulation. La figure 1 est une vue en coupe d'un garnissage multicapillaire cylindrique 3 suivant une direction perpendiculaire à son grand axe. Il comprend une masse poreuse 2 et des conduits capillaires vides 1 où le fluide traversant le garnissage 3 peut circuler librement. La masse poreuse est avantageusement monolithique. Dans le cas décrit, les conduits capillaires sont droits, parallèles, et espacés de façon régulière. Les différents conduits ont des morphologies et diamètres aussi identiques que possible. Chaque conduit traverse le matériau, c'est-à-dire qu'il a avantageusement ses extrémités ouvertes de chaque côté 4 et 5 du garnissage cylindrique, permettant la circulation du fluide du côté d'entrée vers le côté de sortie. La figure 2 est une vue de dessus d'une face 5 du garnissage cylindrique vu suivant la direction 6. On distingue les ouvertures des conduits capillaires individuels 1 dans la masse 2. La figure 3 représente le schéma physique simulé sur ordinateur. Les conduits répartis sur une maille carrée ou hexagonale échangent de la matière avec leur voisins par diffusion moléculaire au travers de leurs parois. La figure 4 représente le schéma numérique simulé sur ordinateur. La colonne multicapillaire est discrétisée en tranches ou cellules suivant l'axe de l'écoulement du fluide (flèche D1). A l'intérieur de chaque tranche la section de chaque conduit est discrétisée en cellules de symétrie cylindrique (flèche D2). Le matériau poreux est caractérisé par une porosité ou fraction de vide volumique, une fraction de phase stationnaire, une tortuosité et un coefficient de correction C de la diffusivité calculé sur la base d'une taille de pore moyenne. Les équations différentielles ordinaires (ODE) décrivant le bilan matière de chaque composé élue ou éluant dans chaque cellule sont posées et résolues séquentiellement par un intégrateur numérique de type Euler explicite avec un faible pas de temps. La figure 5 représente un premier résultat des simulations. Les courbes sont tracées avec la longueur de la colonne (en pm) en abscisse et le nombre de plateaux théoriques en ordonnée. La courbe délimitée par des losanges qui plafonne à un nombre de plateaux théorique indépendant de la longueur représente le comportement d'un faisceau de capillaires indépendant à parois pleines. Ladite courbe représente un garnissage constitué de canaux de diamètre aléatoirement variable suivant une loi statistique gaussienne autour d'une moyenne de 10 pm avec un écart type de 0,5pm, pour des parois non poreuses. Le diamètre des conduits varie statistiquement suivant une loi normale. La droite délimitée par des carrés représente le comportement de la même colonne avec des parois poreuses permettant aux molécules des substances à séparer de diffuser entre les conduits. L'efficacité croît linéairement proportionnellement à la longueur. La diffusion nivelle les différences de comportement entre les conduits. Cette droite représente le même faisceau que la courbe inferieure avec des parois poreuses présentant 55% de volume poreux, une épaisseur de paroi de 2 pm et une taille de pore dix fois supérieure au diamètre moléculaire des espèces a séparer. La figure 6 représente le profil de concentration résultant de la diffusion d'un composant présent initialement dans un conduit après un temps t. La matière diffuse dans les autres conduits. La courbe en cloche de type gaussien obtenue s'étale et s'affaisse dans le temps. De ce fait le comportement de chaque conduit devient une moyenne cumulée des contributions d'un nombre croissant de conduits lorsque le temps s'écoule. Le comportement indépendant de chaque conduit est nivelé et devient en permanence le résultat d'une moyenne sur un large échantillon de conduits voisins. La figure 7 montre ce comportement. Un conduit central diffuse dans les conduits périphériques et reçoit de la matière de ceux-ci, la quantité de matière étant d'autant plus grande que la couleur attribuée au conduit est foncée. La figure 8 représente la corrélation obtenue entre la hauteur partielle de plateau théorique attribuable au phénomène de dispersion Hdisp et le DFactor, tous deux exprimés en micromètre. La corrélation est linéaire et excellente dans tout le domaine de conditions opératoires numériquement exploré. La figure 9 représente les différentes variables de caractérisation d'un matériau poreux suivant l'invention. Le matériau vu en coupe présente des parties solides 6 séparées par un réseau connexe de pores 7 de diamètre 10. La fraction volumique de vide 7 est la porosité P. Le rapport moyen entre le chemin 9 effectivement parcouru par une molécule diffusante et le chemin optimal 11 est la tortuosité T du matériau. On suppose sur cette figure que le flux de fluide s'écoule du haut vers le bas de la figure. La figure 10 représente schématiquement les rapports entre le diamètre des molécules diffusantes en phase condensée et le diamètre des pores 15 s'étendant au travers d'un matériau poreux 12. Les molécules de grande taille 14 dont le diamètre est de l'ordre de grandeur du diamètre des pores 15 subissent une gêne stérique lors de leur diffusion. En revanche, la diffusivité moléculaire des espèces de petite taille 13 dont le diamètre est un ordre de grandeur en dessous de celui 15 des pores n'est pas significativement affectée. La figure 11 représente les pertes de charge d'un solvant aqueux dans deux colonnes de même longueur, l'une remplie d'une phase stationnaire particulaire sphérique (points carrés tournés à 45°), l'autre d'un monolithe multicapillaire (points carrés horizontaux). L'abscisse porte le diamètre des particules ou des conduits en pm, l'ordonnée la perte de charge en bar. La perte de charge est calculée à l'optimum d'efficacité de la colonne dans les deux cas. On constate que la perte de charge est un ordre de grandeur plus faible avec des conduits capillaires. L'écart devient significatif en pratique pour un diamètre caractéristique de 30 pm. La figure 12 montre une courbe de Van Deemter obtenue par simulation. Cette courbe est obtenue pour un capillaire de diamètre 10 pm entouré d'une pellicule de phase stationnaire poreuse de 55% de volume poreux et 2 pm d'épaisseur. L'axe des abscisses est la vitesse de la phase mobile dans le conduit en pm/s, l'axe des ordonnées représente la hauteur de plateaux théorique en pm. La courbe de Van Deemter montre que la hauteur d'un plateau théorique présente un minimum correspondant à l'optimum d'efficacité de la colonne. Dans le présent texte, on calculera le diamètre moléculaire suivant deux façons suivant le poids moléculaire et les caractéristiques de la substance considérée. Pour les substances présentant une phase gazeuse ou dont on peut calculer les coordonnées du point critique, on utilisera le covolume, terme b de l'équation de Van der Vals, divisé par 4 et par le nombre d'Avogadro, et l'on calculera le diamètre d'une sphère de volume équivalent. On sait en effet que le covolume b est égal à quatre fois le volume moléculaire. Le covolume est aisément accessible à partir des coordonnées critiques du corps considéré. Pour les macromolécules, les molécules biologiques (protéines, etc...) et les molécules ne présentant pas de phase gazeuse, on utilisera le diamètre hydrodynamique mesuré par diffusion dynamique de la lumière. Dans le présent texte, on calcule le diamètre moyen et l'écart type du diamètre des conduits par analyse d'image sur une tranche du garnissage parallèle aux conduits. Lorsque les conduits présentent une variabilité ou écart type sur leur diamètre supérieure le long du garnissage à leur écart type mesuré sur une tranche du garnissage perpendiculaire aux conduits, on mesure le diamètre moyen sur une multiplicité de tranches effectuées le long du garnissage, afin de connaitre le volume de chaque canal et connaissant celui-ci son diamètre moyen sur la base d'une longueur constante égale à celle du garnissage.. Dans le présent texte, on calcule l'épaisseur moyenne et l'écart type de l'épaisseur des parois des conduits par analyse d'image obtenue par microscopie électronique à balayage sur une tranche du garnissage parallèle aux conduits. Lorsque les conduits présentent une variabilité ou écart type sur l'épaisseur de paroi supérieure le long du garnissage à leur écart type mesuré sur une tranche du garnissage perpendiculaire aux conduits, on mesure l'épaisseur de paroi moyenne sur une multiplicité de tranches effectuées le long du garnissage, afin de connaitre le volume de chaque paroi et connaissant celui-ci son épaisseur moyenne sur la base d'une longueur constante égale à celle du garnissage. Dans le présent texte, on entend par moyenne d'un ensemble de valeurs d'une variable X sa moyenne arithmétique E[X]. L'écart type est défini comme la racine carrée de la moyenne arithmétique de (X-E[X])2. Par distribution, on entend dans le présent texte un ensemble de valeurs de la variable X. Exemple de réalisation 1 Un fil d'un mélange de polymethacrylate de méthyle (PMMA), est produit avec un diamètre de 0,3 mm. Ce fil est découpé en aiguilles rectilignes de 220 mm de longueur. 200 g de Gel de Silice pour la chromatographie de taille de pore 4 nm (SiliCycle ref R10030 A) est broyé jusqu'à un diamètre moyen de particules de 10 pm environ. La poudre est mise graduellement en suspension dans 500 ml d'un mélange de 200 ml de sol de silice H530 de Grace a 30% en matière sèche et de 300 ml d'eau déminéralisée,. Une fois la mise en suspension terminée, le fil de PMMA est séché sous un courant d'air sec à 80°C. Les aiguilles sont ensuite coupées avec une longueur exacte de 200 mm en dégageant chaque côté et disposées dans un logement carré de 3.0 mm de côté et de 200 mm de long creusées dans une feuille de 20x10x200 mm d'acier inoxydable 316L, et d'un couvercle plan dans une feuille de 20x10x200 mm de PTFE (marque Teflon déposée par DuPont de Nemours). Les aiguilles sont disposées parallèlement les unes aux autres et régulièrement en sept couches successives formant une section carrée dans le logement d'inox inférieur. Une mixture de 5 ml de Ludox HS30 (marque Grace, sol de particules de silice amorphe de 7 nm de diamètre, de surface spécifique de 360 m2/g, 30% en poids de silice contenue) et de 0,1 ml d'acide acétique est préparée. Le faisceau d'aiguilles de PMMA est imprégné avec ce mélange. Le liquide doit remplir la totalité du garnissage, qui doit s'y trouver immergé. Les deux parties, inox et teflon sont vissées l'une contre l'autre. Le mélange est maintenu à 90°C jusqu'à gel complet du sol. Le couvercle en PTFE supérieur maintenant le faisceau est extrait du gel, les extrémités du gel sont dégagées, et le faisceau dans son logement inox sont portés graduellement avec une montée en température de 1°C /mn jusqu'à 500 °C dans un four. Ils sont maintenus 5 heures à cette temperature. Un couvercle manufacturé dans une feuille de 20x10x200 mm d'acier inoxydable 316L est replacée pour refermer le garnissage en substitution de la demi coque en PTFE. Le monolithe est lavé à l'eau desionisée percolée par les conduits libres. Le monolithe ainsi obtenu peut être utilisé directement pour la chromatographie liquide de molécules de poids moléculaire de 100 g/mole à 200 g/mole . Exemple de réalisation 2 Un fil d'un mélange de polymethacrylate de méthyle (PMMA), est produit avec un diamètre de 0,3 mm. Ce fil est découpé en aiguilles rectilignes de 220 mm de longueur. 200 g de Gel de Silice pour la chromatographie de taille de pore 30 nm (SiliCycle ref S10070 M) est broyé jusqu'à un diamètre moyen de particules de 10 pm environ. Un sol de silice de 40 nm de taille de particule et de 70 m2/ g de matiére seche est obtenu par addition de silicate de soude désionisé (par passage sur un echangeur de cations), de façon à réaliser à pH 9 et à 90°C un dépôt de silice régulier sur un sol TM 50 de Grace en solution diluée. La poudre est mise graduellement en suspension dans 500 ml d'un mélange de 200 ml de sol de silice à 50% en matière sèche et 40 nm de taille de particule obtenu précédemment et de 300 ml d'eau déminéralisée. Une fois la mise en suspension terminée, le fil de PMMA est séché sous un courant d'air sec à 80°C. Les aiguilles sont ensuite coupées avec une longueur exacte de 200 mm en dégageant chaque côté et disposées dans un logement carré de 3.0 mm de côté et de 200 mm de long creusées dans une feuille de 20x10x200 mm d'acier inoxydable 316L, et d'un couvercle plan dans une feuille de 20x10x200 mm de PTFE (marque Teflon déposée par DuPont de Nemours). Les aiguilles sont disposées parallèlement les unes aux autres et régulièrement en sept couches successives formant une section carrée dans le logement d'inox inférieur. Une mixture de 5 ml du sol de 40 nm à 50% en matière sèche et de 0,1 ml d'acide acétique est préparée. Le faisceau d'aiguilles de PMMA est imprégné avec ce mélange. Le liquide doit remplir la totalité du garnissage, qui doit s'y trouver immergé. Les deux parties, inox et teflon sont vissées l'une contre l'autre. Le mélange est maintenu à 90°C jusqu'à gel complet du sol. Le couvercle en PTFE supérieur maintenant le faisceau est extrait du gel, les extrémités du gel sont dégagées, et le faisceau dans son logement inox sont portés graduellement avec une montée en température de 1°C /mn jusqu'à 500 °C dans un four. Ils sont maintenus 5 heures à cette temperature. Un couvercle manufacturé dans une feuille de 20x10x200 mm d'acier inoxydable 316L est replacée pour refermer le garnissage en substitution de la demi coque en PTFE. Le monolithe est lavé à l'eau desionisée percolée par les conduits libres. Le monolithe ainsi obtenu peut être utilisé directement pour la chromatographie liquide de molécules de poids moléculaire de 1000 g/mole environ.. Exemple de réalisation 3 Un fil de polydioxanone est produit avec un diamètre de 0,25 mm. Le fil est coupé en tronçons rectilignes de 15 cm de long, recouverts par trempage d'une fine couche d'un mélange contenant 8 g de méthacrylate d'hydroxyéthyle, 32 g de divinylbenzène, 445 mg d'azobisisobutyronitrile, 120 g de dodécanol et d'un volume d'Aerosil 380 équivalent à 9/10 du volume de la solution. Les tronçons sont polymérisés 24 heures sous azote à 70°C. Ils sont ensuite coupés en longueurs de 120 mm et assemblés en un faisceau de 4 mm de diamètre environ dans un tube de verre de 100 mm de long et 4 mm de diamètre intérieur préalablement préparé. On prépare en parallèle un mélange contenant 16 g de méthacrylate d'hydroxyéthyle, 64 g de divinylbenzène, 890 mg d'azobisisobutyronitrile, 120 g de dodécanol et on le dégaze sous azote durant 20 minutes. Le faisceau préparé précédemment est rempli avec ce mélange et porté à 70°C durant 24 heures. Le mélange se polymérise. Le composite ainsi réalisé est libéré en sectionnant les tronçons de fil de part et d'autre du tube de verre au ras de ses extrémités, perpendiculairement auxdits tronçons. Le monolithe ainsi réalisé est lavé y faisant percoler du THF durant 30 minutes et séché a l'étuve à 90°C. Les fils de polydioxanone sont dissous par de la soude N à 90°C percolée au travers du garnissage durant 1 heure, puis le garnissage est lavé par de l'eau distillée jusqu'à neutralité. Le monolithe ainsi obtenu peut être utilisé directement pour la chromatographie liquide de molécules de poids moléculaires de 500 g/mole à 5000 g/mole . Exemple de réalisation 4 Un fil de polydioxanone est produit avec un diamètre de 0,25 mm. Le fil est coupé en tronçons rectilignes de 15 cm de long, recouverts par trempage d'une fine couche d'un mélange contenant 8 g de méthacrylate d'hydroxyéthyle, 32 g de divinylbenzène, 445 mg d'azobisisobutyronitrile, 120 g de dodécanol et d'un volume d'Aerosil 380 équivalent à 9/10 du volume de la solution. Les tronçons sont polymérisés 24 heure sous azote à 70°C. Ils sont ensuite coupés en longueurs de 120 mm et assemblés en un faisceau de 4 mm de diamètre environ dans un tube de verre de 100 mm de long et 4 mm de diamètre intérieur préalablement préparé. On prépare en parallèle un mélange contenant 8 g de méthacrylate d'hydroxyéthyle, 32 g de divinylbenzène, 445 mg d'azobisisobutyronitrile, 120 g de dodécanol et on le dégaze sous azote durant 20 minutes. Le faisceau préparé précédemment est rempli avec ce mélange et porté à 70°C durant 24 heures. Le mélange se polymérise. Le composite ainsi réalisé est libéré en sectionnant les tronçons de fil de part et d'autre du tube de verre au ras de ses extrémités, perpendiculairement auxdits tronçons. Le monolithe ainsi réalisé est lavé y faisant percoler du THF durant 30 minutes et séché a l'étuve à 90°C. Les fils de polydioxanone sont dissous par de la soude N à 90°C percolée au travers du garnissage durant 1 heure, puis le garnissage est lavé par de l'eau distillée jusqu'à neutralité. Un litre de billes d'agarose sont dissoutes dans un litre d'eau déminéralisée à 95°C. La porosité du monolithe est imprégnée de cette solution par trempage et drainage à 95 °C du coeur des conduits puis refroidissement. L'agarose occlus et gelé est lavé à l'eau distillée Un litre de solution de NaOH 1 N contenant 20 ml d'epichlorohydrine et 5 g de NaBH4 est préparé. On en remplit les conduits du monolithe. Le monolithe est porté à 60°C durant une heure. Le gel réticulé obtenu est lavé à l'eau chaude jusqu'à neutralité. Le monolithe ainsi obtenu peut être utilisé comme base pour la chromatographie liquide de protéines. Glossaire C: coefficient de correction de la diffusion en milieu libre liée à la taille des pores et au diamètre des molécules à séparer Dréel : diffusivité moléculaire d'une espèce à séparer dans le milieu réel du garnissage m2/s Do : diffusivité moléculaire en milieu libre dans la phase mobile d'une espèce à séparer m2/s D, : diffusivité moléculaire en milieu libre dans la phase stationnaire d'une espèce à séparer m2/s DKA diffusivité de Knudsen, m2/s DAB diffusivité moléculaire M2/S DAe : diffusivité en régime intermédiaire m2/s d,: diamètre moyen des conduits, mètre de : épaisseur moyenne de la paroi séparant les conduits, métre dpore : diamètre des pores, m dp-,' : diamètre maximal des conduits permettant un equilibrage naturel d'une chromatographie gravitaire, m fvolstat fraction volumique de phase stationnaire dans la paroi du garnissage (m3/ m3) H : hauteur de plateau théorique globale, mètre H'p : hauteur de plateau théorique d'un seul capillaire de diamètre moyen, mètre Hdise : hauteur de plateau théorique chromatographique liée aux irrégularités du diamètre des conduits, mètre HdispE : hauteur de plateau théorique chromatographique liée aux irrégularités des parois des conduits, mètre Hdiep: hauteur de plateau théorique liée aux irrégularités des capillaires, mètre k' : facteur de rétention de la colonne (temps d'élution = temps de rétention minimal*(1+k')) K: coefficient de partage de l'espèce à séparer entre la phase stationnaire et la phase éluante, (mole/m3)/(mole/m3) Kads : coefficient de partage en adsorption de l'espèce à séparer, (mole/m2)/(mole/m3) L: distance parcourue par le pic élue dans le chromatographe durant le temps t, mètre LG : longueur du garnissage, mètre NPT : nombre de plateaux théoriques de la colonne. MA masse molaire du composant A, kg/mole M: masse moléculaire du composant à séparer, kg/mole NrnaxD, :nombre de plateaux maximal d'une séparation chromatographique lié a des conduits de diamètre irrégulier NmaxD, NmaxE nombre de plateaux maximal d'une séparation chromatographique lié a des conduits de parois irrégulières N : nombre équivalent de conduits en interaction Nay: nombre d'Avogadro P: porosité du matériau poreux constituant les parois du garnissage, fraction volumique Q : quantité de matière injectée dans le capillaire, mole R : distance du point diffusif, mètre Rh: rayon moléculaire des molécules de l'espèce à séparer, nanomètre ro : rayon des pores, nanomètre SigmaD : écart type relatif (écart type/moyenne) du diamètre hydraulique des conduits. SigmaE : écart type relatif (écart type/moyenne) de l'épaisseur des parois. S : surface spécifique du matériau poreux, m2/m3 t: temps depuis l'injection, seconde to : temps de rétention d'un composé non retenu, seconde tR : temps de rétention d'un composé R retenu, seconde T: tortuosité TK : température absolue, Kelvin vo : vitesse d'élution d'un composé non retenu, m/s y, : vitesse de la phase mobile dans le conduit, m/s VmoiEi volume molaire de la phase éluante, m3/mole Vmoistat volume molaire de la phase stationnaire, m3/mole Vs volume de phase stationnaire dans la colonne (m3) Vm volume de phase mobile dans la colonne (m3) X: fraction molaire, mole/m2 K : constante de Boltzmann, MKSA : viscosité de la phase mobile (Pa.$) REFERENCES VVO 2011/114017 K Nakanishi, Phase separation in silica sol-gel system containing polyacrylic acid, Journal of non crystalline Solids 139 (1992, 1-13 and 14-24 K. Nakanishi, Phase separation in Gelling Silica-Organic Polymer Solution: Systems Containing Poly(sodium styrenesulfonate), J. Am. Ceram. Soc. 74 (10) 2518-2530-30 (1991) Deen, W.M. Hindered transport of large molecules in liquid-filled pores, A.I.Ch.E Journal, 33,1409-1425 Tortuosity-porosity relation in the porous media flow, Maciej Matyka, Arzhang Khalili, Zbigniew Koza, 22/01/2008 Shrinkage during drying of silica gel, D.M. smith et al, Journal of non crystalline solids, 188, (1995), 191-206, Pore structure evolution in silica gel during aging/drying Part I, Temporal and thermal ageing, Pamela J. Davis, Journal of non crystalline solids, 142, (1992), 189-196, Pore structure evolution in silica gel during aging/drying Part II, Effect of Pore fluids, Pamela J. Davis, Journal of non crystalline solids, 142, (1992), 197-207, Pore structure evolution in silica gel during ageing/drying Part II, Effects of Surface Tension, Ravindra Deshpande, Journal of non crystalline solids, 144, (1992), 32-44, N. Ishizuka , Designing monolithic double pore silica for high speed liquid chromatography, Journal of Chromatography A, 797 (1998), 133-137 Agar derivatives for chromatography, electrophoresis and gel-bound derivatives, Jerker Porath, J.C. Janson, T. Laas, J. Chromatogr., 60 (1971), 167-177 REVENDICATIONS1. Procédé de chromatographie dans lequel on fait circuler une phase mobile gazeuse, liquide ou supercritique contenant des espèces à séparer au travers d'un garnissage comprenant une phase stationnaire, ledit garnissage étant caractérisé en ce que : - il comporte une pluralité de conduits capillaires traversant le garnissage entre une face dite amont par laquelle la phase mobile pénètre dans le garnissage et une face dite aval par laquelle la phase mobile sort du garnissage, - le matériau des parois desdits conduits comporte un réseau de pores connexes, lesdits pores formant des passages d'un conduit à l'autre permettant à la diffusion moléculaire de s'opérer entre conduits adjacents, lesdits pores présentant un diamètre moyen (dp') supérieur à deux fois le diamètre moléculaire des espèces à séparer, - le diamètre moyen des conduits est inférieur à 50 pm. 2. Procédé chromatographique selon la revendication 1, dans lequel le rapport, dit « hauteur relative de dispersion », de la hauteur de plateau théorique (Hd,sp) due aux inhomogénéités du garnissage sur la hauteur de plateau théorique totale (H) du garnissage est inférieur à 0,66. 3. Procédé chromatographique selon la revendication 2, dans lequel : - les espèces à séparer présentent un rayon moléculaire Rh dans le solvant d'élution, une diffusivité moléculaire Do dans le solvant d'élution, une diffusivité moléculaire Ds dans ou sur la phase stationnaire, un coefficient de partage K entre la phase stationnaire et le solvant d'élution, un facteur de rétention k' dans la colonne chromatographique, et - le garnissage comporte des conduits de diamètre moyen d, séparés par des parois d'épaisseur moyenne d, dont l'irrégularité est définie par un écart type du diamètre d, ramené à sa moyenne SigmaD et par un écart type de l'épaisseur d, ramené à sa moyenne SigmaE, - le matériau poreux constitutif des parois présente une fraction volumique poreuse P, une fraction volumique de phase stationnaire fvoistat ou une surface spécifique d'adsorption S, une tortuosité T, et le réseau de pores connexes présente un diamétre d pore , - la phase mobile s'écoule avec la vitesse moyenne v, dans les conduits et- la hauteur de plateau théorique (Hdisp) due aux inhomogénéités du garnissage est définie par la relation : (FKD * SigmaD2 + FKE * SigmaE2) * .(dc + de)2 Hdisp = 0,778 * * FDiff * FDil * (1+1e)* 2 où : vo est la vitesse d'élution d'un composé non retenu par la phase stationnaire FKD = (2 + 3 * 1+k' FKE - k0 * PB k0)) (fVo/Stat * K + * de * (2 * dc + de) k0- ,42 (2 * d, + 2 * de) * d, *D0 + [(d, + de) * (dc + de) - d,* ci,]* DE DC= (d, + de) * (d, + de) Do * P * C * (P + fvoistat) Ds * fvoistat * C * K * (P + fvoistat) DE - T * (P + fvoistat * K) T * (P + fvoistat * K) FDil = (ce + ((d, + de)2 - ce.) * (P + fvoistat * K)) C est un coefficient de correction de la diffusivité en milieu libre liée à la taille des pores et au diamètre des molécules à séparer. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le rapport dit 10 « hauteur relative de dispersion », de la hauteur de plateau théorique (Hdisp) due aux inhomogénéités du garnissage sur la hauteur de plateau théorique totale (H) du garnissage est calculé à l'optimum d'efficacité du garnissage donné par la courbe de VanDeemter. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que 15 les conduits ont un diamètre moyen inférieur à 30 pm, et de préférence inférieur à 10 pm. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le garnissage comprend au moins une partie dont : - les conduits capillaires sont substantiellement rectilignes et parallèles entre eux PB - (2 * d, + de) dc + de Fdif f = d d e DC DE- les conduits présentent une section substantiellement uniforme les uns par rapport aux autres, - la section de chaque conduit est régulière sur toute sa longueur, - l'ensemble des conduits traversent ladite partie de part en part. 7. Procédé suivant l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la hauteur relative de dispersion est inférieure à 0,3 et de préférence inférieure à 0,1. 8. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit réseau de pores du garnissage a un diamètre moyen (dp,') supérieur à 5 fois le diamètre moléculaire des espèces à séparer et de préférence supérieur à 10 fois le diamètre moléculaire des espèces à séparer. 9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase mobile est à l'état condensé et ledit réseau de pores présente un diamètre moyen de pores supérieur à 2 nanomètres, de préférence supérieur à 10 nanomètre, et encore plus préférentiellement supérieur à 100 nanomètre. 10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la phase mobile est à l'état gazeux et les pores ont un diamètre supérieur au libre parcours moyen des molécules.