Microsystèmes pour la génération et la caractérisation de fluides complexes

Microsystems for the generation and the caracterization of complex fluids

• Auteur / Autrice : Maximilien Stoffel
• Direction : Dan E. Angelescu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Optronique et Systèmes
• Date : Soutenance le 03/06/2013
• Etablissement(s) : Paris Est
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2010-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes - Laboratoire électronique, systèmes de communication et microsystèmes
• Jury : Président / Présidente : Tarik Bourouina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dan E. Angelescu, Dominique Barthès-Biesel, Anke Lindner, Élise Lorenceau, Olivier Français
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Barthès-Biesel, Anke Lindner

Mots clés

Mots clés contrôlés

Suspensions (chimie)

Viscosité

Mesure

Rhéomètres

Fluides complexes

Mots clés libres

Microfluidique

Fluides complexes

Systèmes intégrés

Mems

Viscosité de mélange

Rhéologie

Microfluidics

Complex fluids

Integrated systems

Mems

Mixing viscosity

Rheology

Résumé

Cette thèse porte sur la création et la caractérisation in situ de fluides complexes en géométrie confinée. L'objectif est de réaliser des systèmes capables de générer, et de caractériser d'un point de vue rhéologique des fluides complexes, comme des dispersions biphasiques (émulsions, mousses), ou encore des mélanges de fluides. Une première partie de cette thèse se concentre sur la réalisation et la modélisation d'un nouveau d'un micro- générateur permettant de créer des dispersions avec un diamètre en deçà de 10μm et un coefficient de variation proche de 1% (performances situées à l'état de l'art).Nous avons ensuite réalisé un microrhéomètre afin de tenter l'étude de la rhéologie de tels fluides. La caractérisation de ce dispositif nous a amené à employer plusieurs méthodes d'envoi contrôlé du fluide (contrôle indépendant du débit ou de la pression), ainsi que l'utilisation de plusieurs types de fluides (Newtoniens et non Newtoniens) révélant des résultats en adéquation avec nos attentes théoriques. Cette étude nous a également amené à utiliser un micromélangeur dans le but de générer des fluides à viscosités variables que nous avons mesuré à l'aide du microrhéomètre. Cela nous a permis de vérifier rapidement, dans une expérience de type high-throughput, des résultats obtenus par des tiers avec des moyens classiques de laboratoire, publiés dans la littérature. Le système que nous avons développé se rend extrêmement utile à l'étude des viscosités des mélanges de fluides dissimilaires, offrant un outil versatile à ce champs de recherche qui reste essentiellement empirique. Enfin, nous avons réalisé un nouveau type de microrhéomètre pourvu d'un générateur de fluides complexes intégré. Les travaux réalisées sur cette première version ont permis d'optimiser la géométrie et de définir des procédés fiables de fabrication, ce qui ouvrira des perspectives très intéressantes dans un avenir proche, afin de réaliser des systèmes complètement intégrés pour l'étude des dispersions de différents types

This thesis focuses on the creation and characterization in situ of complex fluids in confined geometry. The aim is to build systems capable of generating and characterizing complex fluids, such as biphasic dispersions (emulsions, foams), or fluids mixtures.The first part of this thesis focuses on the modeling and implementation of a new microgenerator to create dispersions with a diameter below 10 um and with a coefficient of variation close to 1% (state of the art).Then we fabricated a microrheometer to study the rheology of such fluids. The characterization of this device led us to use several methods of sending controlled fluid (independent control of flow or pressure), and the use of several types of fluids (Newtonian and non-Newtonian) revealed results in line with our theoretical expectations. This study also led us to use a micromixer in order to generate variables viscosities fluid that we measured using microrheometer. This allowed us to quickly check in a high-throughput experience, results obtained by others with conventional fashion published in the literature. The system we have developed will make it extremely useful for the study of the viscosities of dissimilar fluids mixtures, offering a versatile tool in this field of research remains largely empirical.Finally, we realized a new type of microrheometer equipped with an integrated complex fluids generator. Work carried out on this first version have optimized the geometry and define reliable methods of manufacture, which opens exciting prospects in the near future in order to achieve fully integrated systems for the study of different dispersions types