Thèse soutenue

MEMS à veine fluidique intégrée pour la caractérisation et la pesée d'échantillons liquides

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Auteur / Autrice : Céline Hadji
Direction : Elisabeth CharlaixCyril Picard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique appliquée
Date : Soutenance le 04/11/2016
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
Jury : Président / Présidente : Élise Lorenceau
Examinateurs / Examinatrices : Vincent Agache
Rapporteurs / Rapporteuses : Bernard Legrand, Vincent Thomy

Mots clés

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Résumé

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Les systèmes MEMS et NEMS permettent, par résonance mécanique, des mesures de masse avec une sensibilité et une résolution propices à la caractérisation d'objets de taille micro- et nanométrique. Ces dispositifs, adaptés à une intégration dans des systèmes d'analyse miniatures plus complexes, sont d'intérêt pour la recherche biomédicale et la détection de particules. Toutefois la caractérisation en milieu liquide reste à ce jour délicate, principalement à cause de phénomènes dissipatifs associés à la mise en mouvement du fluide environnant le dispositif vibrant.Afin de lever ce verrou, l’équipe au sein de laquelle s’est déroulée cette thèse a développé des MEMS fluidiques sous forme de plaques minces mises en vibration dans leur plan de manière à limiter l'excitation du fluide environnant. Chaque plaque comporte un canal microfluidique permettant la circulation d'un liquide dont la masse moyenne est précisément déterminée par la fréquence de résonance du système. A terme, l'ambition de ces systèmes est de parvenir à révéler, par un décalage en fréquence, le passage au sein de la plaque vibrante d’une particule unique transportée par le liquide.Deux objectifs ont été atteints dans le cadre de cette thèse. D'une part, le comportement de ces structures en présence de divers liquides a été finement caractérisé ce qui a permis d’évaluer leurs performances réelles en fonction des conditions d'excitation. La résolution mesurée pour ces capteurs est de l’ordre de quelques g.L-1, pour une sensibilité d’environ 100 Hz.(g.L-1)-1.D'autre part, une nouvelle génération de capteurs aux caractéristiques innovantes a été conçue en vue d’abaisser le seuil de détection en diminuant la masse des résonateurs et en améliorant le bruit en fréquence.Ce manuscrit sera articulé autour de quatre chapitres. Le premier propose un état de l’art des techniques existantes pour la caractérisation de particules en fluide, et détaille ensuite les solutions MEMS et NEMS développées à cette fin dans la littérature. Le second chapitre livre les résultats issus de la caractérisation d’une première génération de MEMS fluidiques. Le troisième décrit les observations et mesures réalises, et propose des perspectives d’amélioration de ces composants ainsi que de leur protocole de caractérisation. Enfin, on présente dans le dernier chapitre une nouvelle génération de NEMS conçue et fabriquée au cours de cette thèse ; pour finir sont discutés les choix réalisés et les perspectives d’évolution attendues pour ces composants.