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Migration de systèmes diphasiques par activation thermique en confinement micrométrique

By Vincent Miralles

Abstract

Cette thèse propose deux applications originales du contrôle de la température dans des microsystèmes, abordant des problématiques d'hydrodynamique et de matière molle.Dans une première partie, nous nous intéressons au contrôle du drainage de mousses 2D en confinement micrométrique par effet Marangoni. Pour ce faire, nous appliquons un gradient de température constant à une mousse bidimensionnelle confinée dans une cellule de Hele-Shaw, et observons que l'effet thermocapillaire induit génère un écoulement surfacique capable de contre-balancer le drainage gravitaire naturel. L'équation de conservation de la masse permet de définir des temps caractéristiques inhérents à chacun de ces effets, aboutissant au contrôle du drainage dans notre système modèle.Dans une seconde partie, nous développons une méthode polyvalente pour la microfluidique digitale, basée sur l'effet thermomécanique. Cet effet consiste à chauffer localement un matériau déformable (i.e. du PDMS), dont la dilatation est mise à profit pour réaliser toutes les opérations élémentaires de microfluidique digitale, telles que la génération de gouttes, leur mise en mouvement, piégeage, stockage, tri, brisure ... notre méthode étant opérationnelle pour des gouttes d'eau dans l'huile ou d'huile dans l'eau.This thesis offers two original applications involving temperature control in microsystems, dealing with hydrodynamics and soft matter. The first part focuses on the drainage control of 2D microfoams by Marangoni effect. To this end, we apply a constant temperature gradient throughout a 2D foam confined in a Hele-Shaw cell, and observe that the induced thermocapillary stress is strong enough to counterbalance and even overcome the natural effect of gravity drainage. The mass conservation in the cell leads to the definition of characteristic drainage times inherent to each effect at play, paving the way to the accurate control of the drainage dynamics in our model system.In a second part, we develop a versatile technology for digital microfluidics, based on thermomechanical effect. This effect consists in locally heating a deformable material (i.e. PDMS), which dilation is used to perform all the elementary operations encountered in digital microfluidics, such as droplet generation, motion, storage, sorting, splitting ... our technology being effective for both oil-in-water and water-in-oil droplets

Topics: Matière molle, Microfluidique, Drainage, Thermocapillarité, Thermomécanique, Rhéologie interfaciale, Microfluidics, Soft matter, 530
Year: 2015
OAI identifier:
Provided by: Theses.fr
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