Micro-systèmes et contrôle d'écoulements

Les micro-systèmes magnéto-mécaniques présentent des possibilités intéressantes en matière de contrôle d'écoulements. Ils permettent de remplir les cahiers des charges des constructeurs aéronautiques ou automobiles. Ils sont également plus facilement intégrables sur les prototypes que les MEMS issus de microtechnologies entièrement intégrées. On présentera quelques tests en soufflerie. Les effets sur les écoulements seront discutés et les perspectives tracées

MEMS calorimetric transducers for flow separation detection and control

International audienceRobust micro machined high temperature gradient calorimetric (HTGC) transducers were developed for flow separation control. Based on thermal principle, the transducers measure the mean and fluctuating bidirectional shear stress that is particularly useful for flow separation detection. More than a hundred micro-sensors were simultaneously micro-machined using MEMS technology. A flexible array of calorimetric micro-sensors was implemented with miniaturized electronics on a flap model also equipped with pulsed jet actuators. Flow control experiments were successfully conducted as the natural separation occurring on the model was detected the HTGC micro sensors and controlled by pulsed jet actuation

Original MEMS wall shear stress sensors developed for separation detection and active flow control on a flap model

Active flow control systems are developed to promote air safety, reduce energetic consumption or increase airplanes efficiency. Sensors are needed to measure flow parameters at high frequencies with a high spatial resolution and micro-electro-mechanical system (MEMS) sensors are potential candidates for precise and located measurements. We present an original MEMS thermal flow sensor designed for flow control and separation detection. The general aim of the work is to run active flow control experiments integrating several MEMS sensors into a motorized deflectable flap model where the actuation is provided by pulsed jets, following previous work performed by Chabert et al. [1].   The micro-sensor is sensitive to the wall shear stress and flow direction [2]. It can be flush mounted to the wall for separation detection and flow control applications. The micro-fabrication process is CMOS-compatible meaning that it allows on-chip integration for designing very small devices. The micro-sensor structure combines suspended wires, free from the substrate, and micro-bridges used as mechanical supports. Designed to be set perpendicularly to the flow, the sensor presents three parallel heated wires. The central wire is structured with multiple layers with a heater, made of gold, and a sensing wire, placed under the heater and made of Ni/Pt multilayer. This central sensing wire is designed to measure the wall shear stress. The other two sensing wires, placed on both side of the central wire, allow flow direction sensing when considering the temperature variation between them as the wire upstream is more cooled than the wire downstream. The micro-wires dimensions, 3 µm width for 1 mm length, and the fact that they are suspended over a 20-µm-deep cavity, allow a high gradient of temperature for low power consumption (8 °C/mW for the central wire and 5 °C/mW for the lateral wires). The micro-sensor was characterized in a turbulent boundary layer wind tunnel by measuring the resistance variations, simultaneously with the wall shear stress fluctuations, measured by near wall hot-wire anemometry. The sensor demonstrates a resistance variation up to 0.3 % for 2.4 Pa for the central wire. The flow direction measurements were performed using the resistance difference between the two lateral wires. The purpose is to provide a way to detect the presence of a flow separation since in such a situation, the velocity field near the wall is reversed. The sensor setup in the wind tunnel enables to rotate it from 0° to 180°, considering that, at 90°, the wires are parallel to the flow. The results demonstrate the sensor ability to detect the flow direction: the resistance difference is +0.25 ? for 0°, 0 for 90° and -0.25 ? for 180°, all for a wall shear stress of 1 Pa. A second set of experiments were performed by adding an obstacle on the wind tunnel wall, upstream of the MEMS sensor, to cause flow separation at the sensor location. The central wire of the sensor, designed for wall shear stress measurements, present an expected behavior: the sensor detects the decrease of wall shear stress in a separated flow. And the lateral wires detect the flow direction inversion, providing an additional information compared to conventional hot-film sensors.  The results demonstrate the sensor ability to measure the wall shear stress and to detect flow separation. Currently, the sensors integration in the flap model is in progress and open-loop active flow control experiments will begin at ONERA Lille. The first results will be presented in the full paper. References: [1] T. Chabert, Thèse, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. [2] C. Ghouila-Houri et al., Appl. Phys. Lett., vol. 109, no. 24, p. 241905, Dec. 2016

Dispositifs fluidiques de contrôle actif d’écoulements à base de microsystèmes magnéto-électro-mécanique (MMEMS) : (conception, réalisation, tests)

This thesis starts with a study of aerodynamic flow control conditions by arrays of pulsed fluidic vortex generators. Detailed specifications are synthesised for the conception of low cost, sensors equipped, micro-actuators required to manage industrial scale active flow control experiments. Devices implementation is discussed to define relevant technical solutions.A packaged micro valve is modelled, fabricated and characterized. It is composed of a micro fluidic channel modulated by an annular membrane resonator made of PDMS. The membrane is controlled by different kinds of magnetic actuation. Fully controlled pulsed air jets are obtained in the frequency range [0; 500 Hz] with velocities up to 150 m/s. Arrays of these micro actuators are used in wind tunnel experiments to demonstrate the ability of pulsed jet to manage control on a wide range of classical separated flows. Reattachment is achieved under industrial flow conditions with improved fluidic yield compared to continuous jets.A mass flow meter constituted of a thermal sensor, a shear flow sensor and a Pirani pressure sensor, all of them built in a single fabrication step, is integrated in the micro-actuator. It allows in-situ characterization of the produced air jets.Finally, a fully satisfying demonstrator is obtained. Its sized is minimized through the use of a genetic algorithmDans ce mémoire, une étude des conditions de contrôles d’écoulements aérodynamiques par des réseaux de générateurs de tourbillons fluidiques pulsés est menée pour établir un cahier des charges des micro-actionneurs instrumentés de faible coût, indispensables à la réalisation de ce type de contrôle actif à l’échelle industrielle. Une discussion des problématiques rencontrées dans la mise en place de ces dispositifs permet de définir des solutions techniques pertinentes. Une micro-valve encapsulée, constituée d’un canal micro-fluidique en silicium dont l’ouverture est contrôlée par un résonateur annulaire en PDMS, actionnée par différents dispositifs macroscopiques magnétiques, est alors modélisée, fabriquée et caractérisée. Le dispositif permet de générer des jets d’air pulsés complètement contrôlés jusqu’à des vitesses de 150m/s sur la gamme de fréquence [0 ; 500 Hz]. Des réseaux de ces micro-actionneurs polyvalents sont ensuite utilisés en soufflerie pour démontrer sur différents profils aérodynamiques classiques l’intérêt du contrôle par jet pulsé. Le recollement du flux d’air décollé est obtenu sur chacune de ces maquettes pour des conditions réalistes et avec un rendement fluidique supérieur à celui des jets continus.Un débitmètre massique composé d’un capteur de température, d’un capteur de frottement pariétal et d’un capteur de pression de type Pirani, réalisés dans le même procédé de fabrication, est intégré au micro-actionneur. Il permet de caractériser in-situ les jets d’air produits.Enfin un prototype répondant complètement au cahier des charges industriel est obtenu. Sa taille est minimisée par l’optimisation de l’actionneur grâce à un algorithme génétiqu

L'Imagerie Interventionnelle par Résonance Magnétique: Application en thermothérapie laser interstitielle pour le traitement des tumeurs hépatiques.

Fight against cancer witnessed the rise of new patient care enhancing technologies. Laser ablation is one of the most recent in situ destruction techniques for tumors. An optical fiber has therefore got to be introduced into the core of the tumor by inserting a sheath through skin. This laser diode sends photon so that the tumor can be burned locally without opening the patient, thus considerably reducing the average hospitalization stay. The gesture that has to be performed is however so complex that it dims the great advantages of this therapy. For guidance during each stage, surgeons could use an MRI scanner. This thesis, financed by the Nord Pas de Calais Region and the CHRU from 2005 to 2007, aims at providing tools for interventional MRI during laser ablation. This project will thus not only propose a tool to prepare this highly complex intervention (three-dimensional visualization of patient's tumors, computation of the best trajectory to avoid perforation of vital anatomical structures ...), but will also provide peroperative assisting tools (sheath positioning assisted by stereovision on early centimeter, evaluation of thermal damage of the processed area).During this first step, we turned our attention on hepatic tumors, which remain a challenge, but the system we proposed is adaptable to any abdominal tumor.La lutte contre le cancer a vu l'émergence de nouvelles technologies permettant d'améliorer le soin aux patients. Parmi celles-ci, la thermo-ablation par laser est une des techniques de destruction in situ des tumeurs les plus récentes. Elle consiste à plonger la fibre optique au cœur d'une tumeur en insérant un guide au travers de la peau. La diode laser émettrice de lumière permet ensuite de brûler localement la tumeur sans abord chirurgical, le patient pourra ainsi quitter plus rapidement l'hôpital. Les énormes avantages de cette thérapie sont cependant limités par la difficulté du geste à réaliser. Pour se guider durant les différentes étapes, le chirurgien pourra utiliser l'imagerie par résonance magnétique.L'objectif de cette thèse, qui bénéficie du soutien de la Région Nord Pas de Calais et du CHRU de Lille de 2005 à 2007, est de fournir des outils pour l'assistance par IRM de la thermo-ablation par laser. Les différents développements offriront ainsi non seulement un outil de préparation à cet acte complexe (visualisation en trois dimensions des tumeurs du patient, calcul de la trajectoire optimale pour éviter la perforation de structures anatomiques vitales ...) mais également des outils d'assistance per-opératoire (positionnement du guide assisté par la stéréovision sur les premiers centimètres, évaluation des dommages thermiques de la zone traitée...).Lors de cette première phase, nous nous sommes concentrés sur les tumeurs hépatiques, qui demeurent une réelle difficulté, tout en proposant un système pouvant être adapté à toute tumeur abdominale

Flow control fluidic actuators based on magnetic micro-electro-mechanical systems (MMEMS) : (design, fabrication, tests)

Dans ce mémoire, une étude des conditions de contrôles d’écoulements aérodynamiques par des réseaux de générateurs de tourbillons fluidiques pulsés est menée pour établir un cahier des charges des micro-actionneurs instrumentés de faible coût, indispensables à la réalisation de ce type de contrôle actif à l’échelle industrielle. Une discussion des problématiques rencontrées dans la mise en place de ces dispositifs permet de définir des solutions techniques pertinentes. Une micro-valve encapsulée, constituée d’un canal micro-fluidique en silicium dont l’ouverture est contrôlée par un résonateur annulaire en PDMS, actionnée par différents dispositifs macroscopiques magnétiques, est alors modélisée, fabriquée et caractérisée. Le dispositif permet de générer des jets d’air pulsés complètement contrôlés jusqu’à des vitesses de 150m/s sur la gamme de fréquence [0 ; 500 Hz]. Des réseaux de ces micro-actionneurs polyvalents sont ensuite utilisés en soufflerie pour démontrer sur différents profils aérodynamiques classiques l’intérêt du contrôle par jet pulsé. Le recollement du flux d’air décollé est obtenu sur chacune de ces maquettes pour des conditions réalistes et avec un rendement fluidique supérieur à celui des jets continus.Un débitmètre massique composé d’un capteur de température, d’un capteur de frottement pariétal et d’un capteur de pression de type Pirani, réalisés dans le même procédé de fabrication, est intégré au micro-actionneur. Il permet de caractériser in-situ les jets d’air produits.Enfin un prototype répondant complètement au cahier des charges industriel est obtenu. Sa taille est minimisée par l’optimisation de l’actionneur grâce à un algorithme génétiqueThis thesis starts with a study of aerodynamic flow control conditions by arrays of pulsed fluidic vortex generators. Detailed specifications are synthesised for the conception of low cost, sensors equipped, micro-actuators required to manage industrial scale active flow control experiments. Devices implementation is discussed to define relevant technical solutions.A packaged micro valve is modelled, fabricated and characterized. It is composed of a micro fluidic channel modulated by an annular membrane resonator made of PDMS. The membrane is controlled by different kinds of magnetic actuation. Fully controlled pulsed air jets are obtained in the frequency range [0; 500 Hz] with velocities up to 150 m/s. Arrays of these micro actuators are used in wind tunnel experiments to demonstrate the ability of pulsed jet to manage control on a wide range of classical separated flows. Reattachment is achieved under industrial flow conditions with improved fluidic yield compared to continuous jets.A mass flow meter constituted of a thermal sensor, a shear flow sensor and a Pirani pressure sensor, all of them built in a single fabrication step, is integrated in the micro-actuator. It allows in-situ characterization of the produced air jets.Finally, a fully satisfying demonstrator is obtained. Its sized is minimized through the use of a genetic algorith

Réduction mammaire à pédicule supérieur pour les gigantomasties (à propos d'une série de 100 cas)

LYON1-BU Santé (693882101) / SudocSudocFranceF

L'imagerie interventionnelle par résonance magnétique (application en thermothérapie laser interstitielle pour le traitement des tumeurs hépatiques)

La lutte contre le cancer a vu l'émergence de nouvelles technologies permettant d'améliorer le soin aux patients. Parmi celles-ci, la thermo-ablation par laser est une des techniques de destruction in situ des tumeurs les plus récentes. Elle consiste à plonger la fibre optique au cœur d'une tumeur en plantant un guide au travers de la peau. La diode laser émettrice de lumière permet ensuite de brûler localement la tumeur sans ouvrir le patient qui pourra ainsi quitter plus rapidement l'hôpital. Les énormes avantages de cette thérapie sont cependant limités par la difficulté du geste à réaliser. Pour se guider durant les différentes étapes, le chirurgien pourra utiliser l'imagerie par résonance magnétique. L'objectif de cette thèse, qui bénéficie du soutien de la Région Nord Pas de Calais et du CHRU de Lille de 2005 à 2007, est de fournir des outils pour l'assistance par IRM de la thermo-ablation par laser. Les différents développements offriront ainsi non seulement un outil de préparation à cet acte complexe (visualisation en trois dimensions des tumeurs du patient, calcul de la trajectoire optimale pour éviter la perforation de structures anatomiques vitales ... ) mais également des outils d'assistance per-opératoire (positionnement du guide assisté par la stéréovision sur les premiers centimètres, évaluation des dommages thermique de la zone traitée ... ). Lors de cette première phase, nous nous sommes concentrés sur les tumeurs hépatiques, qui demeurent une réelle difficulté, tout en proposant un système pouvant être adapté à toute tumeur abdominale.LILLE1-BU (590092102) / SudocSudocFranceF

Lung liquid clearance in newborn lamb: MRI methods and preliminary results

International audienceTo study the lung water clearance in vivo at the time of the birth, MR experiments were conducted on newborn lamb immediately after uterine incision deliverance. Images obtained with a fast spin echo sequence enable to quantify lung liquid each 5 minutes during 30 minutes then each 10 minutes for 1.5 hour. From the lung contours, pulmonary volume, pulmonary water, and spatial gradient of pulmonary water were studied. At 2 hours of life, the total pulmonary water content was still high and the liquid clearance was slower in the lower part of the lung. Air inflation increased the size of the distal airways and shifted liquid from the lung lumen towards the pulmonary interstitial tissue. The pulmonary water wash-out was belated and the passage to the aerial life was performed by progressive liberation of the superior pulmonary spaces, water flowing out by gravity toward the lower spaces

Influence of Motor Deficiency and Spatial Neglect on the Contralesional Posterior Parietal Cortex Functional and Structural Connectivity in Stroke Patients

International audienceThe posterior parietal cortex (PPC) is a key structure for visual attention and upper limb function, two features that could be impaired after stroke, and could be implied in their recovery. If it is well established that stroke is responsible for intra- and interhemispheric connectivity troubles, little is known about those existing for the contralesional PPC. In this study, we aimed at mapping the functional (using resting state fMRI) and structural (using diffusion tensor imagery) networks from 3 subparts of the PPC of the contralesional hemisphere (the anterior intraparietal sulcus), the posterior intraparietal sulcus and the superior parieto-occipital cortex to bilateral frontal areas and ipsilesional homologous PPC parts in 11 chronic stroke patients compared to 13 healthy controls. We also aimed at assessing the relationship between connectivity and the severity of visuospatial and motor deficiencies. We showed that interhemispheric functional and structural connectivity between PPCs was altered in stroke patients compared to controls, without any specificity among seeds. Alterations of parieto-frontal intra- and interhemispheric connectivity were less observed. Neglect severity was associated with several alterations in intra- and interhemispheric connectivity, whereas we did not find any behavioral/connectivity correlations for motor deficiency. The results of this exploratory study shed a new light on the influence of the contralesional PPC in post-stroke patients, they have to be confirmed and refined in further larger studies