395 pages
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Microfluidique

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Description

La microfluidique, axe de recherche récent, est relative à tout ce qui concerne les écoulements dans des structures ou machines mettant en jeu des dimensions caractéristiques de l'ordre du micromètre. L'objectif de cet ouvrage est de fournir au chercheur ou à l'ingénieur les outils pour la modélisation, l'expérimentation et la simulation de ces micro-écoulements, étapes préliminaires indispensables à la conception et l'optimisation des microsystèmes à fluides. L'analyse porte sur les effets variés de la miniaturisation sur l'hydrodynamique des écoulements gazeux, liquides ou diphasiques, ainsi que sur les transferts thermiques associés. L'ensemble est illustré par des exemples montrant la variété et l'originalité de fonctionnement des microsystèmes fluidiques.
Généralités sur les micro-écoulements -S. Colin. Micro-écoulements gazeux -J.-C. Lengrand, T.-G. Elizarova. Micro-écoulements liquides -J.-P. Delplanque. Micro-écoulements physiologiques J. Dufaux, G. Guiffant, K. Jurski. Transferts thermiques -S. Tardu. Micro-écoulements diphasiques -O. Lebaigue, B. Mathieu. Méthodes expérimentales -L. Baldas, R. Caen. Microsystèmes utilisant des fluides -I. Dufour, O. Français. Microsystèmes utilisés dans les grands écoulements -S. Tardu, L. Michelutti. Bibliographies/Index.

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Date de parution 01 mars 2004
Nombre de lectures 174
EAN13 9782746227095
Licence : Tous droits réservés
Langue Français

Informations légales : prix de location à la page 0,1012€. Cette information est donnée uniquement à titre indicatif conformément à la législation en vigueur.

Avant-propos
La microfluidique est un axe de recherche récent, entré depuis quelques années seulement dans sa phase de maturité et aujourdhui extrêmement actif. Il est relatif à tout ce qui concerne les écoulements dans des structures ou machines mettant en jeu des dimensions caractéristiques de lordre du micromètre. Vers 1990, la littérature dans ce domaine était encore confidentielle, mais elle na depuis cessé de sétoffer pour atteindre aujourdhui un volume très conséquent. Doù la nécessité de disposer douvrages synthétisant les principales recherches et applications en microfluidique. Le présent ouvrage met davantage laccent sur les particularités des micro-écoulements que sur les applications elles-mêmes, qui sont cependant largement évoquées. Lidée est de fournir au chercheur ou à lingénieur les outils pour la modélisation des micro-écoulements, étape préliminaire indispensable à la conception et à la réalisation de microsystèmes à fluides.
Le premier chapitre présente de manière synthétique les principales conséquences de la miniaturisation sur les écoulements, en sappuyant sur une analyse déchelle. On y distingue les simples effets déchelle, qui donnent plus de poids à des termes souvent négligés dans les équations relatives aux écoulements macroscopiques, des vrais micro-effets qui nécessitent la prise en compte de termes nouveaux et mettent en cause des propriétés originales, liées par exemple à la raréfaction, lélectrocinétique ou la micropolarité de lécoulement. Il apparaît clairement que les problèmes posés par les micro-écoulements liquides sont bien différents de ceux relatifs aux micro-écoulements gazeux.
Ces derniers sont étudiés dans le second chapitre, lequel détaille la modélisation des différents régimes découlements rencontrés, qui nécessite selon le cas une approche continue ou moléculaire. Les outils analytiques aussi bien que numériques sont présentés. Des techniques de pompage originales, qui exploitent les propriétés thermiques liées à la raréfaction des micro-écoulements gazeux, sont également expliquées.
16 Microfluidique
Lanalyse du comportement des micro-écoulements liquides fait lobjet du troisième chapitre. La modélisation physique est ici moins avancée que pour les gaz. Le rôle des forces intermoléculaires apparaît en effet particulièrement complexe. En guise dillustration, les phénomènes électrocinétiques sont plus particulièrement détaillés : on y montre limportance que peut jouer la présence en paroi dune double couche électrique. Les principaux outils de simulation numérique actuellement disponibles sont ensuite présentés. Enfin, plusieurs techniques de contrôle non mécanique des micro-écoulements liquides, en canalisation ou sous forme de microgouttes, illustrent la variété des possibilités offertes par la microfluidique liquide. Le cas des micro-écoulements de fluides physiologiques, parmi lesquels le sang, est traité en détail dans le chapitre 4. Ces micro-écoulements particuliers sont caractérisés par un comportement non newtonien et par un transport dans des réseaux de microcanaux aux parois déformables.
La miniaturisation fait prendre le pas aux effets de surfaces sur les effets de volumes, rendant ainsi les transferts thermiques particulièrement efficaces en microfluidique. Les applications sont très intéressantes pour le traitement local de densités de flux thermiques élevées, par exemple dans le but de refroidir des composants électroniques de forte puissance. Ces aspects sont détaillés dans le chapitre 5, aussi bien pour les gaz que les liquides. Le chapitre 6 traite quant à lui du cas des écoulements diphasiques, en insistant sur le rôle des phénomènes de base (tension superficielle, angles de contact, etc.). Les configurations découlements diphasiques en canal sont analysées. Les principales applications de la microfluidique diphasique illustrent ce chapitre.
Toute modélisation doit être assise sur une analyse expérimentale soignée. Malheureusement, les très petites tailles des microsystèmes posent des problèmes difficiles à surmonter lors de létude expérimentale des micro-écoulements. Le chapitre 7 fait ainsi le point sur les techniques de mesures globales ou locales (débit, pression, température, vitesse), ainsi que sur les techniques de visualisation.
Les deux derniers chapitres donnent une idée plus précise de ce que sont à lheure actuelle les microsystèmes à fluides : micropompes, microvalves, micromélangeurs ou microsystèmes plus complexes. On sintéresse également aux microcapteurs et micro-actionneurs utilisés pour le contrôle actif des grands écoulements. Ces microsystèmes, par des actions locales multiples mais coordonnées, peuvent par exemple modifier lécoulement sur une aile davion dans le but den réduire la traînée.
Stéphane COLIN