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Introduction à la microfluidique

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Résumé

Etat de l'art de cette nouvelle discipline qui étudie les écoulements des fluides dans des microsystèmes fabriqués en utilisant la technologie de miniaturisation des MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Ses applications dans les domaines de la physique, de la chimie et de la biologie sont également présentées.


  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2003
  • Notes
    • Notes bibliogr. Index
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • 254 p. : ill. ; 24 x 17 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 2-7011-3500-1
  • Indice
    • 532 Mécanique des fluides, hydraulique
  • Quatrième de couverture
    • La microfluidique est une discipline jeune, en plein développement. Née dans les années 1990, elle a pour objet l'étude des écoulements des fluides dans des microsystèmes fabriqués en utilisant la technologie de miniaturisation des MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems).

      Domaine réservé jusqu'à présent aux ingénieurs, les MEMS et la microfluidique font l'objet, dans cet ouvrage, d'une réflexion plus large sur la physique et en particulier l'hydrodynamique à l'échelle micrométrique. Outre une présentation de l'état de l'art de cette nouvelle discipline, l'auteur décrit ici quelques applications à la physique, la chimie et la biologie.

      Une introduction claire et pédagogique qui s'adresse aux étudiants, aux chercheurs et aux industriels.

      «Avec la collection "Échelles", nous voulons montrer que beaucoup de questions actuelles peuvent être abordées par des expériences simples, et aussi par des raisonnements simples.»


  • Tables des matières
      • Introduction à la microfluidique

      • Patrick Tabeling

      • Belin

      • Remerciements
        9
      • Introduction
        11
      • Bibliographie
        29
      • Chapitre 1 La physique à l'échelle micrométrique
        33
      • 1 Introduction
        33
      • 2 Portées des forces d'origine microscopique35
      • 2.1 Portées des forces entre molécules35
      • 2.2 Portées des forces intermoléculaires entre surfaces
        37
      • 3 Echelles microscopiques intervenant dans les liquides et les gaz
        44
      • 4 Micromanipulation de molécules et cellules dans les microsystèmes45
      • 4.1 Introduction45
      • 4.2 Généralités sur les tailles des macromolécules45
      • 4.3 Tailles de quelques objets d'intérêt biologique47
      • 4.4 Expériences sur la micromanipulation d'ADN et de cellules dans des microsystèmes
        49
      • 5 Physique de la miniaturisation51
      • 5.1 Introduction51
      • 5.2 Lois d'échelle pour quelques grandeurs physiques51
      • 5.3 Le théorème II53
      • 5.4 Le système d'unités décrivant les petites quantités54
      • 5.5 Quelques conséquences des lois d'échelle dans la nature55
      • 5.6 Domaines d'application des lois d'échelle
        58
      • 6 Miniaturisation des systèmes électrostatiques59
      • 6.1 La rupture diélectrique est retardée dans les systèmes miniaturisés59
      • 6.2 Miniaturisation des condensateurs60
      • 6.3 Un micro-actionneur électrostatique61
      • 6.4 Le micromoteur électrostatique
        62
      • 7 Miniaturisation des systèmes électromagnétiques
        63
      • 8 Miniaturisation de systèmes mécaniques65
      • 8.1 Les micropoutres résonnent à des fréquences élevées65
      • 8.2 Le bruit thermique limite le facteur de qualité des microrésonateurs
        67
      • 9 Miniaturisation des systèmes thermiques
        68
      • 10 Miniaturisation des systèmes d'analyse chimique70
      • 10.1 Les microgouttes s'évaporent rapidement70
      • 10.2 Y a-t-il une molécule dans la chambre?
        71
      • Bibliographie
        72
      • Chapitre 2 L'hydrodynamique des systèmes microfluidiques
        74
      • 1 Introduction
        74
      • 2 Les hypothèses de l'hydrodynamique75
      • 2.1 La notion de particule fluide75
      • 2.2 La notion de viscosité76
      • 2.3 Les équations de l'hydrodynamique78
      • 2.4 Valeurs du nombre de Reynolds dans les microsystèmes
        79
      • 3 Hydrodynamique des gaz dans les microsystèmes83
      • 3.1 Les différentes régimes d'écoulements pour les gaz83
      • 3.2 Analyse des régimes de glissement pour les gaz
        84
      • 4 Écoulement de liquides avec glissement aux parois87
      • 4.1 La physique du glissement pour les liquides simples87
      • 4.2 Hydrodynamique des écoulements de liquide avec glissement
        89
      • 5 La microhydrodynamique92
      • 5.1 Généralités92
      • 5.2 Écoulements dans des conduites de section rectangulaire93
      • 5.3 Écoulements dans des cellules de Hele-Shaw96
      • 5.4 La notion de résistance hydrodynamique98
      • 5.5 La notion de capacité hydrodynamique100
      • 6 La microfluidique impliquant des effets inertiels101
      • 6.1 Généralités101
      • 6.2 Le phénomène de décollement de couche limite
        102
      • 7 Les phénomènes aux interfaces: quelques notions sur la capillarité104
      • 7.1 Introduction104
      • 7.2 Energie de surface et capillarité105
      • 7.3 Loi de Laplace105
      • 7.4 Le mouillage106
      • 7.5 Effets capillaires avec surfactants108
      • 7.6 Les interfaces membranaires115
      • 7.7 Un phénomène d'instabilité capillaire omniprésent: l'instabilité de Rayleigh115
      • 7.8 Brisure d'un nanojet
        116
      • 8 La microfluidique à gouttes et bulles117
      • 8.1 Introduction117
      • 8.2 Gradients de rugosité ou de propriétés chimiques des surfaces117
      • 8.3 Le phénomène d'électromouillage
        118
      • 9 Écoulements diphasiques, émulsions dans les microsystèmes120
      • 9.1 Introduction120
      • 9.2 Émulsions dans les microsystèmes
        123
      • Bibliographie
        125
      • Chapitre 3 Diffusion, mélange et séparation dans les microsystèmes
        127
      • 1 Introduction
        127
      • 2 L'origine microscopique des processus de diffusion128
      • 2.1 Le mouvement brownien128
      • 2.2 La loi de Stokes-Einstein130
      • 3 Équation d'advection-diffusion et propriétés132
      • 3.1 Loi de Fick132
      • 3.2 Équation d'advection-diffusion134
      • 3.3 Ordre de grandeur du nombre de Péclet dans les microsystèmes
        136
      • 4 Analyse de quelques phénomènes de diffusion137
      • 4.1 Un problème fondamental de diffusion: l'étalement d'une tache dans un fluide au repos137
      • 4.2 Diffusion d'un front de concentration137
      • 4.3 Mesure d'un coefficient de diffusion dans un microsystème
        138
      • 5 Analyse de quelques phénomènes de dispersion139
      • 5.1 Dispersion d'un colorant dans un champ d'étirement139
      • 5.2 Dispersion de Taylor-Aris dans les microcanaux
        140
      • 6 Quelques notions sur le chaos et le mélange chaotique142
      • 6.1 Définitions et vertus des régimes chaotiques142
      • 6.2 Conditions pour obtenir un régime chaotique
        145
      • 7 Mélange dans les microsystèmes: quelques réalisations146
      • 7.1 La diffusion est souvent trop lente dans les microsystèmes146
      • 7.2 Micromélangeur basé sur une réduction de taille148
      • 7.3 Micromélangeur annulaire149
      • 7.4 Le micromélangeur chaotique en croix151
      • 7.5 Le micromélangeur à chevrons
        152
      • 8 Phénomènes d'adsorption153
      • 8.1 Généralités153
      • 8.2 Loi de Langmuir
        154
      • 9 Dispersion avec cinétique chimique157
      • 9.1 Introduction157
      • 9.2 Quelques notions sur les cinétiques chimiques158
      • 9.3 Équations de dispersion en présence d'une cinétique chimique159
      • 9.4 Réaction-diffusion d'un front séparant deux réactifs161
      • 9.5 Analyse de la réaction-diffusion d'un front dans un microcanal en T162
      • 9.6 Microréacteur basé sur la focalisation hydrodynamique163
      • 9.7 Autres exemples de microréacteurs
        164
      • 10 La chromatographie164
      • 10.1 Introduction164
      • 10.2 Principe de la chromatographie166
      • 10.3 Différents types de chromatographie169
      • 10.4 La miniaturisation des systèmes chromatographiques
        172
      • Bibliographie
        175
      • Chapitre 4 L'électrohydrodynamique des microsystèmes
        178
      • 1 Introduction
        178
      • 2 Quelques rappels d'électrocinétique180
      • 2.1 Mouvement de particules chargées dans un fluide isolant, soumises à un champ électrique180
      • 2.2 Equations de l'électrocinétique181
      • 2.3 La double couche électrique
        182
      • 3 L'électro-osmose185
      • 3.1 L'électro-osmose produit des écoulements bouchon dans les microsystèmes185
      • 3.2 Électro-osmose dans des nanocanaux186
      • 3.3 Il est possible d'induire toutes sortes d'écoulements en jouant sur les densités de charges de surface187

      • 4 L'électrophorèse187
      • 4.1 Mobilité d'une particule chargée dans un électrolyte187
      • 4.2 Électrophorèse capillaire en solution libre (FSCE)189
      • 4.3 Électrochromatographie capillaire191
      • 4.5 La miniaturisation des systèmes de séparation électrophorétiques
        192
      • 5 Diélectrophorèse
        197
      • Bibliographie
        201
      • Chapitre 5 Une introduction à la microfabrication
        203
      • 1 Introduction
        203
      • 2 Situation des microtechnologies204
      • 2.1 Les échelles et les techniques de fabrication associées204
      • 2.2 Microtechnologies dures, plastiques et molles
        205
      • 3 L'environnement de la microfabrication
        207
      • 4 La photolithographie207
      • 4.1 Introduction207
      • 4.2 Les masques pour la photolithographie208
      • 4.3 Le dépôt de résine photosensible208
      • 4.4 L'exposition210
      • 4.5 Résines utilisées et étape de développement
        211
      • 5 Les méthodes de microfabrication des MEMS silicium et verre213
      • 5.1 Le silicium comme matériau pour le micro-usinage213
      • 5.2 Gravure humide du silicium et du verre215
      • 5.3 Gravure sèche du silicium219
      • 5.4 Techniques de dépôt sur le silicium ou le verre224
      • 5.5 Le collage227
      • 5.6 Un exemple: fabrication d'une membrane
        229
      • 6 Les méthodes de fabrication des MEMS plastiques229
      • 6.1 Les trois principales méthodes de réplication229
      • 6.2 Le moulage basé sur le PDMS230
      • 6.3 Le matriçage233
      • 6.4 La micro-injection234
      • 6.5 Le micro-usinage direct du plastique
        235
      • Bibliographie
        237
      • Chapitre 6 Quelques réalisations microfluidiques
        238
      • 1 Introduction
        238
      • 2 Exemples de réalisations de microcanaux238
      • 2.1 Microcanaux réalisés en silicium ou en verre238
      • 2.2 Microcanaux en PDMS241
      • 2.3 Microcanaux en polyimide recouvert d'un film laminé et incorporant des électrodes242
      • 2.4 Microcanaux réalisés à partir d'une photocopieuse243
      • 3 Un problème de microplomberie omniprésent: la connectique
        243
      • 4 Exemples de vannes et pompes microfabriquées245
      • 4.1 Différentes approches du problème de l'actionnement microfluidique245
      • 4.2 Les pompes en silicium de la société Debiotech246
      • 4.3 Vannes et pompes en PDMS247
      • 4.4 Vannes et pompes utilisant des microparticules
        249
      • Bibliographie
        250
      • Conclusion
        251
      • Index
        253

  • Origine de la notice:
    • Electre
  • Disponible - 532 TAB

    Niveau 2 - Sciences