Quand les micro-bulles se mettent en rang.

Quand les micro-bulles se mettent en rang.

Dans la perspective de réaliser des « laboratoires d’analyse sur puce », les physiciens étudient comment les fluides s’écoulent dans des canaux dont la largeur est inférieure au millimètre. Les échantillons sont transportés sous forme de micro-bulles ou de micro-gouttelettes dont il est important de pouvoir contrôler la taille et le rythme d’écoulement. En injectant simultanément un gaz et un fluide porteur dans un micro-canal, des chercheurs du laboratoire de spectrométrie physique (CNRS/Université de Grenoble I) ont montré que les bulles formées, toutes de même taille, s’assemblent spontanément en une structure ordonnée périodique. Il est en particulier possible de réaliser des écoulements « super stables » pour lesquels la vitesse d’écoulement est insensible à de petites variations des conditions d’injection.

Les physiciens du laboratoire de spectrométrie physique injectent simultanément un gaz et un liquide dans un tube d’un millimètre de largeur et d’un dixième de millimètre d’épaisseur. Les bulles de gaz formées sont d’autant plus grosses que la pression d’injection du gaz est importante. A partir d’une certaine taille, ces bulles s’organisent en rangées ordonnées s’écoulant l’une à coté de l’autre. Le nombre de rangées et la vitesse d’écoulement sont quasiment insensibles à de petites variations de pression d’injection et ne changent que pour certaines pressions seuil. La modification de structure se propage alors rapidement tout le long du tube.

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Figure 1
Différent cristaux qui coulent se forment lorsque les échantillons de gaz (ici des micro-bulles d’une centaine de micromètres) entrent en contact.

Ces résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour le contrôle des écoulements dans les laboratoires sur puces. Ces laboratoires peuvent analyser à haute fréquence un grand nombre d’échantillons pour des applications biologiques, chimiques ou médicales. Deux régimes parmi les régimes observés par les chercheurs sont particulièrement intéressants : un régime d’écoulement super-stable qui produit des échantillons parfaitement identiques sur des temps très longs et un régime pulsant, pour lequel la taille des bulles change de manière périodique et qui produit donc des séries reproductibles de bulles, dont les tailles varient dans une gamme connue.

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Figure 2
Vague de réarrangements traversant le cristal. Comme le cristal coule en même temps vers la droite, cette vague peut rester stationnaire, ce qui stabilise l’écoulement.


Voir les animations : http://www-lsp.ujf-grenoble.fr/equi...

Microfluidic crystals : dynamic interplay between rearrangement waves and flow, Jan-Paul Raven and Philippe Marmottant, Phys. Rev. Lett. 102, 084501 (2009).

Cette actualité a fait l’objet d’un Fait marquant 2009.

Auteurs

Jan-Paul Raven et Philippe Marmottant (chercheur)

Contact chercheur

Philippe Marmottant, Chargé de recherche, philippe.marmottant ujf-grenoble.fr

Informations complémentaires

Laboratoire de spectrométrie physique (LSP), Unité Mixte de Recherche 5588 :

Site du laboratoire : http://www-lsp.ujf-grenoble.fr/
Page de l’équipe de recherche : http://www-lsp.ujf-grenoble.fr/-DyFCOM-

Contact INP

Jean-Michel Courty, jean-michel.courty cnrs-dir.fr
Karine Penalba, karine.penalba cnrs-dir.fr