Micro-systèmes pneumatiques distribués pour la micro-manipulation et le contrôle des écoulements fluidiques

par Julien Malapert

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Jean-François Manceau et de Réda Yahiaoui.

Soutenue en 2010

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    Aujourd’hui, les micro-systèmes distribués de type MEMS (MicroElectroMechanical Systems) peuvent apporter une réponse nouvelle aux exigences de plus en plus pointues d’applications aussi innovantes que la micro-manipulation d’objet (utilisation de micro-convoyeurs pneumatiques) ou le contrôle des écoulements fluidiques (utilisation de générateurs fluidiques de vortex). Ce manuscrit présente la conception et la réalisation, selon des techniques de micro-fabrication, d’une matrice de micro-cellules fluidiques distribuées destinée à la micro-manipulation d’objets et au contrôle d�����écoulements fluidiques. Cette matrice est composée de 64 cellules fluidiques chacune capable de produire un micro-jet d’air incliné selon quatre sens de soufflage indépendants (nord, sud, est et ouest). L’inclinaison du jet selon un angle particulier est obtenue grâce à une structure fluidique particulière réalisée par gravure DRIE (Deep Reactive Ion Etching) double face du silicium. Cette matrice est en mesure de convoyer à sa surface un objet cylindrique plat de 5 mm de diamètre et 500 μm d’épaisseur. La modification de l’écoulement fluidique turbulent le long d’une rampe inclinée, par la matrice pneumatique, a été également constatée pour une fréquence de jets pulsés de 100 Hz. Des vitesses de jets (issus d’une de ces structures fluidiques dites escalier dont la buse d’éjection présente un diamètre caractéristique moyen d’environ 180 μm) de l’ordre de 160 m/s, pour une pression d’alimentation de 0,24 MPa, ont été mesurées par PIV (Particle Image Velocimetry). Deux micro-actionneurs électrostatiques à effet zipping de technologie MEMS ont été étudiés et fabriqués pour réaliser une micro-valve capable de contrôler l'ouverture et la fermeture d’une buse d’éjection. A vide, une fréquence d’actionnement de 1000 Hz a été mesurée sur l’un d’entre eux pour une consommation de 13 mW sous 150 V. Ces travaux de doctorat rentrent dans le cadre du projet ANR (Agence Nationale de la Recherche) Smart Surface et sont aussi l’héritage des projets européens AeroMEMS I et II.

  • Titre traduit

    Distribued fluidic micro-systems for mocroveyor and fluidic control


  • Résumé

    Today, distributed micro-systems can answer to high specifications of challenging applications such as micro-conveyance and boundary layer control in using micro-conveyor or fluidic vortex generators. Those distributed micro-device arrays are derived from MEMS (MicroElectroMechanical Systems) techniques. This document presents a fluidic and distributed micro-systems array designed and manufactured with MEMS techniques for micro-conveyance and boundary layer control applications. It is composed of 64 fluidic cells which are able to produce a tilted micro air jet in four independent directions (north, south, east and west). We use a double side DRIE (Deep Reactive Ion Etching) micro-technique to realize a silicon fluidic structure that is able to tilt an air jet following a specific angle. This result is checked by finite element calculations and experiments. The array of fluidic cells is able to convey a 5 mm diameter and 500 μm thick object on its surface. It can also change the turbulent fluidic flow along a slope with 100 Hz pulsated air jets. The tilted micro air jet nozzle has an average diameter of 180 μm. A 160 m/s air jet has been measured by PIV (Particle Image Velocimetry) for a 0,24 MPa upstream pressure and for a single nozzle. Two zipping electrostatic MEMS actuators are studied and manufactured in order to make a micro-valve running a pulsated micro-air jet. One of both has an 1000 Hz actuation frequency. A 13 mW consumption has been measured with a 150 V driving voltage. These PhD works are fund by the ANR (Agence Nationale de la Recherche) Smart Surface Project and by the European AeroMEMS I and II project.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (232 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.179-184

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire Sciences Sport Claude Oytana (Besançon).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : SCI.BESA.2010.32
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