Thermocapillary micromanipulation : laser-induced convective flows towards controlled handling of particles at the free surface

par Ronald Terrazas mallea

Thèse de doctorat en Automatique

Sous la direction de Michaël Gauthier, Pierre Lambert et de Aude Bolopion.

  • Titre traduit

    Manipulation contrôlée de particules par des écoulements thermocapillaires convectifs induits


  • Résumé

    Il existe un besoin industriel croissant de nouvelles technologies capables de manipuler des objets à l’échelle micrométrique (1-1000 μm). Dans cette thèse, une technique originale d’actionnement sans contact pour la manipulation d’objets à l’échelle micrométrique est proposée. Elle est basée sur les écoulements thermocapillaires convectifs induits par un laser pour manipuler des particules à l’interface fluide/gaz. Le laser chauffe localement la surface de l’eau, ce qui induit un gradient de tension de surface. Ce gradient génère un écoulement fluidique. Ces écoulements sont rapides et localisés, ce qui confère des performances intéressantes à cette technique d’actionnement. Les particules sont manipulées à l’interface fluide/gaz, où l’écoulement généré est le plus rapide.Pour assurer le positionnement précis d’une particule, des contrôleurs en boucle fermée sont implémentés dans le système. Ils sont basés sur les modèles développés dans cette thèse. Des essais expérimentaux montrent que le positionnement précis de particules peut être assuré. De plus, les forces d’interaction entre des particules placées à l’interface ont été étudiées, et une stratégie de contrôle a été proposée, en vue de la manipulation en parallèle de plusieurs particules. Tant les études analytiques et les simulations numériques que les tests expérimentaux soulignent l’intérêt des écoulements thermocapillaires pour la manipulation contrôle d’objets micrométriques. Cette technique est donc une alternative prometteuse aux approches classiques d’actionnement sans contact.


  • Résumé

    There is an industrial need for new technologies that can manipulate objects in the micrometric scale (1-1000 μm). In this thesis, an original non-contact actuation technique for the manipulation of microscale objects is proposed. The proposal is to use laser-induced thermocapillary convective flows to manipulate particles at the fluid/gas interface. These flows are generated when a surface tension stress is generated at the fluid/gas interface due to a thermal gradient. Laser heating is used because the generated thermal gradients produce fast, localized flows that improve the actuation performance. The particles are manipulated at the interface because the flow generated there is the fastest in the entire fluid.To ensure the precise positioning of a particle, closed-loop controllers are implemented in the system which are designed based on models proposed for the system. Experimental tests are performed that show that positioning precision can be ensured. In addition, the interaction forces between particles have been studied which is a preliminary step towards parallel manipulation. To counteract those forces during the manipulation, a different control strategy has been proposed, implemented and tested. Overall, the results obtained are comparable to the ones obtained with the other techniques. Therefore, the proposed technique can be considered as an attractive alternative that offers different advantages and disadvantages.

Autre version

Thermocapillary micromanipulation : laser-induced convective flows towards controlled handling of particles at the free surface


Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Bibliothèque universitaire électronique, Besançon.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.

Consulter en bibliothèque

à

Informations

  • Sous le titre : Thermocapillary micromanipulation : laser-induced convective flows towards controlled handling of particles at the free surface
  • Détails : 1 Vol.(203p.)
  • Notes : Thèse soutenue en co-tutelle.
  • Annexes : Bibliogr.p.189-203
La version de soutenance de cette thèse existe aussi sous forme papier.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.