Etablissement numérique et expérimental d'un dispositif nébuliseur pour l'aérosolthérapie

Numerical and experimental design of a jet nebulizer device for aerosol therapy

• Auteur / Autrice : Nicolas Lelong
• Direction : Patrice Diot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Soutenance le 23/09/2013
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : SST/12/EA 6305- ABVR-Aérosolthérapie et Biomédicaments à Visée Respiratoire
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'Etudes des Pathologies Respiratoires (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Frédéric Patat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrice Diot, Frédéric Patat, Daniel Isabey, Jérémie Pourchez, Laurent Vecellio, Frédéric Gagnadoux, Alexandra Junqua-Moullet, Laurent Boudin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniel Isabey, Jérémie Pourchez

Mots clés

Mots clés contrôlés

ANSYS (système informatique)

Atomiseurs

Aérosolthérapie

Mots clés libres

Aérosolthérapie

Nébuliseur pneumatique

Modèle numérique

Optimisation

Diffractométrie laser

Anemométrie Phase Doppler

Ombroscopie

Aerosol therapy

Jet nebulizer

Numerical model

Optimization

Laser diffractometry

Phase Doppler Anemometry

Shadowgraphy

Résumé

L’aérosolthérapie a pour objectif de délivrer un médicament dans les voies respiratoires. Le nébuliseur pneumatique est un dispositif permettant de générer des gouttelettes de liquide de diamètre micrométrique. Son processus d’atomisation a cependant été peu analysé. Ainsi, les performances du nébuliseur, caractérisées par le diamètre des gouttes et la masse de médicament inhalable par le patient, et atteignent un palier. Notre travail consiste à utiliser un modèle numérique diphasique en 3D basé sur une géométrie donnée et paramétré sous ANSYS Fluent. Plusieurs méthodes sont utilisées pour caractériser expérimentalement la génération de l’aérosol : l’ombroscopie, la diffractométrie laser et l’anémométrie phase Doppler. Notre modèle est validé par rapport aux données expérimentales et peut donc être exploité pour analyser les processus de génération. L’influence de plusieurs paramètres physiques sur les caractéristiques de l’aérosol produit est étudiée. Ainsi, l’étape de génération de gouttelettes est optimisée pour le développement d’un nouveau nébuliseur. Le transport des gouttes aux poumons du patient est optimisé empiriquement.

The purpose of aerosol therapy is to deliver drugs into respiratory airways. The jet nebulizer is a device used to generate liquid droplets with a diameter lower than 5 μm. However its atomization process was not much analyzed. Nebulizer performances, which are characterized with droplet size and drug mass inhaled by the patient, are empirically optimized and have reached a plateau. Our work consists in setting a 3D diphasic numerical model on ANSYS Fluent, based on a given geometry. Several methods are used to experimentally characterize aerosol generation: shadowgraphy, laser diffractometry and phase Doppler anemometry. Our model is validated by experimental data and helps predicting generation processes. The influence of several geometric and physical parameters on the output is studied. From these data, droplet generation is optimized for the development of a new nebulizer. Droplet transport to the patient lungs is empirically optimized.