Manipulation de particules et génération de vortex par ondes acoustiques de surface en géométrie microfluidique

Orateur : Soutenance de Thèse de Ianis BERNARD

Nous nous sommes intéressés à la manipulation par forces acoustiques de particules et de fluide à petit échelle. Nous avons construit pour cela un système où des ondes acoustiques de surface stationnaires sont générées sur un substrat piézo-électrique de LiNbO3 à partir de deux paires d’électrodes interdigitées orthogonales, puis sont émises dans une cavité microfluidique. Lorsque les deux ondes sont émi ses à la même fréquence, nous montrons théoriquement et expérimentalement la présence d’un terme d’interférence qui, selon le déphasage temporel entre les deux ondes, va modifier la localisation des ventres et noeuds de pression dans la cavité, mais aussi donner lieu à des tourbillons dont l’axe de rotation est perpendiculaire au substrat. Nous montrons que ces tourbillons proviennent de la forme particulière des écoulements redressés en paroi et nous avons déterminé des vitesses angulaires de plusieurs rad/s, avec une périodicité gauche droite tous les 1/2 longueurs d’onde. Utilisant des globules rouges ou des particules de latex de 1 μm comme traceurs, nous avons identifié une dynamique complexe, avec la formation d’agrégats au centre des vortex sous l’effet des forces de radiations et une répartition en différents niveaux par effet de lévitation acoustique dans l’épaisseur de la cavité. Dans le cas où des particules d’une dizaine de micromètres sont utilisées, nous observons par ailleurs une rotation individuelle de chaque objet individuel, à des vitesses angulaires atteignant un dizaine de tours/s sous l’action de couples acoustiques semblables à ceux décrits par Busse et Wang en 1981.

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