MODELING AND NUMERICAL SIMULATION OF THE BEHAVIOR OF A PARTICLE SUBJECTED TO AN ELECTRIC FIELD IN MICROSYSTEMS: FROM DEFORMATION TO DISPLACEMENT
MODÉLISATION NUMÉRIQUE DU COMPORTEMENT D'UNE PARTICULE SOUS CHAMP ÉLECTRIQUE DANS LES MICROSYSTEMES : DE LA DÉFORMATION AU DÉPLACEMENT
Résumé
A new numerical tool to predict the motion and deformation of particles subjected to an electric field in biological Microsystems has been developed. In a middle term, this tool will be used to optimize Lab-on-a-chip devices in the earliest design stages. Particles are handled in Microsystems by dielectrophoresis, which is associated to the motion induced by the polarization of dielectric materials when subjected to a nonuniform electric field. The numerical tool uses to follow the deformation of moving interfaces is the Boundary Element Method (BEM). Flows are supposed to be potential. This tool permits us to find Taylor results in droplets shapes and instability development in both DC and AC uniform electric field. The tool also fits well, when displacement is involved, as non uniform electric field is applied, with simplified analytical models. At this point, we do think that our numerical tool can be extended to deal with more general electrohydrodynamic problems.
Un nouvel outil numérique pour prédire le mouvement et la déformation de particules sous champ électrique dans les microsystèmes biologiques est proposé. Ce moyen permettra à terme l'optimisation de labopuces dans les premières phases de conception. Le phénomène utilisé pour manipuler les particules est la diélectrophorèse associée au mouvement dû à la polarisation des diélectriques sous champ électrique non uniforme. L'outil numérique utilisé pour le suivi des interfaces mobiles sous champ électrique est la Méthode Intégrale aux Frontières (MIF). Les écoulements sont supposés irrotationnels. Par cet outil, nous avons réussi à retrouver les résultats de Taylor sur l'instabilité des gouttes sous champ uniforme. Les résultats du déplacement des gouttes sous champ non uniforme montrent un bon accord également entre les simulations et des modèles analytiques approchés. L'état de développement de l'outil MIF nous permet d'envisager son extension vers des problèmes électrohydrodynamiques encore plus riches.