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Fiche détaillée Thèses
Ecole Polytechnique X (18/12/2007), C. Baroud & E. de Langre (Dir.)
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Dynamique de microbouchons dans un canal et une bifurcation.
Cédric Ody1

La dynamique de bouchons est étudiée expérimentalement dans des microcanaux de section rectangulaire fabriquées selon le procédé de lithographie molle. Les bouchons sont déplacés par de l'air introduit à pression constante et l'écoulement est enregistré par vidéomicroscopie. Deux géométries sont étudiées : le canal droit et la bifurcation en T. Dans le premier cas, on détermine le saut de pression dynamique aux interfaces de bouchons de liquide mouillant ou partiellement mouillant en calculant au préalable la dissipation visqueuse dans le volume des bouchons. Les résultats montrent des similarités avec les études réalisées en tube cylindrique : le saut de pression aux interfaces d'un bouchon de liquide mouillant suit une loi de puissance faisant intervenir le nombre capillaire à la puissance 2/3 tandis qu'en mouillage partiel, cette dépendance est plus complexe notamment en raison d'un seuil de pression lié à l'hystérésis des angles de contact. Le comportement de bouchons de liquide mouillant est ensuite étudié dans une bifurcation en T. Trois cas sont observés : la division, l'éclatement ou encore le blocage du bouchon à l'entrée du T. La pression de déblocage ainsi que le critère éclatement-division sont modélisés et discutés. Ce travail de thèse aboutit donc, pour l'écoulement diphasique considéré, aux lois de transport dans un microcanal droit ainsi qu'à la fonction de transfert à une bifurcation dans le cas du mouillage total. Combinés, ces résultats pourront être utiles à la modélisation du transport de gouttes dans un réseau de microcanaux à section rectangulaire.
1 :  LadHyX - Laboratoire d'hydrodynamique
Microfluidique diphasique – Bouchon – Mouillage dynamique – Angle de contact – Ligne de contact – Bifurcation – Nombre capillaire

Dynamics of microslugs in a microchannel and a junction
The dynamics of discrete slugs is investigated experimentally in microchannels with rectangular cross-sections. The slugs are driven by air introduced at constant pressure. Two geometries are considered : a straight channel and a Tshaped junction. For the straight case, we assume a bulk viscous dissipation of Poiseuille's kind and determine the dynamic pressure jump at the interfaces of slugs made of wetting or partially wetting liquid. The results show similarities with studies on cylindrical tubes. For the slugs of wetting liquid, the capillary pressure drop varies with the capillary number at the power 2/3 whereas in partial wetting, the relationship is more complex especially because of the existence of a threshold pressure due to contact angle hysteresis. Next, we study the behavior of a slug of wetting liquid at a T-shaped junction. Three behaviors are observed : the splitting, the rupture or the blockage of the slug at the entrance of the bifurcation. The corresponding threshold pressure and the rupture-splitting criterium are modelised. Last, the present work leads to the knowledge of propagation laws for slugs travelling in straight channels or crossing T-junctions. These results may be useful in understanding and modeling the dynamics of droplets inside networks of microchannels.
Microfluidics – Two-phase flow – Slug – Plug – Wetting dynamics – Contact angle – Contact Line – Junction – Capillary number

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