1. Dispositif expérimental

Contrairement à la microfabrication, le montage du système se déroule en salle de manipulation. Nous décrivons ici le dispositif que nous avons utilisé durant toutes les manipulations.

a) Montage

Photo 7 - Montage

Notre système est collé sur une lame de verre et dans notre montage nous utilisons un microscope, relié à un ordinateur, capable d'observer les canaux dans lesquels circulent les gouttes. Un contrôleur de pression, piloté par un logiciel est utilisé pour emmener les deux phases dans les microcanaux. Le logiciel Fluigent permet un contrôle en temps réel, complet et précis, de chaque canal de notre puce microfluidique, et ce de manière indépendante. Grâce à cet appareil, nous pouvons parcourir plus facilement une large gamme de pression avec une meilleure précision et une plus grande stabilité dans le temps. Les images de formation des gouttes sont capturées et des séquences vidéos sont analysées.

b) Liquides utilisés

Durant toutes nos expériences, on utilise pour la phase continue de l'eau distillé contenant un tensioactif : le SDS pour stabiliser les gouttes. La phase dispersée (gouttes) est de l'huile minérale.

c) protocole

Dans nos expériences, nous avons fixé la pression de la phase continue et fait varier celle de la phase dispersée. Pour chaque couple de pression nous avons enregistré un film au niveau de la formation de la goutte et au niveau de la marche. Le film nous a permit de mesurer la fréquence de production des gouttes et la taille au niveau de la marche. Selon les conditions expérimentales, il existe trois types de régimes différents dans un Flow Focusing, nous les avons mit en évidence lors de différents débits appliqués au système.

2. Exploitation des résultats

a) Régimes observés

On obtient trois différents régimes, que l'on peux observer sur les vidéos ci-dessous :

Video 1- Le régime dripping

Pour des débits faibles, on observe la formation d'un cylindre allongé instable qui va donner naissance à une goutte. Sous l'effet des forces visqueuses l'interface de sortie va être déformée . La cassure se fait par cisaillement capillaire. La taille des gouttes tend à être plus petite que l'orifice de sortie. Il existe une pression minimum pour la formation des gouttes, en dessous de cette pression aucune goutte ne se forme.

Video 2- Le régime step emulsification

Pour des débits plus élevés, il y a formation du régime « step emulsification ». On observe la cassure de la goutte au niveau de la marche. La largeur du jet w est supérieure à la hauteur du canal. On a donc un jet stable en 2 dimensions. On a fixé Peau et fait augmenter Phuile , w augmente quand le rapport des pressions Phuile / Peau augmente. Par conséquent w du jet augmente.

Video 3- Le régime jetting

Pour des débits très importants, la phase continue va stabiliser le jet au-delà du canal de sortie, avec la formation de grosses gouttes. Entre 2 grosses gouttes, on observe la formation de gouttes de tailles inférieures. On est à la limite entre le régime « step emulsification » et le régime « jetting ».

Nous avons rassemblé nos observations sur un graphe, faisant apparaître les différents régimes pour chaque couple de pressions.

On trace le graphique Peau en fonction de Phuile. Sur une même ligne, on fixe Peau et on fait varier Phuile. Les différents symboles représentent les différents régimes. Pour Phuile faible, on observe le régime « dripping » représenté par les carrées. Pour Phuile plus important, on remarque l’apparition du régime « step emulsification » représenté par les losanges et pour Phuile très important nous avons la formation du régime « jetting » représenté par les triangles. On remarque que le croisement entre les transitions du régime « dripping » au régime « step emulsification », et du régime « step emulsification » au régime « jetting » définit une pression max Peau = 250mbar pour laquelle le régime « step emulsification » disparaît. Notre graphique comporte une erreur pour Peau = 300mbar avec l'apparition du régime « step emulsification » qui est censé disparaître. On peut l'expliquer par la présence d'une poussière au moment de la mesure, qui change la géométrie de notre système. En effet, la poussière va augmenter la résistance hydrodynamique dans notre système et donc faire chuter le débit. Le débit réel ne correspond plus alors au débit observé.

b) Calcul de la fréquence et de la taille des gouttes

On utilise le logiciel ImageJ pour calculer la fréquence et la taille des microgouttes.

Figure 8 - Logiciel ImageJ

Figure 9 - Diamètre des gouttes en fonction du rapport de pression entre l'huile et l'eau

Les trois premiers points correspondent au régime « dripping ». Le diamètre des gouttes pour ce régime diminue quand le rapport des pressions augmente. Les trois points suivants appartiennent au régime « step emulsification ». Ici, le diamètre augmente quand le rapport des pressions augmente. Le dernier point correspond au régime « jetting ». Le diamètre des gouttes est bien plus important que pour les régimes précédents.

Figure 10 - Fréquence de formation des gouttes en fonction du rapport de pression entre l' huile et l' eau

Pour les deux premiers régimes, la fréquence de formation des gouttes augmente quand le rapport des pressions augmente. Pour le régime « jetting », la fréquence chute brutalement.