Projet de recherche P7/38 (Action de recherche P7)
Objectifs principaux
Objectifs scientifiques
Nos objectifs scientifiques sont motivés par des questions fondamentales relatives à la microfluidique, la science des interfaces et la micromanipulation. L’utilisation possible de la tension superficielle et des effets capillaires en micromanipulation conduit à une large variété de problèmes pratiques étudiés par les partenaires du réseau, tel que la préhension capillaire, le remplissage capillaire, l’alignement capillaire, l’étanchéification capillaire, l’auto-assemblage capillaire et la manipulation de gouttelettes (génération et transport).
Comme détaillées dans la description du projet, ces questions fondamentales peuvent être regroupées en trois catégories:
Statique et dynamique des fluides: Quelle est la force appliquée sur un solide par un ménisque ou un micro-écoulement dans une géométrie donnée? Que se passe-t-il si le solide se déforme sous l’action de cette force? Est-ce que les interfaces sont stables et si non, que se passe-t-il? Quel est l’effet d’un champ électrique? Comment une description microscopique du mouillage peut-elle être traduite en condition limite appropriée au niveau macroscopique (par ex. angle de contact et hystérésis)?
Ingénierie des surfaces: Comment une ligne de contact se déplace sur une surface rugueuse? Peut-on structurer la surface à l’échelle microscopique afin de contrôler ce déplacement? Comment ce déplacement est-il affecté par l’évaporation ou la présence de particules colloïdales dans le liquide? Est-ce que ces particules interagissent avec les microstructures de la surface? Peut-on créer des structures tridimensionnelles sur la surface par l’emploi de forces capillaires (par ex. pour empaqueter des nanotubes)?
Ingénierie des liquides: Comment mesurer les propriétés interfaciales et de volume des liquides complexes (par ex. les films de savons)? Comment déduire ces propriétés macroscopiques à partir de la dynamique moléculaire? Et comment mettre en œuvre des liquides et les moduler afin de satisfaire les besoins rencontrés dans les applications? Peut-on fabriquer un liquide qui est à la fois biocompatible, avec une grande tension de surface et une faible viscosité?
Le programme proposé est hautement pluridisciplinaire, puisqu’il combine la recherche de pointe en physique, en sciences des matériaux, en chimie et en ingénierie. Il couvre aussi bien des sujets relevant de théories fondamentales, avec une description atomistique par exemple, que de l’expérimentation fondamentale et de la recherche appliquée. Il adressera des aspects statiques et dynamiques, et établira des liens entre les propriétés microscopiques des liquides et des surfaces, et les performances macroscopiques requises pour les cas d’études. Dans ce but, ce projet PAI a réuni une équipe de recherche multidisciplinaire couvrant l’entièreté des disciplines abordées.
L’originalité du projet repose sur les efforts à favoriser les collaborations bilatérales entre les communautés en science des interfaces, en microfluidique et en microingénierie.
Objectifs de formation et de dissémination
Une attention particulière sera apportée à la dissémination des résultats et à la formation des étudiants, aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur du réseau. La dissémination depuis le réseau se fera par l’organisation de « workshops », et celle au sein du réseau en invitant les professeurs hôtes. La formation se fera au travers d’écoles d’été et des écoles doctorales, qui seront elles basées sur des cours existants dans chacune de nos institutions. Ces activités sont décrites dans le formulaire N (Network management).
Il est prévu que les jeunes chercheurs occupent leur temps de travail dans plus d’une équipe participante. De cette manière, ils seront confrontés à une large variété d’approches pour une même classe de phénomènes. Ils apprendront plusieurs techniques, seront exposés à différents points de vue, et devront combiner l’information de plusieurs sources en une seule vision cohérente. Ceci sera de plus favorisé par l’organisation de réunions fréquentes (réunions bilatérales entre les équipes collaborant directement ensemble et des réunions plénières avec l’entièreté des équipes du réseau).
A côté des formations internes, le réseau aura un impact international fort et une grande visibilité. En effet, le programme du PAI est et sera explicitement associé à plusieurs projets de recherche internationaux et collaborations présentes et futures.
Résumé des activités de recherche
Le projet se réparti en trois groupes de tâches (WP): Statique et dynamique des fluides, ingénierie des surfaces et Ingénierie des liquides. La combinaison de ces thématiques conduira à une amélioration significative des connaissances fondamentales, et au développement de futures applications en microtechnologie. Les groupes de tâches interagissent ensemble pour former une structure cohérente du réseau de recherche. Ils sont détaillés dans le formulaire D de la proposition.
WP1 – Statique et dynamique des fluides (comment décrire la statique et la dynamique des gouttelettes et des écoulements?):
T1.1 Description macroscopique des ponts liquides: statique, dynamique, couplage et force appliquées sur les solides
T1.2 Electro-hydrodynamique, gouttelettes et rivulets
T1.3 Elasto-capillarité
T1.4 Conditions limites effectives et lignes de contact
WP2 – Ingénierie des surfaces (comment concevoir des solides et des surfaces?)
T2.1 Relation entre ligne de contact et surfaces texturées
T2.2 Auto-assemblage synthétique par forces capillaire, incluant l’effet Cheerios
T2.3 Auto-assemblage synthétique à travers l’ingénierie d’interfaces liquide-liquide et liquide-surface
WP3 – Ingénierie des liquides
T3.1 Caractérisation des liquides
T3.2 Modélisation des liquides
T3.3 Mise en œuvre des liquides
