Thèse Microfluidique sur Fibres H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Direction de la thèse : Alexis DUCHESNE ORCID 0000000280440916
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59

Résumé (français)a.Contexte scientifique

La microfluidique sur fibres repose sur la possibilité de guider des gouttes déposées sur une fibre. La plupart du temps, la gravité joue le rôle de moteur dans le déplacement de la goutte, en inclinant la fibre par rapport à l'horizontale.

Développée depuis deux décennies, cette branche de la microfluidique a fait d'immenses progrès. Outre le fait de déplacer une goutte par gravité, il est maintenant possible de la diriger en utilisant des fibres de différents diamètres, la diviser, la trier en fonction de sa taille, la mélanger avec un autre composant, encapsuler de petites gouttes à l'intérieur... Remplacer le réseau de fibres par un réseau de fibres optiques permet en outre d'analyser simplement la composition chimique de la goutte.

Cette microfluidique présente de nombreux intérêts matériels : son faible coût, sa facilité de fabrication (en particulier elle ne requiert ni salle blanche ni instrumentation de lithographie coûteux) et sa facilité de prise en main. À la différence de la microfluidique « classique », les gouttes sont ici beaucoup plus mobiles car on a supprimé les murs qui engendrent une importante résistance visqueuse.

Toutefois cette nouvelle microfluidique connaît deux limites à son développement : la première est qu'elle a été essentiellement développée en situation de mouillage total, la deuxième réside dans le fait qu'il n'existe aucun moyen de déplacement réversible pour ces gouttes sur fibres.

b.Objectif

L'objectif de cette thèse stage est de répondre à ces deux défis, à savoir :
-Etudier théoriquement et expérimentalement le déplacement d'une goutte sur une fibre puis son comportement à un noeud en situation de mouillage partiel.
-Afin d'obtenir un système réversible, on se propose d'étudier l'effet de vibration sur le système. Il a en effet été montré que les vibrations pouvaient permettre à une goutte de remonter contre la gravité sur un plan incliné via un mécanisme de piégeage/dépiégeage de la ligne de contact. Il s'agira donc ici de transposer cette méthode au cas d'une goutte sur fibre et d'en éprouver la fiabilité en fonction des paramètres du système.

c.Environnement

La thèse se déroulera au sein de l'IEMN (campus scientifique de l'université de Lille). L'accès à la centrale de micro fabrication de l'institut (une des plus importante de France) permettra de construire les dispositifs adaptés mais également la maitrise de la mouillabilité et de l'état de surface des fibres.

Par ailleurs, le stage pourra bénéficier d'une collaboration entre l'équipe et les chercheurs de l'université de Liège (GRASP, ULg) qui sont pionniers dans cette problématique.

Références
[1]Tristan Gilet, Denis Terwagne, and Nicolas Vandewalle. Droplets, EPJE, 31(3) :253{262, 2010.
[2]Yuan Chen, et al., Sci. Rep., 3 :2927, 2013.
[3]F Weyer, A Duchesne, and N Vandewalle. Sci. Rep, 7(1) :13309, 2017.
[4]Tristan Gilet, Denis Terwagne, and Nicolas Vandewalle. Appl. Phys. Lett., 95(1) :014106, 200

La microfluidique sur fibres repose sur la possibilité de guider des gouttes déposées sur une fibre. La plupart du temps, la gravité joue le rôle de moteur dans le déplacement de la goutte, en inclinant la fibre par rapport à l'horizontale.

Développée depuis deux décennies, cette branche de la microfluidique a fait d'immenses progrès. Outre le fait de déplacer une goutte par gravité, il est maintenant possible de la diriger en utilisant des fibres de différents diamètres, la diviser, la trier en fonction de sa taille, la mélanger avec un autre composant, encapsuler de petites gouttes à l'intérieur... Remplacer le réseau de fibres par un réseau de fibres optiques permet en outre d'analyser simplement la composition chimique de la goutte.

Cette microfluidique présente de nombreux intérêts matériels : son faible coût, sa facilité de fabrication (en particulier elle ne requiert ni salle blanche ni instrumentation de lithographie coûteux) et sa facilité de prise en main. À la différence de la microfluidique « classique », les gouttes sont ici beaucoup plus mobiles car on a supprimé les murs qui engendrent une importante résistance visqueuse.

Toutefois cette nouvelle microfluidique connaît deux limites à son développement : la première est qu'elle a été essentiellement développée en situation de mouillage total, la deuxième réside dans le fait qu'il n'existe aucun moyen de déplacement réversible pour ces gouttes sur fibres.

L'objectif de cette thèse stage est de répondre à ces deux défis, à savoir :
-Etudier théoriquement et expérimentalement le déplacement d'une goutte sur une fibre puis son comportement à un noeud en situation de mouillage partiel.
-Afin d'obtenir un système réversible, on se propose d'étudier l'effet de vibration sur le système. Il a en effet été montré que les vibrations pouvaient permettre à une goutte de remonter contre la gravité sur un plan incliné via un mécanisme de piégeage/dépiégeage de la ligne de contact. Il s'agira donc ici de transposer cette méthode au cas d'une goutte sur fibre et d'en éprouver la fiabilité en fonction des paramètres du système.