Etude et simulation à éléments finis d'un capteur MEMS à microdébit à base de PDMS piezorésistive pour les systèmes microfluidique

Abstract

Dans ce travail, nous avons étudié divers aspect de la microfluidique touchant à la modélisation, la simulation par éléments finis (FEM) et la conception d'un microcapteur de débit original intégrable directement dans un microcanal. Il s'agit de trouver une réponse à un besoin de miniaturisation, d'intégration avancée et de biocompatibilité nécessaire pour les systèmes microfluidiques axées autour des applications biologiques et médicales. Nous avons étudié et nous avons modélisé en plus les propriétés piézorésistives d'un polymère nanocomposite C-PDMS dans la perspective de les utiliser comme élément sensible dans la conception du capteur de microdébit sous la forme d'un micropont. Des simulations par la méthode des éléments finis ont été effectuées pour valider la modélisation du comportement du capteur en condition de fonctionnement prenant en compte les phénomènes d'écoulement du fluide dans le microcanal et l'interaction fluide-structure avec le micropont. Basé sur la mesure de la déflexion d'un micropont en C-PDMS directement intégré dans un microcanal, notre microcapteur pourrait ainsi mesurer de très faible valeur de débit. Nous avons aussi démontré que pour certaines valeurs spécifiques des paramètres géométriques, ce microcapteur pourrait avoir une sensibilité de 0.12%.ml-1.min pour une valeur du débit allant de 0.2 à 1.0ml-1.min. En plus, l'aspect laminaire de l'écoulement serait maintenu, malgré l'importance relative des dimensions du micropont. Cependant, un bon équilibre devra être maintenu entre le choix de la valeur de la hauteur du microcanal et la gamme désirée de dimensions du le micropont afin d'éviter un phénomène d'étranglement. Cette étude démontre la faisabilité de l'intégration de microdispositifs microfluidiques avec des systèmes électroniques intelligents de traitement, d'analyse et même de communication.