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Microsystème à ondes acoustiques : caractérisation de fluides complexes

Vincent Raimbault — IMS (Bordeaux)

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Le principe fondateur d’un capteur à ondes acoustiques est l’étude des variations liées aux propriétés du milieu de propagation au travers de la mesure de vitesse et d’atténuation de l’onde acoustique. Il existe
différentes technologies de capteurs, dont la plus répandue est celle de la microbalance à quartz (ou QCM, pour Quartz Crystal Microbalance). Il existe cependant des technologies beaucoup plus sensibles aux perturbations de surface. En particulier, les capteurs à ondes de Love,
du fait de la polarisation transverse horizontale guidée de l’onde, sont particulièrement adaptés à un fonctionnement en milieu liquide.

Les deux utilisations les plus répandues de ce type de technologie dans la littérature scientifique sont :

- la détection d’espèces chimiques ou biologiques: l’interaction
d’espèces cibles avec une membrane dite sensible, déposée en surface du capteur, conduit à une augmentation de masse surfacique, et ainsi à une modification de la propagation de l’onde acoustique.

- la mesure de propriétés physiques de fluides newtoniens, généralement de faibles viscosités: l’onde acoustique met en mouvement une faible épaisseur de fluide, modifiant ainsi les conditions de propagation.

Nos travaux, effectués dans le cadre d’une thèse financée par la Région Aquitaine, s’inscrivent dans le second point. Nous avons cherché à améliorer la compréhension des interactions entre un fluide et l’onde
de Love, en prenant en compte la singularité de cette méthode en comparaison des techniques de rhéologie actuelles, à savoir des amplitudes de déplacement faibles et une fréquence de fonctionnement élevée. La ligne directrice de ces travaux a été d’explorer le comportement du capteur à ondes de Love dans des cas non-triviaux, pour
des fluides complexes tels que des huiles silicones
poly(diméthylsiloxane) et des solutions aqueuses de poly(éthylène glycol). Pour cela, une puce microfluidique, développée conjointement avec M. Guirardel du Rhodia-LOF, a été reportée sur le dispositif à ondes acoustiques. Elle a permis d’étendre la gamme de viscosités mesurables en réduisant les pertes par propagation, et ainsi d’observer
des comportements non-newtoniens. Une étude expérimentale de l’influence de la masse moléculaire pour des solutions aqueuses de PEG a révélé une forte dépendance du capteur à ce paramètre, permettant ainsi de remonter à la masse critique d’enchevêtrements.

- site du laboratoire