Microthermométrie haut-débit de systèmes microfluidiques par excitation de fluorescence induite par laser

La microthermométrie basée sur la détection de fluorescence peut contourner de nombreuses limitations rencontrées pour la mesure de température dans les microsystèmes par rapport à d'autres techniques traditionnelles. Il est en effet bien connu que l’intensité de fluorescence de certains colorants, comme la Rhodamine B (RhB) diminue linéairement avec la température avec un taux d'environ - 2,3 %/°C. Néanmoins, la précision de la mesure de l'intensité de fluorescence peut être perturbée par des fluctuations de la puissance de la pompe laser ou une dérive des détecteurs de fluorescence. Pour s’affranchir de ces inconvénients, il est recommandé d'utiliser une sonde fluorescente supplémentaire dont la fluorescence ne dépend pas de la température comme la Rhodamine 110. Poursuivant des travaux entrepris initialement dans le cadre de la thèse de N. Ghifari, nous avons entrepris dans ce projet le développement d’une technique de mesure de température directement dans des microgouttes par excitation laser de fluorescence, en utilisant un colorant comme la Rhodamine B pour accéder, dans un écoulement microfluidique, à la température, qui peut être directement déterminée via un traitement numérique du profil de fluorescence. Le couplage avec un second composé aux variations contraires permet de s’affranchir des éventuelles variations de puissance du laser. Cette méthode a été appliquée à l’étude de l’évolution thermique de gouttes en écoulement au sein d’une puce microfluidique au cours de son refroidissement. En seconde partie de ce projet, nous nous sommes intéressés à l’inclusion de ces colorants dans des capsules solides d’oxydes de métaux (Zinc, Titane), en poursuite directe de travaux précédemment entrepris au laboratoire. Les résultats préliminaires ont été publiés dans deux articles à Micromachines (2020) et IJHMT (en 2023). Ils ont donné lieu à la soutenance de la thèse de M. G. Guérin le 5/10/2023.

Projet "Refroidissement direct par écoulement microfluidique diphasique"
(Thèse en lien avec le projet : Wenpei LU (2023-2026))

La sécurité, l’efficacité et la durée de vie de capteurs solaires (à concentration), ou des batteries des véhicules électriques, sont fortement liées à leur température en fonctionnement. Ce projet vise à améliorer aussi bien leur durée de vie, leur fiabilité ainsi que leur sécurité. Des travaux récents ont montré que le refroidissement de tels systèmes par une boucle de fluides réfrigérants à base d’eau pouvait être performant, mais leurs propriétés de conduction électrique est un inconvénient majeur pour leur utilisation en contact direct avec les composants électroniques. Notre projet vise à lever ces limitations via une technologie de refroidissement innovante, en rupture technologique avec les techniques existantes et basée sur l’utilisation d’une boucle diphasique utilisant une huile fluoro-carbonée non inflammable et de faible viscosité, chargée en gouttelettes d’eau. Ce concept hybride permet d‘utiliser un liquide porteur isolant, tout en conservant de bonnes propriétés thermiques par l’inclusions de microgouttelettes d’eau. Dans ce projet, nous nous focaliserons en particulier sur le couplage de la microfluidique en gouttelettes et le transport de chaleur dans un milieu diphasique confiné afin d’assurer un ratio optimal entre la surface d’échange et le volume tout en minimisant la viscosité équivalente du mélange. M. Wenpei Lu vient de démarrer une thèse de doctorat de l’université Paris Saclay sous la direction d’Abdel El Abed et de Rachid Bennacer (LMPS, ENS Paris Saclay).