Notre objectif est de faire progresser la compréhension et la description de l'action de champs électriques extérieurs sur un milieu fluide mono ou diphasique, polarisable ou conducteur de l’électricité, en régimes DC ou AC. Le domaine fluide peut être une goutte ou une matrice de gouttes (contexte : laboratoires sur puce biomicrofluidiques), un ménisque liquide/vapeur (contexte : caluducs planaires), ou bien un volume confiné rempli par un fluide diélectrique et soumis à des gradients de température et potentiel électrique non uniformes (contexte : échangeurs de chaleur embarqués en conditions de microgravité).
Les problèmes électrohydrodynamique (EHD) que nous abordons se caractérisent par des couplages entre hydrodynamique, électrostatique et thermique (si besoin). L’EHD est, dans notre approche, tout à fait complémentaire de nos activités en magnétohydrodynamique (MHD) car peu énergivore et mieux adaptée aux petites échelles (gamme : 1-10 mm). Des expériences modèles nous permettent de mettre en évidence les phénomènes EHD, de les mesurer, à des fins de validation de modèles théorique ou numérique, et aussi de tester l'efficacité d’actionneurs électrostatiques.
Les problèmes électrohydrodynamique (EHD) que nous abordons se caractérisent par des couplages entre hydrodynamique, électrostatique et thermique (si besoin). L’EHD est, dans notre approche, tout à fait complémentaire de nos activités en magnétohydrodynamique (MHD) car peu énergivore et mieux adaptée aux petites échelles (gamme : 1-10 mm). Des expériences modèles nous permettent de mettre en évidence les phénomènes EHD, de les mesurer, à des fins de validation de modèles théorique ou numérique, et aussi de tester l'efficacité d’actionneurs électrostatiques.
Electromouillage sur Diélectrique (EWoD)
Un champ électrique à deux fréquences est engendré par des électrodes enterrées sous un mince film diélectrique stabilisant une matrice de gouttes (application : préparation d’échantillons liquides dans un labo puce). La haute fréquence (1 KHz) stabilise par électromouillage la position et l’angle de contact des gouttes; la basse fréquence (10-100Hz) engendre par EHD en régime AC un effet de streaming d'origine interfaciale :
- des ondes capillaires sphériques et stationnaires à la surface d’une goutte,
- un micro-brassage contrôlé par des fréquences de résonance
- une intensification du mélange à micro-échelle
- une séparation d’espèces chimiques ou colloïdales au sein d’une goutte.
EHD Interfaciale
Cet axe de recherche, développé en collaboration étroite avec le CETHIL, concerne la faisabilité et l’intérêt d’utiliser l'EHD pour le développements de nouveaux caloducs plats. Les caloducs plats sont des systèmes passifs permettant de transférer une grande quantité de chaleur avec un faible gradient de température grâce au changement de phase et à la capillarité. Une attention particulière est apportée à la compréhension fine des couplages entre phénomènes EHD, mouillage et capillarité au niveau des ménisques liquide / gaz qui s'étalent le long des rainures d'un caloduc. Deux dispositifs, composées d'une même structure capillaire formée de rainures longitudinales, sont testées. Un dispositif a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur la forme de l'interface, à l'aide de la microscopie confocale (conditions isothermes). L'étude de l'effet du champ électrique est abordée en régime DC, mais aussi en régime AC par approche vobulation. Le deuxième dispositif a pour but d'étudier l'effet du champ électrique sur les performances thermiques. Des effets du champ électrique sur le profil de température sont évalués à l'aide de thermocouples installés le long du caloduc. Les résultats obtenus permettent d’élargir les perspectives de recherche dans le contexte de l’utilisation d'un champ électrique en caloducs plats.(J. of Electrostatics 2019)
COLLABORATION : Laboratoire CETHIL (Pr. J. Bonjour, Dr. S. Lips) à Lyon
Thèse de Nicolas CARDIN financée par la région RA (dispositif Arc Energie) et support IRS (COMUE UGA)
Conférences :
COLLABORATION : Laboratoire CETHIL (Pr. J. Bonjour, Dr. S. Lips) à Lyon
Thèse de Nicolas CARDIN financée par la région RA (dispositif Arc Energie) et support IRS (COMUE UGA)
Conférences :
- Cardin, N., Davoust, L., Lipps, S., Siedel, S., Bonjour, J. (2019), Shape of a liquid meniscus under the action of an electric field in a grooved capillary structure, Int. Symposium on EHD, 18-22 June, Saint Petersbourg, Russie, Best presentation award
- Cardin, N., L. Davoust, Lipps, S., Siedel, S., Bonjour, J. (2018) Theoretical and Experimental Investigations of the Effect of an Electric Field on the Shape of a Meniscus in a Square Groove, 5th Eur. Conf. on Microfluidics, 28th Feb.-2nd March., Strasbourg, France, Best presentation award
EHD volumique
Lorsqu’un fluide diélectrique est soumis conjointement à des champs électriques et thermiques, un couplage fort se met en place entre l’écoulement, les transferts thermiques et les champs électriques. Ainsi, plusieurs avantages peuvent être tirés de l’imposition de champs électriques dans un tel fluide. Au sein d’un champ gravitaire, la thermoconvection peut être intensifiée ; de plus l’EHD peut permettre la mise en place de mouvements thermoconvectifs en situation microgravitaire. Un dispositif expérimental (voir figure) a été développé afin d’étudier ce couplage et l’impact de la géométrie des électrodes. L’écoulement est mesuré par PIV. Conjointement, des simulations numériques sont développées afin d’explorer ces écoulements en absence de champ gravitaire.
Conférences :
Dispositif expérimental
Vorticité et fonctions de courant décrivant l'écoulement thermo-EHD en cavité en absence de gravité
Thèse : Alex Jawichian (bourseMESR). Financements : IRS UGA, CNES. Vorticité et fonctions de courant décrivant l'écoulement thermo-EHD en cavité en absence de gravité
Conférences :
- Jawichian A., Davoust L., Siedel (2019), Role of an AC Electric Field on a Buoyancy-Driven Flow in a Differentially Heated Cavity, Int. Symposium on EHD, 18-22 June, Saint Petersbourg, Russie, Best presentation award.
- Jawichian A., Davoust L., Siedel (2019), Forced Convection of Dielectric Liquids using a Non-Uniform AC Electric Field in Microgravity, 11th PAMIR International Conference, Reims, France.