Cette thèse s'inscrit dans le développement d'un Dispositif Médical d'Injection (DMI) automatisé dans lequel est intégrée une micropompe en technologie silicium. Le cœur de cette micropompe est constitué d'une membrane actionnée permettant de déplacer un volume de liquide à travers des canaux micro-fluidiques. Deux types de membranes actionnées ont été étudiés : une membrane à actionnement bimétallique intégré et une membrane à actionnement piézoélectrique externe. Des simulations FEM ont permis d'affiner les modèles théoriques existants et de mieux rendre compte des effets non linéaires qui régissent le fonctionnement de ces membranes. Une méthode d'optimisation spécialement mise en place a permis de calculer des configurations géométriques optimales en fonction des plages de fonctionnement visées. Des membranes ont ensuite été fabriquées en salle blanche. Leurs caractéristiques mécaniques ont été mesurées et comparées aux prédictions des simulations FEM.

Cette thèse s’inscrit dans le développement d’un Dispositif Médical d’Injection (DMI) automatisé dans lequel est intégrée une micropompe en technologie silicium. Le cœur de cette micropompe est constitué d’une membrane actionnée permettant de déplacer un volume de liquide à travers des canaux micro-fluidiques. Deux types de membranes actionnées ont été étudiés : une membrane à actionnement bimétallique intégré et une membrane à actionnement piézoélectrique externe. Des simulations FEM ont permis d’affiner les modèles théoriques existants et de mieux rendre compte des effets non linéaires qui régissent le fonctionnement de ces membranes. Une méthode d’optimisation spécialement mise en place a permis de calculer des configurations géométriques optimales en fonction des plages de fonctionnement visées. Des membranes ont ensuite été fabriquées en salle blanche. Leurs caractéristiques mécaniques ont été mesurées et comparées aux prédictions des simulations FEM. / This thesis fits into the development of an automated Injection Medical Device (IMD) in which is integrated a micropump in silicon technology. The heart of this micropump is constituted by an actuated membrane which moves a volume of liquid through microfluidic channels. Two types of actuated membranes were studied: a membrane with an integrated bimetallic actuator and a membrane with an external piezoelectric actuator. FEM simulations enabled the refinement of existing theoretical models and a better representation of nonlinear effects that govern the mechanics of such membranes. An optimization method specially putted in place enabled the computation of optimal geometric configurations according to the targeted functioning ranges. Some membranes were then fabricated in cleanroom. Their mechanical characteristics were measured and compared to predictions of FEM simulations.

Ce travail de thèse présente la conception et la réalisation de dispositifs microfluidiques en PDMS (Polydiméthylsiloxane) pour l'intégration d'analyses biologiques. Dans un premier temps, des outils microfluidiques sont construits et améliorés dans ce but: une méthode de pompage passif et de mise en oeuvre du PDMS a fait l'objet d'un dépôt de brevet. Les micro-pompes, éléments clés d'une intégration poussée, sont étudiées expérimentalement et théoriquement, menant à un modèle prédictif basé sur une équivalence électrique. Ce travail a été publié dans \textit{Journal of Applied Physics}. La dispersion hydrodynamique, diluant les échantillons lors de leur transport est caractérisée. De cette analyse, une nouvelle méthode de génération de gradients de concentration est conçue et testée expérimentalement. Fort de ces développements, une plate-forme microfluidique originale intégrant des puces à ADN est fabriquée en une version de laboratoire et une version portable. Grâce à ce dispositif, les connaissances de la réaction d'hybridation sur une surface, base des puces à ADN, sont complétées par des mesures comparées de courbes de fusion et un modèle de couplage réaction-diffusion-advection est étendu expérimentalement au cas des puces à ADN. Finalement dans le cadre d'une collaboration avec l'IGH (Institut de Génétique Humaine) de Montpellier, deux méthodes originales de dosage d'allèles pour la trisomie 21 sont testées et des expériences sur des échantillons biologiques sont en cours de préparation. En conclusion, cette thèse a donné lieu au dépôt d'un brevet et à la publication deux articles. Elle aura abouti à la mise en oeuvre de méthodes et approches originales basées sur la technologie microfluidique, appliquées à différents domaines (dispersion, pompage, puce à ADN).

A l'heure actuelle, la microfluidique est une science en plein développement ayant un besoin croissant de dispositifs permettant de générer des écoulements aux échelles micrométriques. Les phénomènes physiques mis en jeu lors du mouvement d'un fluide sont en effet majoritairement gouvernés par la viscosité (bas nombre de Reynolds) contrairement aux écoulements macroscopiques dominés par les effets inertiels.Dans cette thèse, les écoulements engendrés par le mouvement de parois mobiles ont été étudiés en vue d'une application aux micropompes, dispositifs essentiels en microfluidique.Dans une première partie, une étude analytique et numérique évalue la possibilité de générer un écoulement par un cylindre en rotation à proximité de parois mobiles.Les résultats obtenus du régime de Stokes (Re=0) jusqu'à un nombre de Reynolds Re=60 en régime stationnaire témoignent du potentiel notable d'intégration de cette géométrie dans les microsystèmes en tant que micropompes.Dans une seconde partie, une micropompe, basée sur un principe de fonctionnement novateur, est conçue par l'intermédiaire des techniques de microfabrication. Dans cette optique, le procédé de gravure RIE d'un élastomère est entièrement développé. Les performances de la micropompe en terme de pression et débit générés dépassent l'état de l'art des microsystèmes similaires et ceci en utilisant une technologie simple et bas-coût

A l’heure actuelle, la microfluidique est une science en plein développement ayant un besoin croissant de dispositifs permettant de générer des écoulements aux échelles micrométriques. Les phénomènes physiques mis en jeu lors du mouvement d’un fluide sont en effet majoritairement gouvernés par la viscosité (bas nombre de Reynolds) contrairement aux écoulements macroscopiques dominés par les effets inertiels.Dans cette thèse, les écoulements engendrés par le mouvement de parois mobiles ont été étudiés en vue d’une application aux micropompes, dispositifs essentiels en microfluidique.Dans une première partie, une étude analytique et numérique évalue la possibilité de générer un écoulement par un cylindre en rotation à proximité de parois mobiles.Les résultats obtenus du régime de Stokes (Re=0) jusqu’à un nombre de Reynolds Re=60 en régime stationnaire témoignent du potentiel notable d’intégration de cette géométrie dans les microsystèmes en tant que micropompes.Dans une seconde partie, une micropompe, basée sur un principe de fonctionnement novateur, est conçue par l’intermédiaire des techniques de microfabrication. Dans cette optique, le procédé de gravure RIE d’un élastomère est entièrement développé. Les performances de la micropompe en terme de pression et débit générés dépassent l’état de l’art des microsystèmes similaires et ceci en utilisant une technologie simple et bas-coût / Currently, microfluidic is a science field in constant development with an increasing need of devices able to generate flows at the micrometer order. At these length scales, physical phenomenons occurring in a moving fluid are mainly governed by its viscosity (low Reynolds number) contrary to macroscale flows dominated by inertial effects.In this thesis, a study on flows engendered by moving walls has been carried to fulfill to micropumps devices.In a first part, an analytical and a numerical study evaluates the possibility to generate a flow for a rotating cylinder close to moving boundaries.The results ranging from Stokes flows (Re=0) up to the low Reynolds number Re=60 in the stationary regime reveals the noticeable potential of integrating this device in microsystems as a micropump. In a second part, a new micropump, based on an innovative principle, is designed thanks to microfabrication technologies. In this perspective, the etching process of an elastomer called Silastic S is developed. Micropump performances in terms of pressure and flow rate are beyond the state of the art for similar microsystems and are achieved by using a simple and low-cost technology