La présente invention a pour objet un procédé de génération d'un écoulement, ainsi qu'un dispositif pour la génération d'un écoulement convenant pour la mise en œuvre du procédé.

Le domaine de l'invention concerne le domaine des dispositifs pour le contrôle et/ou la génération d'écoulement de fluide, et plus particulièrement les micropompes ou micro-mélangeurs.

L'invention trouvera une application particulière comme microTas pour les applications Lab-on-a-Chip.

Il est connu d'utiliser des micro-pompes mécaniques utilisant des pièces mobiles, tels qu'une membrane oscillante, une turbine ou encore un piston, exerçant une action mécanique directement sur le fluide en mouvement.

Classiquement en particulier dans un dispositif à membrane, la conception de ces pompes implique la présence d'une chambre de pompage qui comprime et/ou détend le fluide circulant entre l'entrée et la sortie.

Un tel dispositif pour la génération d'écoulements est connu par exemple du document US 5 718 567 qui décrit une micro-pompe à membrane comprenant une chambre de pompage reliée à un canal d'admission et à un canal de refoulement, une soupape d'admission au niveau d'une extrémité de la membrane, et une soupape de sortie au niveau de l'autre extrémité de la membrane, un mécanisme d'entraînement de la membrane, la membrane constituant une paroi déformable de la chambre de pompage.

Une telle micro-pompe nécessite la présence de ladite chambre de pompage et de soupapes pour obtenir la compression et la détente du fluide, ce qui implique un dispositif relativement encombrant et généralement complexe à intégrer.

Lorsque la chambre de pompage est en sous pression sous l'action de la membrane, la soupape d'admission est ouverte et la soupape de sortie est fermée, provoquant l'admission du fluide depuis le canal d'admission vers la chambre de pompage. Lorsque la chambre de pompage est en surpression, sous l'action de la membrane, la soupape d'admission est fermée et la soupape de sortie est ouverte, provoquant le refoulement du fluide vers le canal de refoulement. La génération de l'écoulement implique deux traversées de membrane, une première traversée depuis le canal d'admission vers la chambre de pompage par l'intermédiaire de la soupape d'admission et une seconde traversée depuis la chambre de pompage vers le canal de refoulement par l'intermédiaire de la soupape de sortie.

Un autre inconvénient d'une telle micro-pompe est qu'elle ne peut générer l'écoulement que dans un seul sens, les soupapes empêchant le fonctionnement de la pompe dans le sens inverse.

Aussi, la conception d'une telle micro-pompe est complexe et ses coûts de fabrication sont élevés.

On connaît encore du document WO 02/097270 Al une micropompe, qui comprend :

un élément perforé tel qu'une membrane perforée, agencé entre une entrée et une sortie de fluide pour la pompe, présentant une ou plusieurs perforations (repérées 14),

au moins un système d'obturateur, adjacent audit élément perforé sur l'un de ses côtés, présentant au moins un obturateur en regard de l'une au moins des perforations et de manière à fermer ladite perforation lorsque non utilisée et,

des moyens d'actionnement pour déplacer ledit élément perforé alternativement dans des directions vers la sortie et l'entrée de la pompe.

Dans cette antériorité, l'écoulement de fluide de l'entrée vers la sortie est obtenu, en actionnant en opposition de phase l'élément perforé et l'obturateur.

On connaît encore du document DE 10 2008 004147 une micropompe comprenant une membrane s'étendant au-dessus d'un canal de fluide (10), la membrane comprenant un composant de fluide (repéré 4) présentant un passage au travers de la membrane.

Selon ce document, la mécanique du composant de fluide repéré 4 est telle que la résistance à l'écoulement au travers du passage selon une déflection de la membrane suivant un premier sens est supérieure à la résistance à l'écoulement du passage selon une déflection de la membrane suivant un deuxième sens et de telle manière à engendrer un débit net de fluide suivant ledit premier sens lorsque la membrane est actionnée suivant un va-et-vient. Dans cette antériorité, le « composant de fluide » est l'élément essentiel qui permet de générer l'écoulement dans un sens donné: une telle pompe ne présente qu'un seul sens de fonctionnement, à savoir ledit premier sens, et ne peut donc être bidirectionnelle.

Selon l'exemple de la figure 1, le composant de fluide est un trou traversant de forme conique, tel qu'un diffuseur. Cette partie conique est orientée de telle façon à présenter un sens préférentiel d'écoulement (i.e. le sens de moindre résistance à l'écoulement) au travers de la membrane, suivant ledit premier sens.

Selon d'autres exemples illustrés, notamment à la figure 3a, le composant de fluide comprend des trous repérés 4a dans la membrane, ainsi qu'une valve à membrane repérée 4b, apte à fermer ou ouvrir les trous en imposant un débit net, selon le premier sens. Selon cet exemple, ce n'est pas la géométrie du trou qui crée le sens préférentiel d'écoulement, mais l'ajout d'un composant supplémentaire (la valve à membrane, repérée 4b).

Le document US 2006/232167 Al concerne un diaphragme piézoélectrique présentant une membrane comprenant une ouverture, repérée 25.

Cette ouverture est pourvue d'une soupape « flap valve » agencée pour fermer ou ouvrir l'ouverture en réponse aux mouvements du diaphragme.

Dans cette antériorité, l'écoulement du fluide au travers de la membrane est obtenu grâce à la valve qui autorise une circulation de fluide dans un seul sens, depuis la chambre d'alimentation, repérée 61 vers la chambre de sortie repérée 65.

Cette valve peut être un accessoire inséré dans l'ouverture. Alternativement, l'accessoire peut être une « bail valve » (valve à bille), ou encore un accessoire d'orifice de précision.

Dans cette antériorité, chaque accessoire est un élément rigide présentant un orifice non déformable.

Tous les dispositifs à micro-pompe des antériorités des documents WO 02/097270 Al, DE 10 2008 004147 ou US2006/232167 utilisent chacun une membrane actionnée d'un mouvement de va-et-vient et permettant de générer un écoulement, selon un débit net, au moins dans un premier sens au travers de la membrane.

Dans ces dispositifs, un dispositif régulateur est toujours nécessaire et associé à la membrane pour imposer un sens de circulation au fluide, à savoir : - le système d'obturateur du trou dans le document WO 02/097270

Al,

- le composant de fluide, repéré 4, imposant une moindre résistance à l'écoulement du fluide selon un sens préférentiel d'écoulement, dans le document DE 10 2008 004147,

- la soupape appelée «flap valve », l'accessoire (« bail valve ») ou encore l'accessoire de précision dans le document US 2006/232167.

On connaît encore du document EP 2 306 019 Al (un micro ventilateur, qui comprend (voir revendication 1) :

une première paroi repérée 30, la chambre du ventilateur étant formée entre l'actionneur, repéré 50 et la première paroi repérée 30,

une première ouverture 31 au travers de la première paroi 30, l'intérieur de la chambre du ventilateur étant en communication avec l'extérieur de la chambre au travers de la première ouverture 31,

une seconde paroi repérée 10, du côté opposé à la chambre du ventilateur, la première paroi 30 étant disposée entre la seconde paroi 10 et la chambre du ventilateur, la seconde paroi 10 étant à distance de la première paroi 30,

une seconde ouverture 11 (sortie du ventilateur) au travers de la seconde paroi 10 ; un espace central 21 formé entre la première et la seconde paroi, en communication avec la première ouverture 31 et la seconde ouverture 11 ; et un passage d'alimentation 22 dont l'extrémité extérieure est en communication avec l'extérieur du ventilateur, et une extrémité intérieure connectée à l'espace central 21,

un goulot d'étranglement 23 présentant un passage qui est plus petit que le passage d'alimentation 22.

Un tel dispositif selon cette antériorité n'est adapté que pour un fluide compressible et ne convient pas pour générer un écoulement à partir d'un fluide incompressible, tel que par exemple de l'eau.

Selon cette antériorité (paragraphes 36 et 37), les vibrations de l'actionneur repéré 50 causent la vibration de la première paroi repérée 30 et engendre à son tour une fluctuation de pression dans la chambre de l'espace central repérée 21. En raison du goulot d'étranglement 23, cette fluctuation se dissipe essentiellement au travers de la seconde ouverture repérée 11. Le débit de fluide dans l'espace central étant important, la pression intérieure dans l'espace central repéré 21 est inférieure à la pression du passage d'alimentation repéré 22, qui engendre un gradient de pression créant un débit de fluide depuis le passage d'alimentation 22 vers l'espace central 21.

Il s'agit d'un dispositif de structure extrêmement complexe et coûteuse.

L'invention a notamment pour objectif de pallier les différents inconvénients de ces techniques connues.

Plus précisément, un objectif de l'invention est de fournir un dispositif permettant une intégration plus aisée et rendant les dispositifs plus compacts, et selon la volonté de l'inventeur, ne nécessitant pas de chambre de pompage et de soupapes pour son fonctionnement, voire de manière générale, tout autre dispositif régulateur de débit, et notamment ceux enseignés des antériorités citées.

Un autre objectif de l'invention est, au moins dans un mode de réalisation particulier, de proposer un dispositif de conception simple et réduisant par la même occasion les coûts de fabrication.

Un autre objectif de l'invention est, au moins dans un mode de réalisation particulier, de proposer un dispositif permettant d'obtenir de meilleures performances.

Un autre objectif de l'invention, est au moins dans un mode de réalisation de proposer un procédé pour générer un écoulement de fluide.

Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront plus clairement par la suite, sont atteints selon l'invention à l'aide d'un procédé pour générer un écoulement de fluide mis en œuvre dans un dispositif comprenant une membrane munie d'au moins un trou ainsi que des moyens générateurs de mouvements de va-et-vient, dans lequel on génère un écoulement au travers de la membrane en actionnant ladite membrane, au moins au niveau dudit au moins un trou, suivant un mode de déformation de dudit au moins un trou provoquant des ouvertures et fermetures de dudit au moins un trou et perturbant le fluide pour générer ledit écoulement au travers de la membrane, dans un sens donné (i.e. à l'aspiration ou au refoulement).

Le procédé mis en œuvre permet de générer un écoulement par une seule traversée du fluide au travers de la membrane, avantageusement sans nécessiter de chambre de pompage pour comprimer ou détendre le fluide, ni de soupape et tel que rencontré dans l'état de la technique connu par le document US 5 718 567. Selon la compréhension actuelle, la déformation contrôlée de la membrane, au moins au niveau dudit au moins un trou permet la mise en œuvre d'un mode de déformation dudit au moins un trou qui génère un écoulement de fluide.

Selon l'invention, c'est le mode de déformation du trou résultant de l'actionnement de la membrane qui provoque l'écoulement du fluide, et ainsi la génération d'un débit net au travers de la membrane dans un sens donné, au « refoulement » ou à « l'aspiration »: ce trou n'est associé à aucun dispositif régulateur d'écoulement rapporté tel que soupape (ou « valve » ou autre élément obturant le trou pour imposer un sens d'écoulement), ni ne possède une géométrie propre ou un accessoire imposant un sens préférentiel de circulation de fluide au travers de la membrane.

Aussi un premier avantage du procédé selon l'invention est qu'il ne nécessite, pour sa mise en œuvre, qu'un dispositif de structure extrêmement simple, comprenant seulement pour éléments essentiels, d'une part, la membrane pourvue dudit au moins un trou (déformable), et d'autre part, des moyens générateurs de mouvement de va-et-vient associés à cette membrane.

Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention, prises seules ou en combinaison :

- les mouvements de va-et-vient sont des mouvements périodiques ou ;

les mouvements de va-et-vient sont des mouvements pseudopériodiques ou encore des mouvements apériodiques ;

- ledit mode de déformation dudit trou peut comprendre des mouvements de flexion de la membrane et/ou des mouvements de torsion et/ou de compression et/ou de tension de la membrane ou encore une combinaison de ces mouvements ;

- la membrane est apte, lors de ses mouvements de va-et-vient, à faire circuler un fluide au travers dudit au moins un trou et apte à interdire la circulation du fluide lorsqu'elle est au repos ;

- alternativement, ladite membrane génère des fuites au repos, au travers dudit au moins un trou, fuites qui peuvent être stoppées lorsque la membrane est actionnée - ledit au moins un trou autorisant une circulation de fluide au travers de la membrane, dans un premier sens, d'un coté à l'autre de la membrane, et dans un deuxième sens opposé on change le sens de circulation du fluide au travers de la membrane par le contrôle de l'excitation des moyens générateurs de mouvements de va- et-vient permettant un fonctionnement au refoulement (resp. à l'aspiration) dans un sens de circulation donné, puis après changement d'excitation sur les moyens générateurs de mouvements de va-et-vient, à l'aspiration (resp. au refoulement) dans un sens de circulation opposé;

- on change le sens de circulation du fluide en modifiant le mode de déformation de la membrane,

- lesdits moyens générateurs de mouvements de va-et-vient comprennent un actionneur électromagnétique, un actionneur piézoélectrique ou encore un actionneur électrostatique,

- lesdits moyens générateurs de mouvement de va-et-vient sont distincts de la membrane et coopèrent avec ladite membrane pour actionner et déformer la membrane au moins au niveau dudit au moins un trou.

- les moyens générateurs de mouvements de va-et-vient comprennent ladite membrane qui est en soit un actionneur, ladite membrane comprenant au moins en partie un polymère électro-actif.

- ledit au moins un trou est de dimension submillimétrique ou millimétrique ;

- le motif dudit au moins un trou est choisi parmi un motif en H, en U, en sinusoïde, notamment en W, en I, en traits verticaux ou encore en traits parallèles.

L'invention concerne également un dispositif pour la génération d'un écoulement de fluide, convenant pour la mise en œuvre du procédé, et comprenant:

- une première partie, fixe, en matière rigide, présentant un évidement traversant ;

- une deuxième partie, comprenant une membrane, liée à ladite première partie sur sa périphérie et recouvrant évidement ;

- des moyens générateurs de mouvements de va-et-vient aptes à déformer la membrane ;

- au moins un trou au niveau de la partie mobile de la membrane, apte, lors des mouvements de la membrane à faire circuler un fluide au travers de la membrane, et éventuellement apte à interdire la circulation du fluide lorsque la partie mobile est au repos,

de telle manière à permettre la génération d'un écoulement au travers de la membrane en excitant la membrane de manière à actionner et déformer ledit au moins un trou suivant un mode de déformation dudit au moins un trou et générant un écoulement au travers de la membrane dans un sens donné.

Selon des caractéristiques de l'invention, prises seules ou en combinaison :

- le dispositif comprend une troisième partie en matériau rigide, liée à l'une des faces de la membrane, ladite troisième partie étant disposée au niveau de l'évidement et de dimensions inférieures à celles de l'évidement de telle façon à former un inter-espace entre ladite première partie et ladite troisième partie et de telle façon à former une partie mobile comprenant la partie mobile de la membrane et ladite troisième partie, lesdits moyens générateurs de mouvements de va-et-vient coopérant avec la troisième partie rigide, ledit au moins un trou étant situé au niveau dudit interespace,

- ledit au moins un trou est de dimension submillimétrique ou millimétrique ;

- le trou comprend sélectivement, un motif de forme en H, en U, en I, en sinusoïde (en W), ou encore ledit au moins un trou comprend plusieurs trous parallèles rapprochées ;

- ledit au moins un trou autorise une circulation de fluide au travers de la membrane, dans un premier sens, d'un coté à l'autre de la membrane, et dans un deuxième sens opposé ;

- le dispositif comprend des moyens de commande desdits moyens générateurs de mouvements de va-et-vient de telle façon à permettre de changer le sens de circulation du fluide au travers de la membrane ;

- lesdits moyens générateurs de va-et-vient comprennent un actionneur électromagnétique tel qu'un couple aimant / bobine, un actionneur piézoélectrique, un actionneur électrostatique, un actionneur magnétostrictif, un actionneur ferroélectrique, un actionneur thermique, ou encore un actionneur à mémoire de forme. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donnée à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :

la figure 1 est une vue en coupe du dispositif pour la génération d'écoulement selon l'invention ;

les figures 2a à 2c sont des vues de dessus du dispositif selon différents modes de réalisation de l'invention ;

les figures 3a à 3d sont des vues schématiques de différents modes de réalisation des trous selon l'invention ;

la figure 4 illustre les différentes étapes du procédé de fabrication d'un dispositif selon l'invention ;

la figure 5 est une vue schématique en coupe d'un packaging du dispositif selon l'invention.

la figure 6 est une vue schématique d'un banc de test d'un dispositif selon l'invention,

les figures 7a, 7b, 7c sont des photos de détails d'une forme de trou possible dans la membrane, à savoir une fente courbe,

les figures 8a, 8b, 8c sont des photos de détail d'une autre forme possible en « H ».

Comme précédemment évoqué, le principe général de l'invention repose donc sur la mise en œuvre d'un procédé pour générer un écoulement de fluide mis en œuvre dans un dispositif comprenant une membrane 2 munie d'au moins un trou 20 ainsi que des moyens 4 générateurs de mouvements de va-et-vient.

Selon l'invention, on génère un écoulement au travers de la membrane en actionnant ladite membrane, au moins au niveau dudit au moins un trou, suivant un mode de déformation dudit au moins un trou provoquant des ouvertures et fermetures dudit au moins un trou et perturbant le fluide pour générer ledit écoulement.

Le procédé mis en œuvre permet de générer un écoulement par une seule traversée du fluide au travers de la membrane, et non deux comme dans le document US 5718567. Avantageusement, le procédé selon l'invention ne nécessite pas de chambre de pompage, ni de soupapes, pour comprimer ou détendre le fluide et tel que rencontré dans l'état de la technique connu par le document US 5 718 567.

Selon l'invention, c'est le mode de déformation du trou résultant de l'actionnement de la membrane qui provoque l'écoulement du fluide, et ainsi la génération d'un débit net au travers de la membrane dans un sens donné, « au refoulement » ou à « l'aspiration »: ce trou n'est associé à aucun dispositif régulateur d'écoulement rapporté tel que soupape (ou « valve » ou autre élément obturant le trou pour imposer un sens d'écoulement), ni ne possède une géométrie propre ou un accessoire imposant un sens préférentiel de circulation de fluide au travers de la membrane.

De manière surprenante, les inventeurs ont ainsi constaté, qu'une telle membrane simplement perforée (i.e. sans dispositif régulateur d'écoulement tel que soupape, valve ou autre obturateur, ni même présentant une géométrie du trou imposant un sens préférentiel d'écoulement) permettait, lorsque déformée selon un mode de déformation du trou, de générer une circulation de fluide, dans un seul sens (au « refoulement » ou à «l'aspiration»). Une telle constatation va donc à l'encontre du préjugé enseigné par l'état de la technique (notamment WO 02/097270 Al, DE 10 2008 004147 ou US2006/232167) selon lequel un dispositif régulateur de débit (valve ou autre obturateur), ou encore une géométrie spécifique du trou (« de section en diffuseur » selon le document DE 10 2008 004147) est nécessaire pour générer un écoulement au travers de la membrane selon un sens donné.

Plus encore, les inventeurs ont constaté qu'il était possible de changer le sens de circulation du fluide (du sens « d' aspiration » vers le sens de « refoulement » ou inversement) en changeant l'excitation sur les moyens générateurs de mouvements de va-et-vient, voire le mode de déformation du trou, en particulier en ce que ledit au moins un trou dans la membrane ne présente pas de sens préférentiel d'écoulement, et est dépourvu de dispositif régulateur de débit.

Aussi un premier avantage du procédé selon l'invention est qu'il ne nécessite, pour sa mise en œuvre, qu'un dispositif de structure extrêmement simple, comprenant seulement pour éléments essentiels, d'une part, la membrane pourvue dudit au moins un trou (déformable), et d'autre part, des moyens générateurs de mouvement de va-et-vient associés à cette membrane. En outre et si le trou peut présenter différentes formes possibles, celui-ci n'est pas configuré pour imposer un sens préférentiel d'écoulement au travers de la membrane.

Selon un mode de réalisation les mouvements de va-et-vient sont des mouvements périodiques, tels que par exemple des mouvements d'oscillations. Il est encore possible de générer un écoulement de fluide grâce à des mouvements pseudopériodiques ou encore des mouvements apériodiques.

Selon un mode de réalisation, on génère des mouvements de va-et- vient de la membrane 2 qui créent des mouvements de flexion de la membrane 2. Alternativement, on génère des mouvements de la membrane qui créent des mouvements de torsion de la membrane, ou encore des mouvements de tension et/ ou des mouvements de compression de la membrane. Les mouvements générés peuvent encore être une combinaison de tout ou partie de ces différents mouvements. Le mode de déformation (flexion et/ou torsion et/ou compression et/ou tension) permet, en combinaison avec les ouvertures et fermetures dudit au moins un trou, de générer l'écoulement de fluide au travers de la membrane 4.

Ledit au moins un trou 20 autorise une circulation de fluide au travers de la membrane, dans un premier sens, d'un coté à l'autre de la membrane, et dans un deuxième sens opposé. A cet effet, ce trou n'est associé à aucun dispositif régulateur de débit tel que soupape, valves, ou autre système obturateur, ni ne possède une géométrie propre créant une moindre résistance d'écoulement dans un sens donné, et ainsi un sens préférentiel d'écoulement au travers de la membrane.

Avantageusement, il est peut être possible de changer le sens de circulation du fluide au travers de la membrane par le contrôle de l'excitation des moyens générateurs de mouvements de va-et-vient. On peut par exemple changer le sens de circulation du fluide en modifiant le mode de déformation de ladite membrane 2. Par exemple, à titre d'exemple non limitatif, on peut changer le sens de circulation du fluide en faisant varier la fréquence d'oscillation de la membrane 2. Il est encore possible de changer le sens de circulation par l'application d'un offset de tension, signé positivement ou encore négativement. Il est ainsi possible de faire fonctionner la micro- pompe au refoulement (resp. à l'aspiration), la circulation du fluide traversant la membrane suivant un premier sens, puis en modifiant l'excitation des moyens générateurs de mouvements de va-et-vient, voire le mode de déformation du trou, de faire fonctionner la micro-pompe à l'aspiration (resp. au refoulement), la circulation de fluide traversant la membrane suivant un deuxième sens (opposé au premier sens).

Selon un mode de réalisation, les moyens générateurs 4 de mouvements de va-et-vient comprennent des moyens électro-actifs ou magnéto-actifs, tels que par exemple un actionneur électrostatique, un actionneur électromagnétique, ou encore piézoélectrique. On excite les moyens 4 générateurs de mouvements de va-et- vient par un signal à courant variable. Eventuellement on applique un offset sur la tension positivement ou négativement, de telle manière à générer l'écoulement.

Dans un cas particulier, le ou les trous sont de dimension submillimétrique ou millimétrique. Ledit trou 20 peut être une fente. La largeur de la fente peut être comprise entre 1 micron et 500 microns. La longueur de ladite fente peut être comprise entre 1 micron et 2000 microns. Dans toute la demande les dimensions du trou sont celles des trous lorsque la membrane est non soumise à une contrainte. Parmi tous les motifs possibles, le motif de ladite au moins un trou 20 peut-être choisi parmi un motif en H (figure 3a), en U (figure 3b), en sinusoïde (i.e. W) (figure 3c). Les formes en H et en U permettent d'assurer une ouverture maximale, tandis que l'ouverture en forme de sinusoïde permet d'obtenir une longueur maximale. Le trou peut encore être simplement de forme circulaire.

Selon un mode de réalisation illustré à la figure 3d, ledit au moins un trou 20 comprend plusieurs trous formant des traits parallèles rapprochés (figure 3 d). Deux traits voisins sont rapprochés d'une dimension inférieure à la longueur des trous. De tels motifs permettent d'obtenir une ouverture 20 plus rigide et donc de limiter les fuites lors de l'arrêt du dispositif.

Selon un mode de réalisation, les moyens générateurs de mouvements de va-et-vient sont distincts de la membrane et coopèrent avec ladite membrane pour actionner et déformer la membrane au moins au niveau dudit trou. Alternativement, la membrane peut être active, comprenant un polymère ionique excitée par des électrodes. Encore, la membrane peut être active, comprenant un matériau flexible chargé de nano- matériaux magnétiques (par exemple Fe, FexOy, aimant permanent,...) ou diélectriques (par exemple LÏNB03, Si02, ..), ou métalliques (par exemple Nanotube de carbone, graphène,..). L'introduction de ces matériaux permet de rendre ladite membrane active intrinsèquement et peut être utilisée par exemple comme matériau flexible actif piézolectrique, ou diéelectrique, ou ionique, ou magnétique Plus précisément, un tel dispositif destiné à la mise en œuvre du procédé selon l'invention peut comprendre :

- une première partie 1, fixe, en matière rigide telle que du silicium par exemple, présentant un évidement 10 traversant sur toute sa hauteur ;

- une deuxième partie, comprenant une membrane 2 notamment en élastomère souple, de type PolyDiMethylSiloxane (PDMS) ou Silastic S par exemple, liée à la première partie 1, en particulier de manière étanche au fluide, sur sa périphérie et recouvrant l'évidement 10. Il est à noter que tout élastomère souple connu de l'homme du métier peut convenir pour la réalisation de la membrane 2;

- des moyens générateurs 4 de mouvements aptes à déformer la partie mobile de la membrane 2 ;

- au moins un trou 20 de la membrane au niveau de la partie mobile de la membrane, apte, lors des mouvements de va-et-vient de la membrane à faire circuler un fluide au travers de la membrane 2, et, de préférence, apte à interdire la circulation du fluide lorsque la partie mobile 31 est au repos.

Un tel dispositif permet la génération d'un écoulement au travers de la membrane en déformant la membrane 2 de manière à actionner ladite au moins un trou 20 selon un mode de déformation, pour provoquer des ouvertures de ladite au moins un trou 20 lors des mouvements.

Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend une troisième partie 3 en matériau rigide, tel que du silicium par exemple, liée à l'une des faces de la partie mobile de la membrane 2, ladite troisième partie 3 étant disposée au centre de l'évidement 10.

La troisième partie est de dimension inférieure à celle de l'évidement 10 de telle façon à former un inter-espace 30 entre ladite première partie et ladite troisième partie 3, et de telle façon à former une partie mobile comprenant la partie mobile de la membrane 2 et la troisième partie 3 dans une configuration particulière au centre de l'évidement 10.

Les moyens 4 générateurs de mouvements sont aptes à coopérer avec ladite troisième partie 3 de telle façon à actionner la partie mobile ainsi que le ou les trous 20 de la membrane 2 au niveau de inter-espace.

Le mode de fonctionnement du dispositif peut être dual, c'est-à-dire que la membrane 2 est apte, lors des mouvements de va-et-vient de la partie mobile 31, à faire circuler un fluide dans les deux sens, le dispositif permettant aussi bien de réaliser une aspiration qu'un refoulement du fluide. Une modification du dispositif n'est pas nécessaire ici pour modifier le sens de circulation du fluide. On peut également parler de mode de fonctionnement bidirectionnel. A cet effet, ledit au moins un trou 20 doit autoriser une circulation de fluide au travers de la membrane, dans un premier sens, d'un coté à l'autre de la membrane, et dans un deuxième sens opposé.

Par ailleurs, le dispositif est apte à faire circuler un fluide au travers de la membrane 2 lors des mouvements de la partie mobile, et apte, de préférence, à interdire la circulation du fluide lorsque la partie mobile est au repos.

Comme on peut le voir aux figures 2a à 2c, à titre d'exemple non limitatif, ledit au moins un trou 20 peut s'étendre à mi-distance entre le bord de la première partie 1 et le bord de la troisième partie 3.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention, ledit au moins un trou 20 est disposé au niveau des coins de ladite troisième partie 3. Bien évidemment, la position du ou des trous 20 peut être modifiée en fonction des besoins.

La structure du dispositif est définie par la longueur et la largeur de la partie fixe 1, qui peuvent, à titre d'exemple non limitatif, varier entre 2 mm et 20 mm, ainsi que de la longueur et la largeur de la membrane 2 souple, qui peuvent varier entre 2 mm et 20 mm également.

La structure du dispositif est également définie par la longueur et la largeur de la troisième partie 3, qui peuvent varier entre 500 μιη et 10 000 μιη, et par la longueur et la largeur de l'évidement 10, qui peuvent varier entre 500 μιη et 10 000 μιη.

L'épaisseur de la partie fixe 1, varie entre 100 μιη et 10 000 μιη, celle de la membrane 10 en élastomère souple, varie entre 10 μιη et 200 μιη, et celle de la troisième partie 3, varie entre 0 et 10 000 μιη.

Selon un mode de réalisation de l'invention, la largeur dudit au moins un trou 20 est comprise entre 1 μιη et 500 μιη et la longueur dudit au moins un trou est comprise entre 1 μιη et 2000 μιη.

Ainsi, le choix de la largeur de l'évidement 10, de la troisième partie 3, ainsi que de l'épaisseur de la membrane 2 résulte d'un compromis entre la souplesse de la membrane 2 souhaitée et sa robustesse lors de l'actionnement. Une membrane 2 peu large et épaisse sera plus résistante mais ne permettra pas d'obtenir un déplacement important de la membrane 2. Inversement, une membrane 2 fine et large sera souple mais peu résistante aux efforts de traction et torsion appliqués à la membrane 2.

Par ailleurs, la longueur et la largeur dudit trou 20 sont des facteurs déterminants pour les performances du dispositif, notamment pour le débit et les pressions générées. Par exemple, un trou 20 de taille importante, par exemple 500 μιη de largeur et 2000 μιη de longueur, permettra d'obtenir des débits élevés.

Comme on peut l'observer à la figure 1, la troisième partie 3 est avantageusement disposée au niveau de l'évidement 10 de la partie fixe 1, et est disposée entre les ouvertures 20 de la membrane 2, formant ainsi la partie mobile 31. Une telle disposition permet, lors des mouvements de va-et-vient de déformer la membrane 2 en particulier au niveau du ou des trous 20 de telle façon à faire circuler un fluide au travers de la membrane 2.

Tel qu'illustré à la figure 2c, l'évidement 10 de ladite première partie 1 peut être circulaire, ladite troisième partie 3 adoptant par exemple une forme circulaire de telle façon à former un inter-espace 30 circulaire.

Sur les figures 2a et 2b l'évidement de la première partie 1 est rectangulaire, la troisième partie 3 adoptant une forme rectangulaire de telle façon à former un inter-espace 30 rectangulaire.

Selon le mode de réalisation précédent, les coins de inter-espace rectangulaire sont arrondis afin de limiter les contraintes impliquées par des coins anguleux lors de l'oscillation de la membrane 2. En effet, en conservant un angle droit, on expose la membrane 2 à un risque de déchirure au niveau desdits coins.

Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on fait varier le signal d'excitation de la membrane 2, via des moyens de commande agissant sur les moyens 4 générateurs de mouvements de va-et-vient, de telle manière à changer le sens de circulation du fluide. Par exemple, on change le sens de circulation du fluide en faisant varier la fréquence d'excitation de la membrane.

Selon un premier prototype, et selon les constatations de l'inventeur, un changement aspiration/refoulement a été mesuré, à titre d'exemple non limitatif autour de 225-275 Hz. Dans cette gamme de fréquence, le mode de vibration principal constaté est un mode dit de torsion, un mode dit de flexion étant constaté aux autres fréquences.

L'inventeur a également constaté que la position de la ou les trous 20 influence les performances du dispositif. En effet, lorsque les trous 20 sont disposés au niveau des coins, le mode de torsion est prédominant aux alentours de 225-275 Hz, le dispositif fonctionnant alors en refoulement. Inversement, en dehors de cette plage de fréquences, le dispositif fonctionne en aspiration.

La position des trous 20 au niveau des coins permet donc d'obtenir de meilleures performances en mode de torsion, les ouvertures 20 s Ouvrant de manière plus importante.

De même, l'inventeur a constaté que dans le cas des trous 20 disposés à mi-distance entre le bord de la première partie 1 et le bord de la troisième partie 3, les performances en aspiration sont meilleures. En effet, le mode de flexion permet un plus grand débattement et une meilleure ouverture des trous 20 disposés à mi-distance entre le bord de la première partie 1 et le bord de la troisième partie 3.

L'inventeur a par ailleurs constaté deux pics de résonances situés aux alentours de 100 Hz et 175/200 Hz, les pics de résonances engendrant une déflexion de la membrane 2 plus importante et donc une augmentation du débit. Selon un mode de réalisation, il est possible d'exciter la membrane 2 à sa ou ses fréquences de résonance.

Il est bien entendu que les fréquences et autres paramètres ci-dessus et ci-dessous mentionnés le sont à titre d'exemple non limitatif, pour un prototype donné.

Ces paramètres (les fréquences de changement de régime et les fréquences de résonnance notamment) dépendent des paramètres du dispositif tels que le matériau utilisé pour la membrane, les dimensions de la membrane (épaisseur en particulier), la tension exercée sur la membrane et le poids de la partie mobile notamment, et sont spécifiques au dispositif réalisé.

Selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention, les moyens générateurs d'oscillations 4 comprennent des moyens électromagnétiques qu'on excite par un signal à courant alternatif et sur lequel on applique un offset sur la tension de telle manière à changer le mode de fonctionnement du dispositif, c'est-à-dire changer le sens de circulation du fluide.

Par exemple, à titre d'exemple non limitatif, un offset de 125 mV sur une tension de 500 mV pic à pic décalera l'origine des zéros en tension à 125 mV. Ainsi, le signal délivré aux moyens électromagnétiques avant amplification oscillera entre -125 mV et 375 mV. Un tel offset a pour effet de changer l'origine de la vibration de la membrane 2, de la partie mobile 31 plus précisément. Selon les constatations de l'inventeur et selon le prototype testé, un changement positif dans les offsets permet de faire fonctionner le dispositif en refoulement, alors qu'un changement négatif dans les offsets permet de faire fonctionner le dispositif en aspiration.

Selon un mode de réalisation de l'invention, les moyens générateurs de mouvements de va-et-vient 4 comprennent des moyens électromagnétiques tels qu'un couple aimant 40 associé à une bobine 41. L'aimant 40 peut être solidaire de la troisième partie, et la bobine est solidaire d'un support distinct, par exemple en liaison rigide avec la première partie 1. D'autre moyens connus de l'homme du métier peuvent également être envisagés, tels que des moyens piézoélectriques ou électrostatiques.

Comme on peut l'observer à la figure 5, le dispositif est mis en place au sein d'un packaging 7 sous la forme d'un boîtier recevant le dispositif, de telle façon à le rendre étanche. Le packaging 7 comprend respectivement un logement pour le dispositif ainsi que pour l'aimant, des orifices 70 aptes à recevoir un système vis écrou ou tout autre type de maintien mécanique pour maintenir le packaging 7 à un support, ainsi qu'une entrée 71 et une sortie 72 pour le passage du fluide à faire circuler. Telle qu'illustrée à la figure 5, la bobine 41 est prévue intérieur au chemin du fluide entre l'entrée 71 et la sortie 72 du dispositif. Alternativement, il est bien entendu que la bobine 41 peut être située à l'extérieure afin qu'elle ne soit pas exposée au fluide, ce qui peut être important pour certaines applications.

L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un dispositif, selon l'invention, pour la génération d'écoulement de fluide comprenant les étapes suivantes :

on dépose par enduction une couche de résine 104 sur la face avant d'un wafer de silicium 100 ;

on réalise une photolithographie et une gravure DRIE anisotrope pour définir un ou plusieurs motifs en saillie sur le wafer de silicium, de dimensions correspondantes dudit au moins un trou 20, destinés à créer ledit au moins un trou 20 ;

on réalise une enduction par tournette de l'élastomère 101 de la membrane 2 selon l'épaisseur désirée ;

on dépose une couche d'aluminium 103 puis une couche de résine 104' sur la face arrière du wafer de silicium ; on réalise une photolithographie et une gravure DRIE anisotrope sur la totalité de l'épaisseur du wafer silicium obtenant ainsi la première partie 1 et la troisième partie 3 ;

on supprime chimiquement les restes de résine et l'aluminium restant sur le wafer de silicium ;

on effectue une gravure plasma RIE de l'élastomère afin de libérer les trous 20 ;

optionnellement, on applique une couche de Si02 entre la face avant du wafer de silicium et la couche d'élastomère pour améliorer l'adhérence entre les deux parties.

D'une manière générale, le matériau utilisé pour la membrane peut être un élastomère tel que par exemple le SILASTIC®, ou encore le HV 1540/20P ® de chez Dow Corning.

Un banc réalisé pour tester le dispositif selon l'invention est illustré schématiquement à la figure 6. Ce banc forme deux récipients RI, R2, séparés par une cloison sur laquelle est fixé le dispositif selon l'invention, au travers d'une ouverture de la cloison. L'étanchéité entre le dispositif est la cloison est assurée par un joint torique 50. Les moyens générateurs de mouvement sont électromagnétiques et comprennent un couple aimant 40 et bobine 41.

Dans un tel système, la membrane 2 sépare les volumes respectifs des deux récipients RI, R2. Selon les tests réalisés, les volumes des deux récipients RI, R2 sont remplis d'un liquide (i.e. de l'eau), et de manière à ce que le dispositif et sa membrane 2 soient totalement immergés.

Le générateur de mouvements de va-et-vient est piloté de manière à déformer le trou de la membrane selon un mode de déformation du trou, par exemple en excitant le couple aimant/bobine à une fréquence donnée (avec ou sans offset de tension).

Ces essais ont permis de confirmer la pertinence du procédé, par l'observation d'un débit net constant au travers de la membrane dans un sens donné, ce débit pouvant être suivi par une évolution constante de la différence de niveau « h » du liquide entre les deux récipients RI, R2. Lors de ces tests, le trou (ou chacun des trous) de la membrane n'est associé à aucun dispositif régulateur d'écoulement rapporté tel que soupape (ou « valve » ou autre élément obturant le trou pour imposer un sens d'écoulement), ni ne possède une géométrie propre ou un accessoire imposant un sens préférentiel de circulation de fluide au travers de la membrane.

Plus encore ces tests ont permis de démontrer que ce dispositif fonctionne au refoulement ou à l'aspiration, le changement de sens de l'écoulement pouvant être obtenu en changeant le mode de déformation du trou.

Les débits nets obtenus lors des essais ont été compris entre 10 et 10 000 μί/ιηίη avec de l'eau. Toutefois des débits supérieurs peuvent être envisagés, raisonnablement au moins jusqu'à 900mL/min en optimisant la taille et le nombre des ouvertures notamment.

La simplicité et le très faible coût de fabrication du dispositif mis en œuvre selon l'invention permet éventuellement de concevoir la membrane perforée et son support comme un ensemble amovible du dispositif, à usage unique.

Après chaque usage, cet ensemble membrane perforée/support peut être simplement retiré du corps du dispositif, et mis au rebut. Lors d'un nouvel usage on le remplace par un nouvel ensemble non usagé : ce composant du dispositif, jetable n'a pas besoin d'être nettoyé et/ou stérilisé avant de procéder à une nouvelle utilisation du dispositif.

Naturellement, d'autres modes de réalisation auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci- après.

NOMENCLATURE

1. Partie fixe,

10. Evidement de la partie fixe,

2. Membrane en élastomère souple,

20. Trous,

3. Troisième partie,

30. Inter-espace,

31. Partie mobile,

4. Moyens générateurs d'oscillations,

40. Aimant,

41. Bobine,

50. Joint torique,

7. Packaging,

70. Orifices,

71. Entrée,

72. Sortie.

100. Silicium,

101. Elastomère,

102. Nickel,

103. Aluminium,

104,104'. Résine.