Manipulations optiques d’interfaces liquides : microfluidique et rhéologie

Les méthodes optiques de manipulation et d’interrogation d’échantillons en phase liquide ont connu un développement important au cours de la dernière décennie, du fait notamment des atouts spécifiques (absence de contact, stérilité…) qu’elles présentent. Deux approches complémentaires permettent d’engendrer des effets mécaniques avec de la lumière : via un échauffement ou une réaction chimique (transfert d’énergie), ou directement par les forces optiques (transfert de quantité de mouvement).

Dans la première partie de cet exposé, je présenterai une technique de manipulation optique basée sur la première approche, et appliquée à la microfluidique digitale. Plus précisément, l’échauffement localisé induit par un faisceau laser focalisé sur l’interface entre deux liquides non miscibles (eau et huile) module spatialement la tension interfaciale, ce qui provoque une traction de l’interface dans le sens du gradient (effet appelé thermocapillaire ou Marangoni). Cet effet permet notamment de manipuler des gouttes individuelles s’écoulant en microcanal, ou encore de forcer la rupture contrôlée de jets liquides confinés. Je présenterai quelques composants microfluidiques élémentaires ainsi réalisés et caractérisés (aiguillage, vanne, calibreur, diviseur), et discuterai certaines questions soulevées s’inscrivant dans un cadre plus large.

Je présenterai ensuite une technique de microrhéologie optique aux interfaces actuellement en cours de développement. Un faisceau laser fortement focalisé sur une particule diélectrique peut la piéger au voisinage du point focal (pince optique), permettant sa manipulation directe. Les forces et couples optiques ainsi appliqués pouvant être mesurés, la particule se comporte comme une sonde locale du milieu environnant. Cette technique est ainsi une voie prometteuse pour mesurer certaines propriétés rhéologiques bidimensionnelles spécifiques d’interfaces liquides en présence de tensioactifs, et se présente comme une réduction d’échelle de dispositifs macroscopiques utilisés en rhéométrie interfaciale.