A.3 Timbre et puce en PDMS. . . 182 A.4 Puce en NOA A81. . . 183 A.5 Conclusion. . . 186
A.1 Introduction.
Au cours de ce projet de thèse, il va nous falloir comprendre plusieurs mécanismes de formation et de transport de mousse dans un milieu poreux. Dans des milieux rocheux, cette question n'est pas évidente à répondre en raison du manque de transparence d'un tel milieu. C'est la raison pour laquelle la microuidique ore, sur le plan expérimental, un certain confort puisque c'est un domaine où il est possible de modéliser des milieux poreux an de tenter de reproduire le mieux possible des conditions d'écoulement les plus réalistes possibles.
Dans cette annexe, nous allons présenter la conception de diérents modèles de puce microuidique pour comprendre le comportement d'une mousse en écoulement dans un milieu poreux. La première puce microuidique que nous introduirons est un modèle de canal droit en PDMS, nécessaire à la compréhension du transport de mousse à l'échelle d'un seul pore. Le deuxième modèle envisagé est, cette fois-ci, une puce microuidique en NOA A81 qui a comme particularité de résister à des pressions de 5 bars. Ce type de modèle nous donne la possibilité d'étudier le transport de mousse à l'échelle d'un réseau de pores hétérogène.
A.2 Photolithographie.
Dans cette section, nous allons expliquer la première étape, essentielle, à la conception d'une puce. Il faut d'abord élaborer la forme de la géométrie que nous voulons donner à la puce microuidique. Pour cela, un programme Matlab nous permet de générer un chier
.tif, représenté sur la gure A.1 qui servira, à créer un masque chez un imprimeur. Ce masque plastié sera utilisé pour la photolithographie.
Figure A.1 Représentation des masques imprimés pour la conception des puces micro-uidiques.
Nous devons maintenant, à partir du masque imprimé, faire un moule du futur circuit microuidique. Pour en résumé les diérentes étapes, nous nous appuierons sur le schéma représenté sur la gure A.2. Le socle de la photolithographie est un wafer en silice qu'il nous faut d'abord préparer en éjectant d'éventuelles impuretés avec une souette. Nous le chauons ensuite à 200C pendant 30min. Cette étape permet de déshydrater la surface de sorte que la résine déposée, lors de l'étape suivante, soit la plus adhérente possible.
Une fois les minutes passées, nous posons le wafer sur une tournette, qui a pour objectif de faire tourner le wafer sur lui-même comme le représente les étapes 1-2 de la gure A.2. Nous posons sur la surface métallique une résine SU8 négative. Cette dernière a pour propriété de réticuler lorsqu'on l'expose au rayonnement UV. Une fois la résine déposée, la tournette met le wafer en rotation à une vitesseωde 500 tours/min pour un pré-étalement par force centrifuge, puis à ω =1000 tours/min pour un étalement complet de sorte à ce que l'épaisseur de résine en surface soit celle espérée (pour 1000 tours/min l'épaisseur est de 80µm et pour des épaisseurs plus faibles, il faut diminuer la vitesse de rotation ou choisir une résine plus visqueuse).
L'étape suivante consiste à faire évaporer le solvant contenu dans la résine étalée. Comme le montre l'étape 3 de la gure A.2, il nous faut déposer le wafer sur une plaque chauante à température variable. Cela nous donne la possibilité de faire évaporer le sol-vant sans faire de trop grandes variations de température. La plaque doit d'abord passer de la température ambiante T ∼ 25C à 65C avec une rampe de 2C/min. Puis nous augmentons T de 65C à 95C avec la même rampe. La durée des paliers à 65C et 95C
Figure A.2 Schéma des diérentes étapes de photolithographie pour la conception d'un moule en résine SU8.
dépend de l'épaisseur de résine déposée. Pour le dernier palier, cela peut aller de 2h pour une épaisseur de 100µm à 4h pour une épaisseur de 200µm. L'intérêt d'augmenter pro-gressivement la température est de ne pas imposer trop de contrainte à la résine, évitant par la suite des risques de ssures notamment lors du développement que nous verrons prochainement.
Une fois ceci terminé, nous passons à l'étape 4 du schéma qui est l'insolation. Comme cela a été dit auparavant, la résine déposée est photosensible. La partie insolée au rayon UV réticule alors que le reste non. Ce qui veut dire que la partie insolée reste sur le wafer dans la suite des évènements. Les rayonnements UV sont émis par un exposeur. Il émet une lumière UV à une puissance surfacique d'environ 4mW.cm−2 (que nous prenons soin de remesurer avant chaque insolation). Nous posons le wafer sous la lampe ainsi que le masque imprimé entre le wafer et la lampe. Le masque doit être bien plaqué contre le wafer pour éviter la diraction, de sorte que les motifs soient bien nets. Pour une épaisseur de 100µm, il faut compter environ 60s d'insolation.
L'étape 5 consiste ensuite à poser le wafer sur la plaque chauante à température variable avec un palier à 65C pendant 15min et un autre à 95C pendant 40min tout en respectant les rampes de température. Lors du processus, nous pouvons voir le motif apparaître en surface petit à petit.
L'étape 6 a pour enjeux de retirer de la surface la résine inutile. Le wafer va alors être plongé dans un solvant, le PGMEA. La résine non-réticulée s'enlève alors au fur et à mesure que l'on agite. L'étape dure alors 5min environ suivant l'épaisseur de résine à retirer.
Il ne reste plus qu'à sécher le wafer et à le chauer à 130C pendant 2h30 de sorte à renforcer la structure des motifs.