Évolutions du film lubrifiant dans des seringues médicales

evolutions of the lubricating layer in medical syringes

• Auteur / Autrice : Marine Borocco
• Direction : Christophe Clanet, David Quéré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des fluides
• Date : Soutenance le 10/07/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École polytechnique (Palaiseau, Essonne ; 1795-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Hydrodynamique de l'École polytechnique (Palaiseau, Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Marie-Laurence Giorgi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Clanet, David Quéré, Isabelle Pezron, Anne Perwuelz, Jean-René Authelin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Isabelle Pezron, Anne Perwuelz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lubrifiants

Dynamique des fluides

Mots clés libres

Mouillage différentiel

Tension de surface

Démouillage

Interface

Drainage gravitaire

Differential wetting

Surface tension

Dewetting

Interface

Gravitational drainage

Résumé

Cette thèse est motivée par un problème pratique rencontré chez Sanofi lors du développement d’auto-injecteurs : lors de l’injection du produit pharmaceutique, les essais montrent parfois un blocage du système d’auto-injection suite à la friction élevée du piston à l’intérieur des seringues. Afin de mieux comprendre ce phénomène et de proposer des solutions pour y remédier, nous observons de plus près la couche d’huile de silicone censée lubrifier le piston. Nous nous apercevons alors que l’épaisseur de ce film n’est pas uniforme : au cours de son stockage, le silicone a adopté un profil d’épaisseur parabolique caractéristique du drainage gravitaire.En lien avec cette étude d’un système verre/silicone/air, nous observons également l’évolution d’une coulure d’un liquide entièrement mouillant sur un substrat incliné, selon que le doigt de liquide provienne de l’élongation d’une goutte de volume fixé ou qu’il soit nourri d’un flux constant de liquide, et proposons des modèles physiques correspondant aux observations.Nous nous intéressons ensuite à la compétition entre silicone et solution aqueuse pour mouiller un substrat de verre. Nous discutons alors la notion de mouillage différentiel, puis proposons deux expériences permettant de mesurer l’angle de contact entre verre, silicone et eau. Ces expériences mettent en particulier en évidence la « siliconophile » croissante du verre lorsque le temps passé par le substrat au contact de l’huile augmente.Les résultats fondamentaux sont enfin appliqués au cas des seringues d’auto-injecteurs : la couche de silicone est observée au cours du temps après ajout d’eau ou de médicament à l’intérieur de la seringue. Nous observons alors le démouillage de la couche de silicone en gouttelettes et proposons plusieurs modèles permettant d’expliquer les phénomènes observés à l’intérieur des seringues. Ces résultats nous amènent à mieux comprendre certaines défaillances possibles des seringues d’auto-injecteurs et à proposer des moyens d’y remédier.

This PhD thesis is motivated by a practical problem encountered by Sanofi researchers when testing new autoinjector syringes: during injection of the pharmaceutical product, the plunger sometimes stalls before reaching the end of the syringe barrel, due to the high friction of the plunger stopper on the inner wall of the syringe. We aim to understand what causes this increase of the friction force; to do so, we take a closer look at the lubricating silicone oil layer covering the inner wall. Its average thickness profile (as a function of the distance along the axis of the syringe) is parabolic: during its storage, the oil layer underwent gravitational drainage.We also develop a related study: that of a fully wetting liquid finger flowing down a glass incline. Two different cases are explored: in the first one, the finger originates from an elongating drop of constant volume, while in the second one, it is fed by a constant influx of liquid. In both cases, we propose scaling law models that explain the evolution of the finger.Then, we explore the competition between silicone oil and aqueous solution to wet a glass substrate. We discuss the notion of differential wetting and study two experiments that would allow to measure the contact angle between water, oil and glass. These experiments showcase the increase in “siliconophilicity” as the time spent by the glass in contact with oil increases.We use these results in the case of autoinjector syringes. The silicone oil layer is observed as a function of time after the syringe is filled with water or drug: it dewets into droplets. We offer models explaining the phenomena happening inside syringes. The results lead us to a better understanding of some defaults of the autoinjector syringes; which allows us to propose ways to counter these defects.