Instabilités morphologiques de micro-capsules en suspension libre dans un écoulement complexe

Morphological instabilities of microcapsules suspended free in complex flow

• Auteur / Autrice : Mohamed Abaidi
• Direction : Mohammed Benlahsen, Mohammed Guedda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Amiens
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, technologie et santé (Amiens)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire amiénois de mathématique fondamentale et appliquée (Amiens ; 1995-....) - Laboratoire de physique de la matière condensée (Amiens ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Louis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohammed Benlahsen, Mohammed Guedda, Philippe Peyla, Gabriella Bognar, Dominique Barthès-Biesel, Aline Lefebvre, Véronique Martin, Stéphanie Salmon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Peyla, Gabriella Bognar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Dynamique des fluides

Résumé

Tous les organismes sont constitués de cellules. Cellule animale et cellule végétale se distinguent par quelques caractères qui ont des implications importantes sur la structure et le fonctionnement de l'organisme entier. Ainsi, le vivant offre une richesse de systèmes physiques, physico-chimiques et mécaniques aux propriétés originales, dont les mécanismes de base restent à élucider. En effet, il existe aujourd'hui une grande diversité d'objets mous, déformables, formés d'une membrane fermée plongée dans un fluide : les vésicules, les capsules, les globules rouges. . . Ces objets mous, en suspension, ont la capacité de changer leurs formes quand elles sont soumises à des forces externes. Parmi les objets déformables usuels, on peut regrouper des objets biologiques (comme les globules rouges) ou artificiels (comme les capsules) ou biomimétiques (comme les vésicules). Chacun possède des caractéristiques élastiques propres, permettant de répondre aux multiples demandes de l'ingénierie dans les domaines de la cosmétique, l'agroalimentaire, la pharmacie, la biologie etc. La compréhension du comportement mécanique de ces objets est donc un point essentiel. En particulier leur comportement quand elles sont en suspension libre dans un écoulement de cisaillement ou circulant dans un conduit étroit tel un pore micro-fluidique. Trois déformations élémentaires permettent de décrire la mécanique de la membrane : (i) le cisaillement (qui garde la surface de la membrane conservée), (ii) Extension ou compression (qui peut induire une variation de la surface membranaire, souvent très faible) et (iii) Flexion. Lorsque la membrane n'est pas tendue, elle dispose d'un réservoir important de surface, ce que lui permet d'adopter des formes très variées […] L'objectif de cette thèse est de réaliser une modélisation analytique d'interaction fluide-structure, encore très mal connue, permettant de décrire le mouvement et les grandes déformations d'un objet mou (capsule non-sphérique, vésicules), en écoulement dans un fluide externe (un écoulement Poiseuille ou cisaillement par exemple). Cette étude nous permettra de comprendre la déformation des globules rouges dans des vaisseaux sanguins. Il existe plusieurs différences mécaniques entre un globule rouge et une vésicule. Par exemple : la rigidité membranaire indiquée par le module de courbure, le module de cisaillement qui est nul dans le cas de la vésicule mais défini dans le cas de globule rouge. Cependant, le modèle de vésicule peut aider à la compréhension d’écoulement sanguin. Il en va ainsi pour les capsules non-sphériques. En effet, dans le cas de capsules non-sphériques, la membrane est soumise à des efforts de compression lors de leurs mouvements dans un écoulement de cisaillement. Ces particules sont également en compression lors de l'inversion de courbure qu'elles subissent quand elles s'écoulent dans des canaux de section comparable à leur taille. L'évaluation de ces contraintes dans la membrane est difficile à faire avec précision et demeure un grand challenge à relever