Transport de fluide non newtonien par forçage instationnaire en pression : application au désencombrement bronchique

Non-newtonian fluid transport by unsteady pressure forcing : application to bronchial clearance

• Auteur / Autrice : Antoine Galko
• Direction : Julien Favier, Umberto d' Ortona
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur. Mécanique et physique de fluides
• Date : Soutenance le 17/10/2022
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences pour l'ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : PhysioAssist
• Jury : Président / Présidente : Annie Viallat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Simon Mendez, Adrien Mithalal
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Benjamin Mauroy, Benoît Haut
• DOI : 10.70675/dd5bfd97z250bz4c2bzbc44z9cf095daae69

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécanique des fluides

Fluides non newtoniens

Méthode de Boltzmann sur réseau

Méthodes des frontières immergées

Bronchopathies

Mots clés libres

Lattice-Boltzmann

Frontières immergées

Écoulement non-Newtonien

Mucus bronchique

Forçage périodique

Clairance bronchique

Lattice-Boltzmann

Immersed boundary

Non-Newtonian flow

Mucus

Periodic forcing

Bronchial clearance

Résumé

Les maladies pulmonaires touchent de plus en plus de personnes à travers le monde. Les maladies les plus nombreuses sont la BPCO, l’asthme et la mucovisidose. Les patients souffrant de ces maladies présentent souvent des dysfonctionnements au niveau de la clairance mucociliaire. Lorsqu’il y a un dysfonctionnement, le mucus augmente en quantité et il devient le plus souvent très visqueux et collant ce qui le rend diffcile à évacuer. Cela entraîne donc une augmentation du risque d’infection des poumons. Pour limiter et faciliter la vie des patients, des appareils d’aide au désencombrement bronchique sont développés comme le SIMEOX® mis au point par Physio-Assist. Cet appareil utilise des dépressions périodiques pour liquéfier le mucus afin de faciliter son expectoration. Pour comprendre l’impact de ce type d’appareil une étude numérique, utilisant une méthode de Lattice-Boltzmann couplée avec des frontières immergées est réalisée. L’impact d’un forçage en pression sur un fluide non-newtonien de type Herschel-Bulkley est alors étudié. Nous considérons un fluide non-newtonien, modélisé par une loi de type Herchel-Bulkley, transporté par un forçage en pression dans un canal 2D à parois fixes. Puis nous analysons les mêmes conditions de forçage et de fluide, mais dans un canal dont les parois sont mobiles et peuvent se déplacer en fonction des dépressions internes au canal en fonction d’un paramètre qualifiant la facilité de déplacement de paroi. On montre que les conditions d’écoulement ainsi que le débit de fluide transporté sont fortement influencés par les paramètres de flexibilité des parois

Lung diseases are affecting more and more people worldwide. The most com- mon diseases are COPD, asthma and mucovisidosis. Patients suffering from these diseases often have dysfunctions in mucociliary clearance. Mucociliary clearance normally removes contaminated mucus from the bronchial tree. When there is a dysfunction, the mucus increases in quantity and usually becomes very viscous and sticky, making it diffcult to clear. This increases the risk of lung infection. To limit and facilitate the life of the patients, devices of assistance to the bronchial désencombrement are developed like the SIMEOX® developed by Physio-Assist. This device uses periodic depressions to liquefy mucus in order to facilitate its expectoration. It is in this context that this thesis is conducted. To understand the impact of this type of device on bronchial clearance and more particularly on the rheology of mucus, a numerical study, using a Lattice-Boltzmann method coupled with immersed boundaries, is carried out. The impact of a pressure forcing on a non-Newtonian fluid of the Herschel-Bulkley type is then studied. First, we consider a non-Newtonian fluid, modelled by a Herchel-Bulkley law, transported by a pressure forcing in a 2D channel with fixed walls. In a second step, we analyse the same forcing and fluid conditions, but in a channel whose walls are mobile and can move according to the internal depressions of the channel as a function of a parameter qualifying the ease of wall movement. It is shown that the flow conditions as well as the transported fluid flow rate are strongly influenced by the wall flexibility parameters