RHÉOLOGIE ET CONTRÔLE DES SUSPENSIONS DE NAGEURS CHIMIQUES

RHEOLOGY AND CONTROL OF CHEMICALLY-ACTIVE SUSPENSIONS

• Auteur / Autrice : Prathmesh Vinze
• Direction : Sébastien Michelin
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Ingénierie, mécanique et énergétique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2021
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LADHYX - Laboratoire d'hydrodynamique

Mots clés

Mots clés libres

Ecoulements visqueux

Suspensions

Micronageurs

Dynamique collective

Viscous flows

Suspensions

Microswimmers

Collective dynamics

Résumé

Les particules actives chimiques nagent en combinant une activité chimique de surface et leur mobilité phorétique, c'est à dire leur capacité à convertir des gradients chimiques en un mouvement du fluide au voisinage de leur surface. Par les forçages chimiques et mécaniques microscopiques qu'elle exerce sur le fluide environnant, chaque particule injecte une faible quantité d'énergie dans le système à l'échelle microscopique. Ceci peut influencer de manière significative la dynamique de ses voisines, mais peut même profondément modifier le comportement macroscopique de la suspension, la transformant ainsi en un 'fluide actif'. Il a ainsi été récemment observé que la présence de micro-nageurs en suspension pouvait augmenter ou diminuer la viscosité effective du fluide. Le mélange microscopique introduit par leur mouvement donne aussi à ses suspensions actives de nombreuses propriétés intéressantes. Ces découvertes ont déclenché un engouement intense pour ses fluides actifs au cours des dernières années, au sein de plusieurs communautés et disciplines de recherche, ainsi que l'exploration de nouvelles applications: peut on utiliser de telles suspensions pour contrôler les propriétés physiques macroscopiques du fluide de manière active? Au moyen de modèles théoriques et simulations numériques, ce projet de thèse s'appuiera sur nos travaux récents au LadHyX sur la modélisation et la simulation de la dynamique individuelle et collective des suspensions phorétiques, afin de caractériser précisément les propriétés de tels fluides actifs (en commençant par sa rhéologie et ses propriétés de mélange) et d'établir des stratégies de contrôle passif et actif de ces propriétés.

Chemically-active particles swim by combining a chemical activity, and their ability to convert chemical gradients into slip flows along their surface, known as a phoretic mobility. Through the microscopic mechanical and/or chemical forcings it exerts locally on their fluid environment, each micro-swimmer effectively injects a minute amount of energy at the micron scale. This not only signi ficantly influences the dynamics of others and the collective arrangement within a suspension, but it can also profoundly modify the macroscopic behaviour of the whole suspension, turning it into an 'active fluid'. For example, microswimmers have been observed recently to increase or reduce the fluid's effective viscosity. Their microscopic stirring of the fluid medium also provides these suspensions with interesting mixing properties. This finding recently triggered an intense interest within the research community for such active fluids, also motivated by exciting potential engineering applications : can we use such active suspensions to control a fluid's effective properties ? Using analytical and numerical modelling, this PhD project will build upon our recent theoretical and numerical work at LadHyX on theindividual and collective modelling of phoretic suspensions, to characterize precisely such active fluids' properties (starting with its rheology and mixing ability) and design passive and active control strategies.