Transport en écoulements microscopiques
Aux échelles microscopiques, le mouvement d’un fluide est dominé par sa viscosité. C’est aussi le cas des forces qu’il applique sur des particules colloïdales, des bulles, des gouttes ou des micro-organismes, ce qui affecte de manière fondamentale leur transport. Ces phénomènes présentent de nombreux défis aussi bien d’un point de vue fondamental que pour des applications dans des systèmes industriels, allant ainsi de la modélisation biophysique des systèmes vivants et de leur interaction avec leur environnement fluide, au contrôle du mouvement et de la déformation de systèmes artificiels comme dans l’industrie textile ou pour la conception de nouveaux fluides actifs.
Nage individuelle et collective de microparticules actives
Sébastien Michelin
Par le forçage mécanique qu’ils exercent, les nageurs microscopiques (biologiques ou artificiels) mettent le fluide qui les entourent en mouvement, et en modifie les propriétés macroscopiques telles que la viscosité ou le mélange effectifs. Les particules catalytiques sont un exemple canonique d’un tel « fluide actif » : au travers des propriétés physico-chimique de leur surface, elles convertissent l’énergie d’un carburant présent dans leur environnement en énergie mécanique. Notre travail porte sur les interactions complexes entre l’hydrodynamique et ces échanges physico-chimiques, au cœur de la propulsion et de l’interaction de ces particules. Notre but est de caractériser et de contrôler les propriétés macroscopiques de ces suspensions actives.
Brisure de symétrie et propulsion d’une particule catalytique sphérique en réponse à la symétrie du champ chimique qu’elle génère. Le composé chimique est produit de manière isotrope avec un flux constant à la surface. Lorsque son advection par l’écoulement domine sa diffusion moléculaire, une asymétrie du champ de concentration peut apparaître en réponse à ce couplage hydro-chimique non-linéaire, ce qui entretient le mouvement de la particule.
Transport de fibres flexibles
Camille Duprat
Le transport d'objets allongés dans les écoulements visqueux ou à petite échelle se retrouve dans un grand nombre d'applications, de la nage de micro-organismes à la fabrication de textiles non-tissés comme le papier. Nous étudions l'écoulement de fibres dans des micro-canaux et en sédimentation, afin de caractériser l'influence du confinement, de la forme et de la flexibilité des fibres sur leurs trajectoires.
Chronophotographies (gauche) d’une fibre flexible en sédimentation dans un fluide visqueux et (droite) d’une fibre rigide oscillant entre les parois d’un micro-canal sous l’effet de l’écoulement (orienté de haut en bas).
Nage des bactéries dans un écoulement externe
Gabriel Amselem
Les micro-organismes marins sont en permanence soumis à des écoulements qui interfèrent avec leur mouvement de nage naturel. Il a été démontré en particulier que l’interaction entre un écoulement de cisaillement et la géométrie chirale de leurs flagelles induit une dérive des bactéries dans la direction transverse au plan de cisaillement. Nous utilisons ici la micro-fluidique pour confiner les bactéries et les soumettre à différents types d’écoulements cisaillés, afin d’étudier leur réponse dynamique, et la distribution spatiale qui résulte de ce forçage extérieur.
Nage de bactéries dans deux gouttes maintenues immobiles dans un canal microfluidique. A t=3s, un écoulement externe (de la droite vers la gauche) est imposé, ce qui induit une recirculation dans chaque goutte. En réponse, les bactéries présentes dans les gouttes se rapprochent (goutte du haute) ou s’éloignent (goutte du bas) du plan d’observation.
