Dynamique de trafic dans des réseaux microfluidiques modèles : embouteillages, chocs et avalanches

par Nicolas Champagne

Thèse de doctorat en Physique théorique

Sous la direction de Denis Bartolo.

Soutenue en 2011

à Paris 7 .


  • Résumé

    Cette thèse est consacrée à l'étude du transport de particules en milieu confiné. Une approche expérimentale originale est proposée, basée sur la création de nouveaux outils microfluidiques. Dans une première partie, nous étudions la dynamique du trafic de gouttes dans des réseaux d'obstacles microfluidiques. Nous montrons que la présence des interactions hydrodynamiques entre particules dans cet écoulement rend le processus non linéaire: le courant en particule n'est pas proportionnel à la densité en particule. Nous avons aussi établi, qu'il existe un courant critique au delà duquel aucun flot stationnaire en particules n'existe. Dans le domaine d'existence de cet écoulement stationnaire, nous avons ensuite étudié la réponse dynamique d'un train 1D de gouttes en interaction hydrodynamique à des perturbations longitudinales d'amplitude finie. Nous avons expérimentalement et théoriquement montré que la dynamique est régie par une équation dynamique de Burgers. Ce travail est ensuite poursuivi par l'étude du transport de particules dans un réseau 2D d'obstacles, gouverné par une dynamique intermittente. Une approche numérique de ce problème, via un automate cellulaire, est développée pour rendre compte de la phénoménologie d'avalanche observée expérimentalement, Ce code s'avère ainsi être efficace quant à l'interprétation de l'écoulement de particules dans des réseaux d'obstacles, En guise de conclusion, les premières expériences sur l'écoulement d'un cristallite de particules solides sont présentées. Les interactions hydrodynamiques dans cette configuration tendent à déstabiliser tout cristallite 2D,

  • Titre traduit

    Traffic dynamics in microfluidic networks : jams, shocks and avalanches


  • Résumé

    This thesis is devoted to the transport of particles in confined geometries. An original approach is developed, based on new home-made microfluidic tools. First, we study the traffic of particles in microfluidic obstacles networks. Due to hydrodynamics interactions between particles, we show that the traffic dynamics is a nonlinear process: the particle current does not scale with the particle density, We also establish that there exists a maximal current above which no stationary particle flow can be sustained. Then, we study the dynamic response of 1D droplet streams to finite-amplitude longitudinal perturbations. We experimentally and theoretically show that the nonlinear constitutive equation relating particle current to particle density leads to Burgers equation for the droplet stream density, Afterwards, we focus on the flow resulting from high current values in a 2D obstacles network, We observe an intermittent dynamics with avalanche phenomena. To rationalize this, we develop a numerical code close to a cellular automaton. This numerical model turns out to be effective to represent the flow of confined particles in a network of pipes. To conclude, we present the start of an experimental work, It consists in flowing a 2D crystal of solid particles. In such a configuration, hydrodynamic interactions seem to destabilize the lattice of any 2D crystals.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (152 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 104 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2011) 204
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