Etablissement numérique et expérimental d'un dispositif nébuliseur pour l'aérosolthérapie

par Nicolas Lelong

Thèse de doctorat en Sciences de la Vie et de la Santé

Sous la direction de Patrice Diot.

Soutenue le 23-09-2013

à Tours , dans le cadre de École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire) , en partenariat avec SST/12/EA 6305- ABVR-Aérosolthérapie et Biomédicaments à Visée Respiratoire (équipe de recherche) .

Le président du jury était Frédéric Patat.

Le jury était composé de Patrice Diot, Frédéric Patat, Daniel Isabey, Jérémie Pourchez, Laurent Vecellio, Frédéric Gagnadoux, Alexandra Junqua-Moullet, Laurent Boudin.

Les rapporteurs étaient Daniel Isabey, Jérémie Pourchez.


  • Résumé

    L’aérosolthérapie a pour objectif de délivrer un médicament dans les voies respiratoires. Le nébuliseur pneumatique est un dispositif permettant de générer des gouttelettes de liquide de diamètre micrométrique. Son processus d’atomisation a cependant été peu analysé. Ainsi, les performances du nébuliseur, caractérisées par le diamètre des gouttes et la masse de médicament inhalable par le patient, et atteignent un palier. Notre travail consiste à utiliser un modèle numérique diphasique en 3D basé sur une géométrie donnée et paramétré sous ANSYS Fluent. Plusieurs méthodes sont utilisées pour caractériser expérimentalement la génération de l’aérosol : l’ombroscopie, la diffractométrie laser et l’anémométrie phase Doppler. Notre modèle est validé par rapport aux données expérimentales et peut donc être exploité pour analyser les processus de génération. L’influence de plusieurs paramètres physiques sur les caractéristiques de l’aérosol produit est étudiée. Ainsi, l’étape de génération de gouttelettes est optimisée pour le développement d’un nouveau nébuliseur. Le transport des gouttes aux poumons du patient est optimisé empiriquement.

  • Titre traduit

    Numerical and experimental design of a jet nebulizer device for aerosol therapy


  • Résumé

    The purpose of aerosol therapy is to deliver drugs into respiratory airways. The jet nebulizer is a device used to generate liquid droplets with a diameter lower than 5 μm. However its atomization process was not much analyzed. Nebulizer performances, which are characterized with droplet size and drug mass inhaled by the patient, are empirically optimized and have reached a plateau. Our work consists in setting a 3D diphasic numerical model on ANSYS Fluent, based on a given geometry. Several methods are used to experimentally characterize aerosol generation: shadowgraphy, laser diffractometry and phase Doppler anemometry. Our model is validated by experimental data and helps predicting generation processes. The influence of several geometric and physical parameters on the output is studied. From these data, droplet generation is optimized for the development of a new nebulizer. Droplet transport to the patient lungs is empirically optimized.

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