Suspensions de microcapsules en écoulement

par Mehdi Maleki

Projet de thèse en MEP : Mécanique des fluides Energétique, Procédés

Sous la direction de Hugues Bodiguel et de Marc Leonetti.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec Laboratoire Rhéologie et Procédés (laboratoire) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Les microcapsules sont des particules molles prometteuses pour la libération contrôlée de médicaments ou de nutriments dans le corps humain. Ces substances sont encapsulées dans des gouttes micrométriques, protégées du fluide externe par une fine membrane élastique et libérées par fusion ou déformations cycliques de la membrane. Les microcapsules ont la particularité d'être très déformables sous écoulement. Elles sont aussi considérées comme un modèle simplifié des globules rouges. Les suspensions de capsules artificielles devraient avoir des comportements similaires à celui du sang, en particulier une forte structuration sous écoulement (c.à.d. organisation spatiale des particules) dû à leur déformabilité. Typiquement, les cellules molles sont concentrées au centre de l'écoulement, laissant une couche de déplétion au près des parois, où les cellules les plus rigides se retrouvent. La structuration des suspensions de microcapsules est un problème multi-corps avec des interactions hydrodynamiques, qui dépendent de la dynamique de déformation. Contrairement aux suspensions de particules rigides, la compréhension de l'écoulement de suspensions de particules molles est très limitée. Des simulations numériques commencent à donner des éléments intéressants qui doivent être confirmés (ou non) par des expérimentations. Durant cette thèse, nous allons explorer expérimentalement le comportement collectif de microcapsules molles dans des écoulements microfluidiques pour comprendre leur rhéologie et leur structuration. Les deux problématiques principales sont : - Comment s'écoulent des suspensions de microcapsules ? Quelle est la contribution des propriétés physiques des suspensions (taille, déformabilité, concentration) sur leur structuration sous écoulement et leur rhéologie (viscosité apparente) ? - Quel est le rôle du confinement ? Y-a-t-il ségrégation pour des suspensions bi-disperses en déformabilité comme dans le cas de la circulation sanguine ?

  • Titre traduit

    Suspensions of soft microcapsules in flow


  • Résumé

    Microcapsules are promising soft microparticles to control the delivery of drugs or nutrients in the human body. These substances are encapsulated in micro-drops, protected from the external fluid by a thin elastic membrane and released by rupture, fusion or cyclic deformations of the membrane.. Microcapsules have the feature to be highly deformable under flow. They are so considered as a simplified model of Red Blood Cells, We expect that suspensions of artificial deformable microcapsules should share common physical features with the blood, especially strong structuration (i.e. the spatial organisation of the particles) under flow due to their deformability. Typically, soft cells are concentrated in the centre of the channel, leaving a depletion layer near the walls, where rigid cells are more likely to be found. The structuration of suspensions of soft microcapsules, relies to a many-body problem with hydrodynamic interactions which depends on their dynamics of deformation. Contrary to suspensions of rigid particles, the understanding of such soft suspensions in flow is scarce. Only recent numerical simulations begin to capture some fruitful ingredients that have to be confirmed (or not) by experiments. In this thesis, we will explore experimentally the collective dynamics of soft microcapsules in microfluidics flow to gain insight into their rheology and structuration. The two main problematic are: - How flows a suspension of microcapsules? What is the contribution of the physical properties of suspensions of microcapsules (size, deformability, concentration) on their structuration under flow and their rheology (apparent viscosity)? - What is the role of flow confinement? Can we expect segregation in bidisperse suspension governed by deformability as in blood microcirculation?