Modélisation et simulation du mouvement d'interfaces déformables dans une géométrie confinée : application à l'étude de l'écoulement des globules rouges dans la microcirculation

Modeling and simulation of the motion of deformable interfaces in a confined geometry : application to the study of the flow of red blood cells in microcirculation

• Auteur / Autrice : Othmane Aouane
• Direction : Chaouqi Misbah, Christian Wagner
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique pour les Sciences du Vivant
• Date : Soutenance le 18/09/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE) en cotutelle avec Universität des Saarlandes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (Grenoble, Isère, France ; 1966-....)
• Jury : Président / Présidente : Rolf Pelster
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Peyla, Tanja Schilling
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Takuji Ishikawa, Marc Leonetti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Agrégation érythrocytaire

Macromolécules

Chaos (théorie des systèmes)

Éléments-frontières, Méthode des

Mécanique des fluides

Érythrocytes

Modèles mathématiques

Microcirculation

Mots clés libres

Vésicules

Méthode des intégrales de frontières

Chaos

Agrégations

Interactions hydrodynamiques

Interactions due aux macromolécules

Vesicles

Boundary integral method

Chaotic dynamics

Aggregations

Hydrodynamic interactions

Macromolecules-Induced interactions

Résumé

Les vésicules sont utilisées d'une manière extensive comme modèle pour comprendre les dynamiques et les déformations des globules rouges au niveau individuel, mais aussi concernant les phénomènes collectives et la rhéologie. La membrane de la vésicule résiste à la flexion mais pas au cisaillement, contrairement aux globules rouges, néanmoins elles partagent plusieurs propriétés dynamiques avec les globules rouges, comme le tank-treading (mouvement en chenille de char) et le tumbling (mouvement de bascule) sous écoulement de cisaillement, ou les formes parachutes et slippers (pantoufles) sous un écoulement de Poiseuille. Les globules rouges sont connus pour former des trains de cellules (clusters) dans la microcirculation attribués à la nature attractive des interactions hydrodynamiques. Nous avons étudié numériquement plusieurs types de problème comme:(i) les dynamiques de cellules isolées, (ii) le couplage hydrodynamique entre globules rouges (en utilisant les vésicules comme modèle) soumis à un écoulement de Poiseuille sous différent confinements; (iii) l'agrégation des globules rouges et la formation de rouleaux; et (iv) le rôle des macromolécules dans la formation de clusters sous écoulement. les résultats obtenus apportent un nouveau regard à la physique des objets déformables et sont transposables au cas de l'écoulement des globules rouges dans la microcirculation.

Vesicles are extensively used as a model for understanding dynamicsand deformation of red blood cells at the individual level but also regarding collective phenomena and rheology. Vesicles' membranes withstand to bending butdo not have a shear resistance, unlike red blood cells, but they still share several dynamical properties with red blood cells, like tank-treading and tumbling under linear shear flow, or parachute and slipper shapes under Poiseuille flow. The red blood cells are known to form train of cells in the microcirculation attributed to attractive hydrodynamic interactions. We investigate numerically several kind of problems such as: (i) the dynamics of isolated cells; (ii) the hydrodynamic coupling between the red blood cells (by using vesicles as a model) subject to a Poiseuille flow under different confinements; (iii) the aggregation of red blood cells and formation of rouleaux; and (iv) the contribution of macromolecules in the formation of clusters under flow condition. The obtained results give a new insight into thephysics of deformable objects under confinement that are transposable to the flow of red blood cells in the microcirculation.