Séparation de phase du sang au niveau d'une bifurcation

Inversion de la loi de séparation standard aux faibles concentrations

Au niveau d'une bifurcation asymétrique (au niveau des débits), les globules rouges se répartissent souvent de manière inhomogène, avec une augmentation de la concentration dans les vaisseaux de forts débits. Cette séparation dépend fortement de l'organisation de la suspension en amont ; dans des cas de fort confinement et de concentration faible, cette organisation peut conduire à une inversion de la séparation de phase classiquement observée.

Microvasc. Research 105, 40 (2016)

Clusters in capillaries

Détail du comportement dans une bifurcation

Au niveau de la bifurcation, la répartition des objets dépend du rapport des débits et de leur position initiale, que nous avons pu contrôler par un système de confinement latéral (flow focusing).

J. Fluid Mech. 674, 359 (2011)

Asymmetric bifurcation

Agrégation des globules via les protéines plasmatiques dans les microcapillaires

Les protéines plasmatiques induisent la formation d'agrégats de globules rouges, appelés rouleaux. Ceux-ci sont généralement désagrégés sous l'effet d'un cisaillement. Contre toute attente, des agrégats stables subsistent dans la microcirculation, malgré les taux de cisaillement importants qui y règnent.

Sci. Rep. 4, 4348 (2014)

Ces agrégats sont produits et parfois stabilisés par les interactions hydrodynamiques, en parallèle de la stabilisation due aux forces d'adhésion.

Soft Matter 12, 8235 (2016)

Clusters in capillaries

Structuration d'une suspension de globules rouges

Dans un vaisseau sanguin, Poiseuille a observé il y a presque deux siècles que les globules s'organisent en couches de différentes concentrations.

Cette organisation est le résultat de deux phénomènes s'opposant : l'interaction hydrodynamique avec les parois, qui conduit à un éloignement des globules de celles-ci, et les interactions entre globules, conduisant à un phénomène de sous-diffusion tendant à homogénéiser la suspension.

Le mécanisme de base conduisant à la diffusion transverse à l'écoulement est l'interaction hydrodynamique entre deux objets, illustrée ci-contre dans le cas de vésicules lipidiques.

Phys. Fluids 26, 013304 (2014)

Size distribution in outlets

Dispositif de tri de particules par tailles dans un circuit microfluidique

Pinched Flow Fractionation

Selon ce principe, un tri précis en taille de particules en suspension peut être réalisé de manière continue, sans utilisation de champs extérieurs.

Microfluid. Nanofluid. 13, 697 (2012)

Size distribution in outlets

Vésicules lipidiques sous écoulement confiné

Les vésicules lipidiques sont des membranes fermées séparant deux milieux fluides. Elles constituent un cas particulièrement intéressant de problème d'hydrodynamique aux frontières mobiles, conduisant à une grande richesse de comportements dynamiques.

Ces questions se retrouvent lorsqu'on étudie le comportement des globules rouges, principaux composants du sang. Leur étude permet de mieux comprendre la façon dont le sang s'écoule et comment ils se répartissent dans les différents vaisseaux.

Migration in Poiseuille flow

Vésicule dans un canal de largeur 90 microns.

Migration latérale

Sous l'effet de forces d'origine visqueuse, un objet déformable migre vers le centre du canal. Dans les vaisseaux sanguins, il y a ainsi moins de globules près des parois qu'au centre.

Phys. Fluids 20, 111702 (2008)

3D shape in Poiseuille flowVésicule dans un canal de largeur variable entre 45 et 120 microns.

Formes 3D

Une fois au centre, sa forme dépend de nombreux paramètres (dégonflement, vitesse du fluide, confinement, symétrie du canal). On peut avoir des formes de balles, de parachute, ou de croissant.

Phys. Rev. Lett. 108, 178106 (2012)

Croissant shape

Simulation d'A. Farutin

Nous utilisons les outils de la microfluidique et grâce au CNES et à l'ESA nous bénéficions, pour certaines expériences nécessitant de s'affranchir de la sédimentation des objets, ou de contrôler la sédimentation sur des périodes délimitées, de l'accès à la microgravité : vols paraboliques et fusée sonde (campagnes Maser 11 et Maser 12). L'acquisition des données est grandement facilitée dans ces expériences par l'utilisation de la microscopie holographique, développée au MRC à Bruxelles, qui permet de connaître instantanément la position 3D des objets en mouvement dans une suspension.

Ces sujets sont développés au sein de l'équipe Dynamique des Fluides Complexes du Laboratoire de Interdisciplinaire Physique à Grenoble. Les systèmes étudiés dans l'équipe sont principalement les polymères, les micronageurs, les bulles, les cellules biologiques ou encore les vésicules.

Les membres de l'équipe avec qui je travaille :

  • Thomas Podgorski, Vassanti Audemar (thèse)
  • Chaouqi Misbah, Mourad Ismail et Alexander Farutin (aspects théoriques)
  • Lionel Bureau, Delphine Débarre (propriétés de paroi des vaisseaux)

Collaborations extérieures :
  • Victoria Vitkova, Institute of Solid State Physics, Sofia, Bulgarie
  • Christophe Minetti, Microgravity Research Center, Bruxelles, Belgique
  • Christain Wagner, Université de Saarbrücken, Allemagne