Note ABES Flow mechanics in magnetically confined liquid tubes Mécanique de l'écoulement dans des tubes liquides à confinement magnétique Interface liquide-liquide Réduction de la traînée Longueur de glissement Microfluidique souple Instabilité de Plateau-Rayleigh Écoulements lubrifiés Bio-mimétisme Liquid-liquid interface Drag reduction Slip length Soft microfluidics Plateau-Rayleigh instability Lubricated flows Bio-mimicking 532 530.42 Microfluidique Mécanique des fluides Modèles mathématiques Fluides magnétiques La microfluidique joue un rôle très important dans le transport de bio-fluides, allant du diagnostic médical à la simulation d'organes biologiques. La mécanique de l'écoulement dans les microcanaux est très bien expliquée par l'équation de Navier-Stokes dans la limite de petits nombres de Reynolds. Cependant, malgré des décennies de recherche, un défi majeur reste à relever : surmonter l'importante traînée visqueuse ou perte de charge qui se produit lorsque la taille du canal d'écoulement diminue. Nous présentons une nouvelle approche en créant un canal d'écoulement liquide dans un autre liquide stable (tube liquide). Le canal liquide en écoulement est encapsulé par un liquide lubrifiant composé de ferrofluide maintenu en place par des forces magnétiques. Une réduction importante de la traînée atteignant 99% est obtenue, complétée expérimentalement par la démonstration d'une grande longueur de glissement record (à l’échelle du mm). Un profil de vitesses approchant celui d’un écoulement parfait est expliqué par un nombre de Reynolds modifié. Nous montrons que la fameuse instabilité de Plateau-Rayleigh est empêchée par la présence d’un interface liquide-liquide déformable. Dans ce contexte, nous étudions la stabilité et les déformations du tube liquide en identifiant l'échelle de longueur de la déformation, dont le contrôle peut ouvrir la voie à la réalisation de dispositifs microfluidiques ultra-souples. Les propriétés uniques du tube liquide, comme la résistance visqueuse réglable, les déformations réversibles induites par l'écoulement, le rendent approprié pour l'administration de médicaments, le transport de biomatériaux, la bio-impression et comme système modèle d’écoulement dans les artères, veines et d'autres interfaces complexes. Les nouvelles possibilités offertes par les écoulements lubrifiés stabilisés par des forces magnétiques permettent de repousser les limites actuelles de la microfluidique et ouvrent ainsi de nouvelles possibilités d’applications. Microfluidics plays a very important role in bio-fluid transport, ranging from medical diagnostics to the simulation of biological organs. The mechanics of flow in microchannels is very well explained by the Navier-Stokes equation in the small Reynolds number limit. However, despite decades of research, a major challenge remains to overcome the significant viscous drag or pressure drop that occurs as the size of the flow channel decreases. We present a new approach by creating a liquid flow channel in another stable liquid (liquid tube). The flowing liquid channel is encapsulated by a ferrofluid lubricant held in place by magnetic forces. A significant drag reduction of up to 99% is achieved, complemented experimentally by the demonstration of a record long slip length (on a mm scale). A velocity profile approaching that of a perfect flow is explained by a modified Reynolds number. We show that the famous Plateau-Rayleigh instability is prevented by the presence of a deformable liquid-liquid interface. In this context, we study the stability and deformations of the liquid tube by identifying the length scale of the deformation, the control of which may pave the way for the realisation of ultra-flexible microfluidic devices. The unique properties of the liquid tube, such as adjustable viscous resistance, reversible flow-induced deformations, make it suitable for drug delivery, biomaterial transport, bioprinting and as a model system for flow in arteries, veins and other complex interfaces. The new possibilities offered by lubricated flows stabilized by magnetic forces push the current limits of microfluidics and thus open up new application possibilities. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 101084928 Université de Strasbourg Strasbourg 2023-12-31 https://theses.hal.science/tel-05132536 application/pdf 100677055 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2022/DEV_Arvind_Arun_2022_ED182.pdf http://www.theses.fr/2022STRAE011/abes https://theses.hal.science/tel-05132536 https://theses.hal.science/tel-05132536 Dev Arvind Arun 1993-07-16 FR 264588827 0EFB1T06EP5 21826091 4200002 https://theses.fr/2022STRAE011 2022STRAE011 https://doi.org/10.70675/27f13304z0b0az42d6z9048zf88fc364f392 2022-07-15 Physique de la matière condensée Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Doudin Bernard MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 149238614 Hermans Thomas MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 200309323 Dempsey Nora MADS_PRESIDENT_DU_JURY 153097299 Drenckhan Wiebke MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 164116192 Dempsey Nora MADS_RAPPORTEUR_1 153097299 Den Toonder Jaap M. J. MADS_RAPPORTEUR_2 177426012 École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 182 156500019 Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 151842973 93794 ddc:530 Doudin Bernard Hermans Thomas Dempsey Nora Drenckhan Wiebke Dempsey Nora Den Toonder Jaap M. J. École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg) PDF 101084928 confidentialité 2022-07-15 2025-01-01 confidentialité 2022-07-15 2025-01-01 restriction 2022-07-15 2025-01-01 confidentialité 2022-07-15 2025-01-01 confidentialité 2022-07-15 2025-01-01