Mécanique de l'écoulement dans des tubes liquides à confinement magnétique
Langue Anglais
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Auteur : Dev, Arvind Arun
Date de soutenance : 15-07-2022

Directeur(s) de thèse : Doudin, Bernard - Hermans, Thomas

Président : Dempsey, Nora
Rapporteur(s) : Dempsey, Nora - Den Toonder, Jaap M. J.
Membre(s) du jury : Drenckhan, Wiebke

Établissement de soutenance : Strasbourg
Laboratoire : Institut de physique et chimie des matériaux (Strasbourg)
École doctorale : École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....)
 
Discipline : Physique de la matière condensée
Classification : Physique

Mots-clés libres : Interface liquide-liquide, Réduction de la traînée, Longueur de glissement, Microfluidique souple, Instabilité de Plateau-Rayleigh, Écoulements lubrifiés, Bio-mimétisme
Mots-clés :
  • Microfluidique
  • Mécanique des fluides - Modèles mathématiques
  • Fluides magnétiques
Résumé : 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.
 
Type de contenu : Text
Format : PDF
 
Entrepôt d'origine : STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises
Identifiant : 2022STRAE011
Type de ressource : Thèse