Microfluidic flow of suspensions of deformable particles through constrictions

Ecoulement microfluidique de suspensions de particules déformables à travers des rétrécissements Les milieux granulaires sont omniprésents, qu'il s'agisse du sol sur lequel nous construisons nos maisons ou des grains de café que nous utilisons. Le comportement des matériaux granulaires dépend d'une grande variété de propriétés des particules constitutives, telles que leur distribution de taille, leur rigidité, leur coefficient de frottement ou leur rugosité, pour n'en citer que quelques-unes. La manière dont chacune de ces propriétés influence séparément le comportement des matériaux granulaires n'est pas claire. De plus, tester expérimentalement l'influence de ces propriétés séparément est un défi, car la modification d'une propriété tend à modifier les autres également. Dans cette thèse, nous décrivons une méthode pour fabriquer des ensembles de particules avec des propriétés élastiques variables, sans affecter les autres propriétés, à l'intérieur d'un canal microfluidique en réticulant localement une solution photosensible. Nous avons étudié le compactage de particules ayant des propriétés élastiques différentes en les comprimant à l'aide d'un flux oscillant contre une membrane semi-perméable. Nous avons constaté que, quelle que soit la rigidité des particules, la déformation observée présentait un comportement hystérétique lorsqu'elle était représentée en fonction de la contrainte imposée. Alors que cette hystérésis pourrait être attribuée à la relaxation poro-élastique complexe des particules d'hydrogel, l'hystérésis s'est avérée persistante même lorsque la fréquence d'entraînement est nulle, ce qui indique une origine indépendante du temps. Pour approfondir les origines microscopiques possibles de l'hystérésis, nous avons déterminé les forces interparticulaires à partir des déformations des particules molles. Nous avons constaté que les quantités microscopiques, telles que le nombre de coordination et la distribution des forces interparticulaires, suivaient les tendances décrites dans la littérature. Nous avons découvert que la contrainte microscopique et la déformation globale ne présentaient pas d'hystérésis. En outre, nous avons constaté que la déformation globale s'échelonne linéairement avec la déformation moyenne des particules individuelles. Enfin, nous avons mis au point une nouvelle trémie microfluidique pour étudier la décharge de particules molles sans frottement. Nous avons constaté que le taux de décharge s'échelonnait linéairement avec la force motrice, contrairement aux trémies des granulaires secs. Le colmatage n'a été obtenu que pour des tailles d'orifice très étroites, là encore contrairement aux milieux granulaires secs. Les méthodes expérimentales décrites dans cette thèse peuvent facilement être adaptées pour étudier systématiquement d'autres propriétés des particules. Le contrôle précis de la forme et de la taille des particules pourrait être utilisé pour ajuster la rugosité des particules, en tant qu'analogue à la friction interparticulaire.