Mouvements d’objets non sphériques à membrane fluide près d’une

2.3 Dynamique sous écoulement près d’une paroi d’objets micrométriques sans

2.3.2 Mouvements d’objets non sphériques à membrane fluide près d’une

γh = ^0.7431

0.6376−0.2 ln(δ/R) ^(2.28)

ω

1 2

γ˙⁼

0.8436

0.6376−0.2 ln(δ/R) ^(2.29)

Il est à noter que ces 2 équations ne sont valables que dans la limite oùδ/R « 1.

En regroupant ces deux équations, on obtient comment varie le rapport vitesse de roulement

sur vitesse de translation en fonction deδ/R:

ωR

V = ^0.5686

1+δ/R ^(2.30)

2.3.2 Mouvements d’objets non sphériques à membrane fluide près

d’une paroi

Contrairement à une sphère rigide, les objets fluides déformables (gouttes, globules rouges,

vésicules) soumis à un cisaillement peuvent s’écarter de la forme sphérique, rendant le

traite-ment analytique et numérique plus complexe. Loin d’une paroi, Keller et Skalak[Keller and Skalak, 1982]

proposèrent un modèle analytique afin de décrire le mouvement d’un ellipsoïde à

mem-brane fluide présentant un mouvement de chenille de char

. Kraus et ses collaborateurs

[Kraus et al., 1996]rajoutèrent la déformabilité dans des simulations tridimensionnelles. Ce

type de mouvement fut observé expérimentalement sur des globules rouges[Fischer et al., 1978]

ou des vésicules [de Haas et al., 1997](et dépend des rapports de viscosité entre l’intérieur

et l’extérieur de l’objet et de sa déformabilité). Nous allons dans la suite nous intéresser à

l’effet de la présence d’une paroi sur le mouvement de ces objets.

Résultats théoriques

Nous allons présenter des résultats théoriques décrivant le comportement de vésicules

déformables à membrane fluide proches d’une paroi et soumises à un cisaillement.

3déplacement de l’objet caractérisé par la rotation de la membrane autour du centre de masse de l’objet et une orientation stationnaire par rapport à la direction de l’écoulement

État de l’art

Calculs analytiques Olla[Olla, 1997]s’intéressa à la détermination numérique du

mou-vement de vésicules sans poids. Il prédit un soulèmou-vement de la vésicule s’accompagnant d’un

mouvement de chenille de char de la membrane à orientation stationnaire. Il obtient alors

une loi de variation de la vitesse d’éloignement ou vitesse de driftV

en fonction du rayon

R de la vésicule et de la distance à la paroi h. Ce résultat prédit alors une force de portance

qui éloigne la vésicule de la paroi, dont l’origine prend naissance dans la déformabilité et la

fluidité de la membrane de l’objet. Cette force de portance fut aussi mise en évidence par des

calculs numériques présentés dans le paragraphe suivant.

Seifert[Seifert, 1999]proposa une autre approche en utilisant un modèle de sphère tronquée

indéformable mais orientable dont la surface reste fluide. L’orientation de la sphère conduit

à une asymétrie suffisamment importante pour faire apparaître une force de portance.

Calculs numériques 2D Cantat et Misbah ont proposé un calcul numérique à 2D pour

des vésicules en légère adhésion non spécifique sur une paroi et soumises à un cisaillement

[Cantat and Misbah, 1999]. La vésicule est au départ en adhésion faible sur la paroi et

pré-sente une forme symétrique. Dès l’application du cisaillement, la vésicule se déforme. Plus le

taux de cisaillement augmente et plus la vésicule se déforme jusqu’à décoller, en prenant une

forme elliptique avec une inclinaison stationnaire, forme prédite par Kraus[Kraus et al., 1996],et

Keller et Skalak[Keller and Skalak, 1982].

Calculs numériques 3D Une étude numérique tridimensionnelle fut menée par

Suku-maran et Seifert [Sukumaran and Seifert, 2001]. Numériquement, une vésicule sans poids,

proche d’une paroi et soumise à un écoulement de cisaillement va s’incliner selon une

orien-tation sorien-tationnaire. Cette inclinaison induit alors un champ de pression asymétrique

don-nant naissance à une force de portance d’origine visqueuse. La vésicule se déplace et la

mem-brane de la vésicule a un mouvement de chenille de char. Ils estiment alors que la force de

portance est reliée à la vitesse d’éloignement et est donc directement proportionnelle au taux

de cisaillement.

Observations de vésicules proches d’une paroi, soumises à un écoulement de

cisaille-ment.

Nous allons présenter des résultats expérimentaux décrivant le comportement de

vési-cules déformables à membrane fluide proches d’une paroi soumises à un cisaillement.

Expériences de Lorz et coll. Lorz et ses collaborateurs mirent des vésicules en adhésion

faible et dans un écoulement de cisaillement [Lorz et al., 2000]. Ils observèrent en RICM

(Reflection Interference Contrast Microscopy) (voir chapitre6.1.2) le déplacement de la

vé-sicule. Outre un mouvement sans glissement observé, ils affirment que la vésicule se détache

du substrat et se déplace à une hauteur de 100 nm. Ils imputent cela à une force de portance

s’opposant au poids de la vésicule et à la force d’adhésion d’origine électrostatique.

Expériences de Abkarian et coll. Des études plus systématiques et poussées sur le

dépla-cement de vésicules proches d’une paroi dans un écoulement de cisaillement furent menées

Chapitre 2

par Abkarian et ses collaborateurs[Abkarian and Viallat, 2005],[Abkarian et al., 2002]. Ils

ont observé pour des vésicules présentant des taux de dégonflement différents, la

déforma-tion induite par le cisaillement et l’apparidéforma-tion de la force de portance faisant décoller les

vésicules de la surface, comme nous pouvons le voir sur la fig2.9.

F

. 2.9 – La force de portance décolle les vésicules de la surface

[Abkarian and Viallat, 2005]. Chaque ligne représente la déformation d’une vésicule

pour différents taux de cisaillement. Grâce à la réflexion de la vésicule par rapport à la

surface, nous voyons clairement le décollement des vésicules.

Les vésicules se déplacent dans un mouvement de chenille de char. Quand la force de

portance est suffisamment importante pour faire décoller les vésicules d’une hauteur h, ils

montrent que cette hauteur augmente de façon linéaire avec le taux de cisaillement

appli-qué renormalisé par le taux de cisaillement permettant le décollage. Dans ce régime, la force

de portance compense exactement le poids de l’objet. Par rapport à Sukumaran et Seifert

[Sukumaran and Seifert, 2001], ils obtiennent une courbe maîtresse indiquant la valeur de

la force de portance dès que l’on connaît la masse, la taille et le taux de dégonflement de

l’objet. Ils montrent clairement qu’une telle force (pouvant atteindre 250 pN) ne peut être

négligée lors de l’étude d’objets déformables en adhésion sur une surface dans un écoulement

de cisaillement (par exemple des leucocytes).

Les simulations numériques et les calculs analytiques prédisent une force de portance

soulevant un objet fluide et déformable soumis à un cisaillement. Des expériences ont confirmé

ces prévisions et ont permis la quantification de cette force.