cules
Au vu de la bonne sensibilité des vésicules aux champs acoustiques, nous avons mené une expérience préliminaire de séparation au moyen du dispositif présenté aux chapitres 3 et4.
5.3.1
Dispositif expérimental
La figure 5.8 est un schéma synoptique du dispositif expérimental, en tout point similaire à celui utilisé pour la séparation de particules de latex (cf chapitre 4). Nous injectons les vésicules par l’entrée du haut (e1), et le
Preuve de principe : séparation de vésicules – 5.3 0 10 20 30 40 50 60 70 0 5 10 15 20 25 Nom bre de vésicules temps[s] avec ac. sans ac.
Figure 5.7 – Nombre de vésicules se trouvant au centre du canal en fonction du temps, en présence d’une onde acoustique (en rouge), et sans onde acoustique (en bleu).
pousse-seringue. Les vésicules circulent le long du canal et sont observées juste après leur passage sous les transducteurs avec le microscope holographique.
Pour cette expérience préliminaire, nous avons utilisé un débit total de 18 mL/h, le rapport Qe1/Qt étant fixé égal à 0,2 (ce qui correspond à une nappe d’épaisseur 116 µm), et une tension de 20 V crête-à-crête pour les deux transducteurs. Les fréquences de résonance déterminées par la méthode dé- crite au §2.3.2valent 2,14 MHz et 4,17 MHz. La concentration de l’échantillon de vésicules est voisine de celles utilisées lors de la séparation de particules de latex, soit quelques 105v´esicules/mL. Le liquide interne et le liquide vecteur
sont les mêmes que ceux utilisés lors des expériences de focalisation.
5.3.2
Observations in situ
En premier lieu, nous avons déterminé la répartition des vésicules dans l’épaisseur du canal, en présence et en l’absence des deux ondes acoustiques. Les résultats sont présentés sur la figure 5.9. On constate qu’en l’absence d’onde, celles-ci se répartissent sur une nappe dont l’épaisseur est proche de 200 µm et dont le centre est situé au milieu du canal. Ceci correspond bien à la nappe injectée, dont l’épaisseur a été augmentée par les mécanismes de diffusion à l’œuvre dans la cellule, et ayant librement sédimentée.
Figure 5.8 – Schéma synoptique du dispositif expérimental.
En revanche, en présence des ondes acoustiques, on observe clairement une distribution bimodale des vésicules autour des plans d’altitude −115 µm et 75 µm. La distance entre les plans, soit 190 µm, est en bon accord avec la distance attendue en raison de la fréquence utilisée, en supposant que le liquide vecteur a les mêmes propriétés acoustiques que l’eau, de λ/2 = c/(2f) ' 180 µm.
Nous avons ensuite déterminé la distribution en taille des vésicules, selon qu’elles sont situées dans la partie supérieure ou inférieure du canal. En d’autres termes, nous avons séparé les données extraites des reconstructions holographiques en deux groupes, correspondant aux moitiés supérieure et inférieure du canal. La figure5.10présente les résultats obtenus. En l’absence d’acoustique, on observe que la plupart des vésicules sont collectées sur le noeud du haut, mis à part celles dont le diamètre est supérieur à 24 µm. Il y a donc une légère réduction de la polydispersité de l’échantillon récolté à la sortie du haut. Cet effet reste cependant très faible, vu le très faible nombre de vésicules dont le diamètre est supérieur à 24 µm dans l’échantillon initial. En présence d’acoustique, il y a une nette ségrégation des vésicules en fonction de leur taille : les vésicules dont le diamètre d 6 12 µm sont majori- tairement situées dans la partie supérieure du canal, alors que celles dont le diamètre d > 12 µm sont majoritairement situées dans la partie inférieure du canal : pour cette expérience, le diamètre de coupure dcvaut donc dc = 12 µm.
Le facteur de séparation, défini au paragraphe § 4.2.3, vaut 2. On en dé- duit que pour purifier l’échantillon initial, contenant 24 % de vésicules de dia- mètre inférieur à dc, à 90 % (c’est-à-dire pour que l’échantillon final contienne
en proportion 90 % de vésicules de diamètre inférieur à dc), il faut effectuer
6 passages successifs dans le séparateur. Après chaque passage, on récupère 60 % du total des petites vésicules ; après 6 passages, il en reste donc près
Preuve de principe : séparation de vésicules – 5.3 0 500 1000 1500 -200 0 200 Nom bre de vésicules z[µm] 0 100 200 300 400 -200 0 200 Nom bre de vésicules z[µm] (a) (b)
Figure 5.9 – Répartition des vésicules dans l’épaisseur du canal en l’ab- sence d’onde acoustique (a), et en présence des deux ondes (b), lorsque le débit total est de 18 mL/h, le rapport Qe1/Qt étant fixé égal à0,2. En présence des ondes acoustiques, on observe clairement une distribution bimodale des vésicules.
de 5 %. Le débit utilisé à la première étape est le facteur le plus limitant ; on peut donc espérer obtenir quelques 104v´esicules/h, dont le diamètre est
inférieur à 12 µm, ce qui est déjà très intéressant dans la perspective de leur utilisation ultérieure dans le contexte de l’étude de leur rhéologie, et est bien plus satisfaisant que ce qu’il est possible d’obtenir par SPLITT gravitation- nel [68].
5.3.3
Conclusion
Cette expérience préliminaire démontre notre capacité à réaliser des sépa- rations binaires d’échantillons de vésicules en fonction de leur taille au moyen du séparateur acoustique fluidique. Il reste toutefois du chemin à parcourir avant de pouvoir passer à l’utilisation pratique du dispositif pour la sépara- tion en grande quantité de vésicules. Un prochain travail de thèse dans notre équipe sera consacré à la caractérisation du dispositif lors de son application aux vésicules : en particulier, il faut déterminer l’énergie acoustique moyenne dans le canal, et l’influence de celle-ci et du débit sur le diamètre de coupure. Nous espérons également trouver une gamme de paramètres permettant une meilleure séparation en un passage, ce qui passe sans doute par la dimi- nution de la concentration de l’échantillon pour minimiser les interactions inter-vésicules.
En tout état de cause, ce résultat est d’ores et déjà meilleur que ce qu’il est possible d’accomplir au moyen du SPLITT gravitationnel [68], et nous espérons pouvoir rapidement mettre au point un dispositif utilisable par nos collègues de Grenoble.
Figure 5.10 – Distribution des tailles de vésicules dans la moitié supé- rieure du canal, en trait pointillé vert, et dans la moitié inférieure, en trait plein rouge, en l’absence d’onde acoustique (a), et en présence des deux ondes (b), pour un débit total de 18 mL/h et un rapport Qe1/Qt fixé égal à 0,2.