Résumé
Cette thèse expérimentale a été réalisée en cotutelle entre le laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes de l’Ecole Supérieure de Physique et Chimie Industrielles de la ville de Paris et le Microgravity Research Center de l’Université Libre de Bruxelles.
Son sujet s’inscrit dans le domaine des sciences séparatives et plus précisément dans celui des séparations préparatives. Sa recherche se base sur la technique de SPLITT (SPLIT-flow Thin fractionation) qui fut inventée dans les années 80 par C. Giddings (Université d’Utah).
L'objectif de ce travail consiste en l’étude des mécanismes qui sont à la base de la séparation, en continu et sans membrane, d’objets de taille micrométrique dans des séparateurs fluidiques.
La miniaturisation du séparateur pouvant faciliter l’étude des effets hydrodynamiques inhérents à l’écoulement et accroître l’efficacité séparatrice, nous a conduits à la création d’une mini-cellule de SPLITT avec marches (Step-SPLITT).
Les expériences menées avec celle-ci, en laboratoire et lors de vols paraboliques, nous ont révélé le couplage complexe et l’influence:
- du champ gravitationnel,
- des forces de portance hydrodynamiques,
- de la diffusion hydrodynamique induite par cisaillement, - de l’entraînement hydrodynamique,
sur la migration transverse des espèces en écoulement dans cette mini-cellule.
Le recours à un microscope holographique fonctionnant en transmission nous a procuré, pour la première fois, la possibilité de visualiser in situ les distributions instantanées tridimensionnelles des objets injectés. Elles dévoilent des déviations de comportement de ceux-ci par rapport aux bases théoriques de la technique de SPLITT et confirment l’existence d’un transport transverse complexe.
L'avancement de leurs compréhensions a été permis par une modélisation tridimensionnelle de l’écoulement. Il est à l'origine du dépôt de brevet d’un nouveau prototype de séparateur.
En parallèle, les capacités séparatives de la Step-SPLITT ont rendu possible l'application de cette instrumentation à l’analyse et à la séparation d’objets biologiques et biomimétiques.
MOTS-CLES: Step-SPLITT, Séparation en continu sans membrane, Microscopie par holographie digitale, Forces de portance hydrodynamiques, Diffusion hydrodynamique induite par cisaillement, Applications biologiques.
