Les bulles sous la surface de l’eau sont de bons résonateurs acoustiques, ce qui est utile pour faire des matériaux absorbants ou diffusants. Par contre elles sont notoirement difficiles à positionner dans l’espace. Pour contourner cette limitation, nous piégeons les bulles dans des cages millimétriques fabriqués en impression 3D. Par souci de simplicité, nous avons choisi pour les formes des cadres les cinq solides de Platon ayant des faces identiques (4 à 20 faces). Nous obtenons des « bulles de Platon », libres d’osciller. Elles interagissent fortement avec d’autres bulles dans une assemblée, et nous cherchons à comprendre leur chant « en chœur ».
Notre ambition dans ce projet interdisciplinaire est de coupler deux domaines a priori très distincts que sont les mouvements de foules et les suspensions actives de micro-nageurs. La modélisation des mouvements de foules est devenue un domaine de recherche très actif, et de profonds débats animent encore la communauté sur la façon de modéliser certains comportements comme les mouvements de panique par exemple. Il a, par ailleurs, été établi que certains effets paradoxaux observés dans les dynamiques de foules persistaient dans une très grande variété de systèmes (troupeaux, granulaires, colloïdes, etc.). Un mécanisme physique commun derrière ces comportements statistiques universels reste donc à découvrir. Ici, nous souhaitons analyser le comportement d’une nouvelle classe de systèmes : celle des suspensions actives qui implique intrinsèquement des interactions hydrodynamiques entre les micro-nageurs. Comment l’hydrodynamique affecte-t-elle la dynamique de foule des micro-nageurs ? Ce projet interdisciplinaire implique physiciens et mathématiciens appliqués.
Les poissons se déplacent en fonction de leur perception et de leur réaction à leur environnement social et physique (regroupement, alignement, coordination, auto-organisation dans les bancs, prédation, etc.). Leurs mouvements génèrent de fortes perturbations hydrodynamiques dans le fluide environnant sur des échelles de longueur beaucoup plus grandes que la taille typique d’un poisson individuel. Les poissons utilisent la poussée générée par l’accélération du fluide environnant pour nager. Dans cette étude, nous souhaitons comprendre le couplage entre les comportements cognitifs des poissons (alignements, directions privilégiées, ...) en présence des interactions hydrodynamiques entre individus au sein d’un banc et dans un environnement complexe.
Les arbres sont soumis à un risque de mortalité en condition de sécheresse par embolie, c’est-à-dire par nucléation et croissance de bulles d’air envahissant leur réseau de sève. Cependant, les mécanismes physiques de cette invasion restent mal connus ; le but de ce projet est de les élucider, en s’appuyant sur des expériences physiques biomimétiques. Ainsi, nous produisons des feuilles artificielles avec des canaux microfluidiques reproduisant un réseau de nervures, nous mesurons la dynamique de croissance de bulles dans ces réseaux, et nous cherchons à expliquer cette dynamique par la modélisation théorique. Ce projet s’appuie sur des collaborations avec des spécialistes de l’embolie des arbres à l’INRAe Clermont, et des physiciens de l’Institut de Physique de Nice.
Lors de la dernière décennie, le papier est devenu un matériau utilisable pour fabriquer des dispositifs microfluidiques pour des applications physiques et biologiques. Cependant, ces applications sont limitées par le manque d’étanchéité des canaux, à cause des fuites de liquide par imbibition dans les interstices entre les fibres.
Dans ce projet, nous cherchons à développer une nouvelle classe de dispositifs microfluidiques avec des canaux directement embossés dans un matériau translucide « pur cellulose », constitué de nano- ou micro-fibrilles de cellulose. Le but est notamment de caractériser les flux d’eau à travers un tel matériau, pour évaluer l’étanchéité des canaux.
Nous développons une approche originale consistant à lier des microbilles magnétiques (diamètres voisin de 20 µm) à des structures 3D micro-imprimées. La manipulation de ces billes à l’aide d’un champ magnétique externe permet l’obtention de µ-actionneurs complexes (micro pinces par exemple).
Collaborations : European Innovative Research & Technological Development Projects : NANOMEDICINE EURONANOMED III, project : nAngioDerm
Elisabeth Engel INSTITUTE FOR BIOENGINEERING OF CATALONIA (IBEC), Barcelone, Dimitrios Zeugolis UNIVERSITY OF IOANNINA, Grèce, Joan Pere Barret HOSPITAL UNIVERSITARI VALL D’HEBRON, Barcelone, Denis Barbier MICROLIGHT3D SAS, France. Figure : Matrice (gélatine-collagène) de 100 alvéoles cubiques (10x10) de 50x50 µm de coté (vue de dessus et de coté).
Collaborations :
Boudewijn VAN DER SANDEN Platform of Intravital Microscopy,
TIMC-IMAG, CNRS, UGA, INP, INSERM.
Didier WION Braintech Lab, unité INSERM U1205, UGA
Les matrices 3D (figure ci-dessus) sont bien tolérées et envahies par des cellules cancéreuses (gliomes U87MG en vert)
La matrice en rouge (luminescence du photo-initiateur) nous permet aussi la mesure locale de la consommation d’O2 au cours du temps d’une cellule qui migre au sein d’une alvéole élémentaire cubique (50 µm de coté). Figure : Colonisation d’une structure 3D au cours du temps (Jour 1, 4 et 7)
Les échanges de fluides chargés en ions ou nutriments entre des volumes fermés par des membranes semi-perméables et des vaisseaux de circulation sont au cœur des échanges dans le monde vivant, ou dans certains dispositifs de production d’énergie. Par des mesures de bioimpédance sans contact avec les fluides, nous nous attachons à comprendre comment caractériser le bon fonctionnement ou dysfonctionnement de ces échanges complexes. Pour cela, nous cherchons à corréler les temps de réponses observés par spectroscopie d’impédance aux différents temps de diffusion dans le milieu.
Mots clé : plasmodesme - jonctions communicantes - spectroscopie d’impédance
Raj KUMAR (post-doc 2020-), Philippe MARMOTTANT, Benjamin DOLLET, Pierre THIBAULT
