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Thèse A. Merlo - 13 Novembre

5 octobre

Écoulement de suspensions de globules rouges dans des réseaux de micro-canaux : hétérogénéités et effets de réseau

Soutenance de thèse Adlan Merlo

Sous réserve d’autorisation par les rapporteurs

Mardi 13 novembre à 14h30 (horaire à confirmer) - Amphithéâtre Nougaro

Résumé

Depuis les observations par Poiseuille au XVIIIe de réseaux microvasculaires de petits vertébrés, la microcirculation sanguine a fait l’objet d’abondantes études. Une spécificité mise en avant par le médecin français est la forte hétérogénéité de la distribution des globules rouges dans ces réseaux. En dépit du lien étroit qui lie la fraction volumique locale des globules rouges (hématocrite) à l’oxygénation destissus environnants, le couplage entre l’architecture microvasculaire et la micro-hémodynamique est encore mal compris.
Le sang est un fluide complexe composé de globules rouges, cellules très déformables, suspendus dans du plasma. Dans les vaisseaux de petits diamètres, i.e.du même ordre de grandeur voire plus petits que la taille caractéristique d’un globule rouge ( 10µm), le sang possède des propriétés rhéologiques atypiques induites par la structuration locale de l’écoulement et les hétérogénéités d’hématocrite qui en résultent dans la section droite. Ces hétérogénéités se traduisent, aux bifurcationsdivergentes, par une répartition non proportionnelle des débits de globules rouges et de plasma entre les deux branches filles. L’hématocrite de l’une d’elles est alors plus élevé que celui de la branche d’entrée, alors qu’il est plus faible dans l’autre branche. Cet effet, connu sous le nom d’effet de séparation de phase, induit une très grande hétérogénéité de l’hématocrite à l’échelle du réseau.
L’objectif de cette thèse est d’étudier l’apparition de ces hétérogénéités, de l’échelle du vaisseau à l’échelle du réseau, dans des conditions expérimentales contrôlées et pour des régimes de confinement et d’hématocrite représentatifs des écoulement sanguins de la partie terminale du lit microvasculaire (artérioles, capillaires et veinules de diamètres inférieurs à 20 µm). De nombreuses données expérimentales ont été acquises in vivo, mais elles sont sujettes à de fortes incertitudes quant à la forme et aux dimensions de la section droite des vaisseaux, mais aussi soumises aux effets de régulations physiologiques des débits (e.g. par vasoconstriction ou vasodilatation). A notre connaissance, du fait des contraintes expérimentales inhérentes aux régimes de confinement et d’hématocrite des plus petits vaisseaux de la microcirculation, très peu d’études in vitro dans ces conditions ont été menées.
Tout d’abord, nous présentons les profils de vitesse des globules rouges et les profils d’hématocrite obtenus grâce à une nouvelle méthode de mesure de concentration développée pendant ce travail, dans des canaux uniques de taille comprise entre 5 et 20µm, et dans une large gamme d’hématocrite. Nous proposons une paramétrisation générale semi-empirique de ces profils, qui prend en compte la présence d’une couche d’exclusion plasmatique, observée quelle que soit la taille du canal aux faibles hématocrites.
Ensuite, nous présentons une étude paramétrique de l’effet de séparation de phase. Nous montrons que les résultats obtenus sont indépendants, dans les régimes étudiés, de l’angle de la bifurcation et du débit de la branche d’entrée. Cesrésultats sont en général en bon accord avec un modèle simple qui s’appuie sur la paramétrisation précédente des profils d’hématocrite et de vitesse des globules rouges et suppose l’existenced’une ligne séparatrice de fluides dans la section droite de la branche mère.Ces résultats suggèrent que, malgré leur nature corpusculaire, les globules rouges peuvent être décrits par un fluide équivalent, y compris dans les conditions de très fort confinement.
Enfin, nous reportons pour la première fois des résultats quantitatifs liés à la distribution de l’hématocrite dans des réseaux modèles. Nousmontrons notamment que l’asymétrie des profils d’hématocrite dans les branches amonts distribue les globules rouges en enrichissant le coeur du réseau au détriment des bords. Nous comparons nos résultats à ceux d’un modèle non-linéaire de type réseau classique proposant des corrections prenant en compte cette asymétrie.


composition du jury :

  • Gwennou Coupier : rapporteur
  • Simon Mendez : rapporteur
  • Dominik Obrist : membre du jury
  • Anne-Virginie Salsac : membre du jury
  • Frédéric Risso : membre du jury
  • Sylvie Lorthois : membre du jury
  • Paul Duru : membre du jury