Colmatage de pore modèles

Une substance dispersée régulièrement dans une autre et formant un système à deux phases séparées définit une suspension colloïdale. Le transport de suspensions colloïdales, d’objets biologiques, de fluides organiques et de mousses dans des milieux poreux est d’un grand intérêt fondamental. Cette problématique apparaît dans les systèmes vivants, environnementaux ou manufacturés. Une suspension colloïdale s’écoulant dans un réseau de pores mène souvent au colmatage par l’accumulation de particules. Les maladies cardiovasculaires, la détection cellulaire, la filtration, la précipitation dans les milieux géologiques, les énergies fossiles et les procédés constituent différents domaines illustrant clairement l’enjeu sociétal de cette problématique : santé, énergie, impact environnemental. La complexité intrinsèque des phénomènes mis en jeu, la diversité des situations et des topologies en font un domaine où de nombreuses pistes restent encore à explorer.

Actuellement, deux axes sont activement explorés : 

  • Le premier s’intéresse au colmatage de microsystèmes modèles par des colloïdes aux propriétés ben contrôlées (physico-chimie de surface, dimensions, concentration). Il a été montré que dans un réseau 1D de pores, les colloïdes se redistribuent au fur et à mesure du colmatage de la membrane, accélérant le colmatage. De plus, il a été mis en évidence que la structure d’un bouchon de colloïdes est hétérogène, en lien avec la compétition entre mouvement brownien, forçage hydrodynamique et répulsion électrostatique entre les colloïdes. Cela pourrait avoir un impact fort sur la percolation au travers du bouchon et donc l’efficacité des systèmes de filtration. Nous nous intéressons également à la manière dont le bouchon relaxe lorsque le forçage imposé par l’écoulement est stoppé.
  • Le second axe concerne l’étude de la dynamique, de la structure et de la percolation au travers d’un bouchon formé de levures. Ces organismes vivants, déformables, ouvrent de nouvelles perspectives pour la compréhension de phénomènes de colmatage, tout en étant pertinents pour les applications industrielles. Il s’agit de comprendre comment le bouchon se forme, quel est l’impact du des contraintes mécaniques et hydrodynamiques sur la réponse biologique des cellules, puis la rétroaction sur le comportement du bouchon (compressibilité, structure).

Articles :

Pore cross-talk in colloidal filtration, O. Liot, A. Singh, P. Bacchin, P. Duru, J. F. Morris & P. Joseph; Scientific Reports 8, 12460 (2018)

Microstructure of the near-wall layer of filtration-induced colloidal assembly, M. L. Mokrane, T. Desclaux, J. F. Morris, P. Joseph & O. Liot; Soft Matter (2020)