Levures et microfluidique : étude du biocolmatage avec des objets modèles.

 L’étude de la filtration de particules vivantes révèle plusieurs processus en interaction, qui occupent une large gamme d’échelles spatio-temporelles, si bien qu’un consensus est difficile à trouver à partir des études réalisées à l’échelle de la membrane. Au cours de cette thèse nous avons donc étudié la perméabilité et le comportement mécanique d’un bouchon de particules vivantes à partir d’observations à la microéchelle, dans une configuration modèle : la levure du boulanger Saccharomyces cerevisiae, aux propriétés mécaniques et biologiques bien connues, a été utilisée pour former des bouchons que l’on observe dans des dispositifs microfluidiques aux dimensions bien contrôlées.
Les résultats montrent que la perméabilité des bouchons diminue à mesure que l’intensité du forçage hydrodynamique augmente, en raison de la déformabilité des cellules de levures, puis atteint un plateau. Ces résultats ont été modélisés par un double réseau de pores, induit par le fort confinement du dispositif : les pores les plus petits se ferment progressivement à mesure que la pression augmente, réduisant ainsi la perméabilité du bouchon, jusqu’à leur fermeture, alors que les pores les plus grands sont relativement peu affectés par les variations de forçage.
Par ailleurs, des cycles de compression et de décompression sont appliqués sur des bouchons, ce qui démontre leur nature poreuse et déformable. L’analyse des résultats montre que les observations s’écartent des prédictions de la théorie poroélastique et des interprétations classiques de la littérature. Une modélisation continue est proposée, représentant le couplage entre l’écoulement du fluide, la déformation du bouchon (supposé être un matériau élastique linéaire) et le frottement contre les parois du dispositif. Cette modélisation reproduit remarquablement bien l’ensemble des observations réalisées, sauf pour des faibles forçages hydrodynamiques. Des simulations numériques représentant la nature granulaire des bouchons sont alors mises en place. Celles-ci montrent que le comportement mécanique des bouchons est non-linéaire aux faibles contraintes et suggèrent que pour des contraintes plus élevées, le bouchon se comporte bien comme un matériau élastique linéaire.
L’ensemble de ces résultats offrent alors un premier cadre théorique pour l’étude du biocolmatage aux petites échelles, et fournit des informations qui pourraient contribuer au développement de méthodes de filtration améliorées.