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Theses Year : 2021

Influence of hydrodynamics on capture regimes at a solid surface

Influence de l’hydrodynamique sur les régimes de capture à une surface solide

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Abstract

The capture of objects on a solid surface in a laminar flow is involved in many applications, notably in bionanalysis and biological research. Studied since the beginning of the 20th century, this capture involves three mechanisms: convection of the object by the liquid above the capture surface, diffusion of the object towards this surface and finally reaction kinetics at the surface. Until now, the capture models present in he literature are designed for continuously injected molecules. However, many common situations in biotechnology do not correspond to this case. They involve, for example, more complex objects (nano/microparticles, deformable objects,...) or objects injected as small plugs. The objective of this thesis is, thanks to experiments, numerical simulations, and theoretical models, to propose new capture laws adapted to these common situations of modern bioanalysis. It will be shown that three phenomena must respectively be taken into account in these new capture laws in order to understand the specificity of each of these situations: the inertial lift effect (for particles), the elastic lift effect (for deformable objects) and the Taylor-Aris dispersion for small volume samples)
La capture d’objets sur une surface solide dans un écoulement laminaire est impliquée dans de nombreuses applications, notamment en bioanalyse et en recherche biologique. Etudié depuis le début du 20ème siècle, cette capture fait intervenir trois mécanismes : convection de l’objet par le liquide au-dessus de la surface captatrice, diffusion de l’objet vers cette surface et enfin cinétique de réaction à la surface. Jusqu'à présent, les modèles de capture présents dans la littérature sont conçus pour des molécules injectées en continu. Or, de nombreuses situations courantes en biotechnologie ne correspondent pas à ce cas de figure. Elles mettent en jeu, par exemple, des objets plus complexes (nano/microparticules, objets déformables, …) ou injectés sous forme de bouchons de faibles volumes. L’objectif de cette thèse est, grâce à des expériences, des simulations numériques, et des modèles théoriques, de proposer de nouvelles lois de captures adaptées à ces situations courantes de la bioanalyse moderne. On montrera notamment que trois phénomènes doivent respectivement être pris en compte dans ces nouvelles lois de capture pour comprendre la spécificité de chacune de ces situations : l’effet de lift inertiel (pour les particules), l’effet de lift élastique (pour les objets déformables) et la dispersion de Taylor-Aris (pour les échantillons de faibles volumes).
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Dates and versions

tel-03334410 , version 1 (03-09-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03334410 , version 1

Cite

Donatien Mottin. Influence de l’hydrodynamique sur les régimes de capture à une surface solide. Physique [physics]. École normale supérieure de Rennes, 2021. Français. ⟨NNT : 2021ENSR0027⟩. ⟨tel-03334410⟩
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