Procédés et mécanique aux petites échelles PROMETHEE

Micro-objets déformables sous forçage hydrodynamique

Microfluidique et Procédés

Organisation des écoulements aux petites échelles

Séparations membranaires

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Présentation

L’équipe PROcédés et MEcanique aux petiTes écHEllEs (PROMETHEE) développe des compétences marquées relevant aussi bien de la mécanique des milieux continus que du génie des procédés  tout en combinant approche expérimentale et développement de théories et de modèles. L’originalité des études menées se décline selon plusieurs spécificités :

  • Echelle micro-nano d’observation et d’analyse qui évacue les problématiques liées à la turbulence (régime de Stokes) mais nécessite de considérer des aspects aux frontières de la discipline ;
  • Rôle prédominant des interfaces : interactions avec les parois solides à l’échelle nano (nano-tubes), interaction fluide-structure avec des membranes fluides ou polymérisée à l’échelle méso ;
  • Connexion avec les fluides complexes, la matière molle et les systèmes biologiques.

Sur le thème de la micro- et nano-fluidique, les objets d’étude, physico-chimiques (gouttes, capsules,…) et biologiques (vésicules, globules rouges,…), comprennent aussi les procédés intensifiés  d’encapsulation et de vectorisation par microréacteur, thèmes en plein essor. L’équipe développe également des outils de caractérisation de l’organisation aux petites échelles  comme le développement de simulations numériques pour rendre compte de la ségrégation obtenue au sein de milieux granulaires et la mise au point de méthode chimique de caractérisation des effets de micromélange (mélange à l’échelle moléculaire). A cela s’ajoute une activité de caractérisation et modélisation thermodynamique de milieux complexes.

Les outils numériques développés et mis en œuvre sont variés : intégrale de frontière, éléments finis, immersed boundary method, méthode Lattice Boltzman… 

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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

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Publications de l'équipe

  • Sudip Das, Marc Jaeger, Marc Leonetti, Rochish M. Thaokar, Paul G. Chen. Effect of pulse width on the dynamics of a deflated vesicle in unipolar and bipolar pulsed electric fields. Physics of Fluids, American Institute of Physics, 2021, 33 (8), pp.081905. ⟨10.1063/5.0057168⟩. ⟨hal-03317441⟩ Plus de détails...
  • Simon Gsell, Umberto d'Ortona, Julien Favier. Lattice-Boltzmann simulation of creeping generalized Newtonian flows: theory and guidelines. Journal of Computational Physics, Elsevier, 2021, 429, pp.109943. ⟨10.1016/j.jcp.2020.109943⟩. ⟨hal-03166492⟩ Plus de détails...
  • Jinming Lyu, Paul G. Chen, G. Boedec, M. Leonetti, Marc Jaeger. An isogeometric boundary element method for soft particles flowing in microfluidic channels. Computers and Fluids, Elsevier, 2021, 214, pp.104786. ⟨10.1016/j.compfluid.2020.104786⟩. ⟨hal-02476945v2⟩ Plus de détails...
  • Cláudio Fonte, David Fletcher, Pierrette Guichardon, Joelle Aubin. Simulation of micromixing in a T-mixer under laminar flow conditions. Chemical Engineering Science, Elsevier, 2020, 222, pp.115706. ⟨10.1016/j.ces.2020.115706⟩. ⟨hal-02892241⟩ Plus de détails...
  • Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Generation of an O/W emulsion in a flow-focusing microchip: importance of wetting conditions and of dynamic interfacial tension. Chemical Engineering Research and Design, Elsevier, 2020, ⟨10.1016/j.cherd.2020.04.012⟩. ⟨hal-02799613⟩ Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

Mercredi 16 juin 2021 - De la vague déferlante au globule rouge / Soutenance HDR Paul Gang CHEN
Dr. Paul Gang CHEN

Date de soutenance : le mercredi 16 juin à 15h00 (visio - Zoom)

Résumé : au cours de cette soutenance, je présenterai mes différents travaux sur la modélisation et la simulation numérique d’écoulements interfaciaux : de la vague déferlante au globule rouge.

Jury :
M. Daniel Henry, LMFA, École Centrale de Lyon, Rapporteur
M. Grétar Tryggvason, Johns Hopkins University, Rapporteur
M. Stéphane Zaleski, d’Alembert, Sorbonne Université, Rapporteur
M. Richard Saurel, LMA, Aix-Marseille Université
M. Marc Jaeger, M2P2, École Centrale de Marseille, Tuteur
M. Marc Leonetti, LRP, Grenoble, Invité

Mardi 16 Mars - Preparation of polyurea microcapsules calibrated in size and shell thickness by a microfluidic process for the absorption of ultraviolet / Soutenance de thèse Jiupeng DU
Doctorant : Jiupeng DU

Date de soutenance :  le mardi 16 mars à 14h00 en VISIO

Abstract : This thesis aims to exploit the advantages of microfluidics for the production of polyurea microcapsules. Because of its ability to produce drops with a very narrow size distribution, microfluidic emulsification shows great interest as the first step for rapid interfacial polymerisation. Although the literature on the production of drops in microchannels is abundant, commonly used organic solvents are limited to certain toxic hydrocarbon oils or ketones, as these solvents are very hydrophobic and therefore easy to emulsify in water.

The first part of the work concentrates on the feasibility of emulsifying two less hydrophobic green solvents (dibutyl adipate and n-butyl acetate) in water and study the different flow regimes within a hydrophilic flow-focusing microchannel of glass. The results show that the wetting of the walls by dibutyl adipate can be modified by adding a surfactant (Tween 80). However, the formation of the drops being much faster than the transfer of the surfactant to the interface of the drop being formed, concentrations much higher than the critical micellar concentration are necessary to avoid wetting of the walls by the dispersed phase and thus the appearance of disordered flow regimes. The behavior of the n-butyl acetate/water system is similar, but the comparison of the flow maps for the two systems raises the question of the choice of dimensional numbers for representing the transition between the dripping and jetting regimes.

In the second part, the addition of an interfacial polymerization within the emulsion formed by microfluidics is studied in detail. We aim to fabricate polyurea microcapsules calibrated in size and shell thickness containing octyl salicylate (OS). These microcapsules are used to study, for the first time, the influence of the shell thickness of microcapsules on their absorption efficiency against ultraviolet (UV) light. The results show that an increase of the concentration of isocyanate (HDB-LV or hexamethylene diisocyanate biuret) in the organic phase increases the shell thickness of the microcapsules, their encapsulation efficiency and very moderately their average absorbance. The average absorbance of the microcapsules is inversely proportional to the size of the microcapsules (for the same mass of OS). A theoretical model is proposed to estimate the average absorbance as a function of the mass fraction of HDB-LV in the organic phase and of the size of microcapsules. Finally, the concentration of amine (ethylenediamine) has been optimized to ensure the spherical shape of the microcapsules.

Jury:

Marc LEONETTI (CNRS, LRP), Rapporteur
Nathalie LE SAUZE (Univ Toulouse III), Rapportrice             
Christophe Alexandre SERRA (Univ Strasbourg), Examinateur
Stéphane VEESLER (CNRS, CINAM), Examinateur
Pierrette GUICHARDON (ECM, M2P2), Directrice      
Nelson IBASETA (ECM, M2P2), Codirecteur
Jean-Claude HUBAUD (Helioscience), invité
Bruno MONTAGNIER (Capsudev), invité