Procédés et mécanique aux petites échelles PROMETHEE

Deformable micro-objects under hydrodynamic forcing

Microfluidics and Processes

Flow organization at small scales

Membrane separations


Processes and Small Scales Mechanics Team

The PROMETHEE team develops marked competences in the field of continuum mechanics and process engineering, while combining experimental approaches with the development of theories and models. The originality of the studies carried out is declined according to several specificities:

  • Micro-nano scale of observation and analysis that evacuates the problems related to turbulence (Stokes regime) but requires to consider aspects at the boundaries of the discipline;
  • Predominant role of interfaces: interactions with solid walls at the nano scale (nano-tubes), fluid-structure interaction with fluid or polymerized membranes at the meso scale;
  • Connection with complex fluids, soft matter and biological systems.

On the theme of micro- and nano-fluidics, the objects of study, physico-chemical (drops, capsules,...) and biological (vesicles, red blood cells,...), also include the intensified processes of encapsulation and vectorization by microreactor, themes in full expansion. The team is also developing tools for characterizing the organization at small scales such as the development of numerical simulations to account for the segregation obtained within granular media and the development of chemical methods to characterize the effects of micromixing (mixing at the molecular scale). In addition to this, we are involved in the characterization and thermodynamic modeling of complex media.

The numerical tools developed and implemented are varied: boundary integral, finite elements, immersed boundary method, Lattice Boltzman method... 


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Annuaire personnel permanent

  • Chargé de Recherche CNRS - HDR
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  • Chargé de Recherche CNRS
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  • Maître de Conférences Centrale Marseille
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  • Professeur Centrale Marseille
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  • Professeur Centrale Marseille
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Doctorants, Post-Doctorants et CDD

  • Doctorant
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  • Doctorant
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Publications de l'équipe

  • Jinming Lyu, Paul G. Chen, Alexander Farutin, Marc Jaeger, Chaouqi Misbah, et al.. Swirling of vesicles: Shapes and dynamics in Poiseuille flow as a model of RBC microcirculation. Physical Review Fluids, 2023, 8 (2), pp.L021602. ⟨10.1103/PhysRevFluids.8.L021602⟩. ⟨hal-03979358v1⟩ Plus de détails...
  • Revaz Chachanidze, Kaili Xie, Jinming Lyu, Marc Jaeger, Marc Leonetti. Breakups of Chitosan microcapsules in extensional flow. Journal of Colloid and Interface Science, 2023, 629, pp.445-454. ⟨10.1016/j.jcis.2022.08.169⟩. ⟨hal-03787637⟩ Plus de détails...
  • Jinming Lyu, Paul G. Chen, Alexander Farutin, Marc Jaeger, Chaouqi Misbah, et al.. Swirling of vesicles: Shapes and dynamics in Poiseuille flow as a model of RBC microcirculation. Physical Review Fluids, 2023, 8 (2), pp.L021602. ⟨10.1103/PhysRevFluids.8.L021602⟩. ⟨hal-03979358v2⟩ Plus de détails...
  • Jiupeng Du, Nelson Ibaseta, Pierrette Guichardon. Characterization of polyurea microcapsules synthesized with an isocyanate of low toxicity and eco-friendly esters via microfluidics: Shape, shell thickness, morphology and encapsulation efficiency. Chemical Engineering Research and Design, 2022, 182, pp.256-272. ⟨10.1016/j.cherd.2022.03.026⟩. ⟨hal-04063865⟩ Plus de détails...
  • Antoine Galko, Simon Gsell, Umberto d'Ortona, Laurent Morin, Julien Favier. Pulsated Herschel-Bulkley flows in two-dimensional channels: A model for mucus clearance devices. Physical Review Fluids, 2022, 7 (5), pp.053301. ⟨10.1103/PhysRevFluids.7.053301⟩. ⟨hal-03863329⟩ Plus de détails...
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Dernières rencontres scientifiques

Soutenances de thèses et HDR

28 novembre 2023 - Exploring Membrane Dynamics through Continuous Media Mechanical Modelling : Insights into Red Blood Cells and T Cell Activation / PhD Defense Varun Puthumana

Doctorant : Varun PUTHUMANA

Date : le mardi 28 novembre 2023 à 14h00 / Amphithéâtre du LMA

Abstract : The lipid bilayer forms the dynamic boundary of cells, while the cytoskeleton provides structural support which is connected to the bilayer through protein junction complexes. Classically, these two structures are often modelled as a single entity for computational simplicity, neglecting the fact that they slide in relation to each other. We develop a realistic representation that accurately depicts the bilayer-cytoskeleton structure which is validated using red blood cells (RBC), by carefully analysing its dynamics in flow. Moreover, as the study progresses, this will be extended to investigate the activation of T cells by the coordinated actions of the cytoskeleton and condensation of the T cell receptor (TCR). 
Through comprehensive computational assessments of various modelling strategies by analyzing RBC behaviour in different flow scenarios, including extensional and shear flows, we explore the efficacy of double-layer strategies, such as the vesicle-capsule and capsule-capsule models, in accounting for the fluidity and surface incompressibility of the lipid bilayer. The double-layer capsule-capsule model is then employed to examine the localized reorganization of the cytoskeleton within T cells which subsequently resorb microvilli and triggers cell activation through the condensation of TCRs. The developed T cell model faithfully replicates the behaviour of an entire T cell during its interaction with an antigen-presenting cell. Our work illuminates the significance of establishing a region with a spontaneous actin deficit to facilitate seamless contact with the T cell, thereby enabling TCR condensation within a specific zone. The dynamic interplay between actin depolymerization and TCR condensation emerges as a pivotal factor in the process of T cell activation. Our findings indicate that the cell's geometry and cytoskeleton depolymerisation together initiate condensation at the tip of microvilli. Additionally, our investigations delve into the role of surface tension in instigating the formation of condensates at the immune synapse.
Our findings also reveal relevant information about the membrane dynamics such that introducing sliding between the layers provides the cytoskeleton with a significant degree of freedom to relax its elastic stresses, resulting in a substantial increase in RBC elongation. Moreover, our research demonstrates that the choice of membrane modelling strategy for RBCs has a more profound impact on their behaviour than the selection of the cytoskeleton's reference shape. These results underscore the importance of not solely considering mechanical properties but also emphasize the necessity of integrating these properties thoughtfully in computational models. Interestingly, our study uncovers a novel indicator for determining the appropriate stress-free shape of the RBC cytoskeleton, contributing to a deeper understanding of its biomechanics and offering valuable insights for future modelling efforts in the field.


Chaouqi MISBAH, LIPhy, Université Grenoble Alpes, Rapporteur 

Simon MENDEZ, IMAG, Université de Montpellier, Rapporteur 

Nicolas DESTAINVILLE, LPT, Université Toulouse III-Paul Sabatier, Examinateur 

Kheya SENGUPTA, CINaM, Aix-Marseille Université, Présidente 

Rémi LASSERRE, CIML, Aix-Marseille Université, CoDirection de thèse 

Marc JAEGER, M2P2, Aix-Marseille Université, Direction de thèse

28 septembre 2023 - Des crèmes solaires plus sûres, formulées à partir de filtres solaires encapsulés à façon grâce à des procédés en batch et microfluidiques / Soutenance de thèse Pablo Canamas
Doctorant : Pablo CANAMAS
Date : le jeudi 28 septembre 2023 à 13h00 / Amphi n°1- Centrale Méditerranée

Résumé : Le but de cette thèse est de proposer un protocole chimique pour encapsuler durablement des filtres anti-UV organiques. En effet, on veut éviter que ces molécules présentes dans les crèmes solaires puissent pénétrer la barrière cutanée des utilisateurs. Pour cela on réalise des microcapsules en polyurée en adaptant et en optimisant des techniques de synthèse préexistantes.
La première partie du travail réalisé est de définir une taille optimale pour les capsules. En effet, si elles sont trop petites (< 200 nm), les capsules risquent de pénétrer à travers les pores de la peau et si elles sont trop grosses (> 500 µm) elles peuvent gêner lors de l'étalement de la crème. Pour réaliser des microcapsules de diamètre et d'épaisseur contrôlée, deux protocoles de synthèse sont utilisés. D'une part un protocole en batch pour une forte production, et d'autre part un protocole microfluidique qui permet de former une quantité plus faible de capsules mais monodisperses.
Dans cette thèse, un nouveau monomère non toxique contenant des fonctions isocyanates est testé, le biuret HDB-LV. Sa polymérisation interfaciale avec des diamines comme l'ethylenediamine, l'hexamethylenediamine et la guanidine permet d'encapsuler de l'octyl salycilate, un filtre solaire modèle. Etant donné la faible réactivité du biuret, une étude cinétique de la réaction de polymérisation interfaciale est proposée afin d’optimiser l’industrialisation de la réaction.
Pour finir, une étude de l'étanchéité des microcapsules permet de vérifier qu'il n'y a pas de relargage d'octyl salicylate dans les milieux riches en eau (comme la majorité des crèmes solaires). Grâce à la microfluidique, des capsules sur mesure permettent de déterminer quels paramètres sont susceptibles de causer un relargage dans d’autres milieux types comme l’éthanol. 

Mots clés: Polymérisation Interfaciale, Microcapsules de polyurée, Procédé Batch, Microfluidique, Cinétique, Relargage, Filtre Solaire


Mme GUICHARDON Pierrette, Professeure, ECOLE CENTRALE DE MARSEILLE- Direction de thèse
M. DU Jiupeng, Maître de conférences, ECOLE CENTRALE MARSEILLE - Coencadrement de thèse
M. LEONETTI Marc, Directeur de recherche, Aix Marseille Université - Examinateur
Mme SCHMITT Véronique, Directrice de recherche, Université de Bordeaux 1 - Présidente
M. BREMOND Nicolas, Maître de conférences, ESPCI Paris - Rapporteur
Mme MUSCHERT Susanne, Maîtresse de conférence, Université de Lille – Rapporteuse
M. MONTAGNIER Bruno, CEO Capsudev Lab – Invité
M. HUBAUD Jean-Claude, CEO Hélioscience - Invité