7-‐ Fiche de renseignement sur une proposition de thèse 2014 Intitulé de la thèse : Capsules en écoulement dans la microcirculation artérielle Nature du financement envisagé pour le doctorant : allocation ministère ou Région Picardie (programme Emergence) Ecole doctorale de rattachement : ED 71 « Sciences pour l’Ingénieur » -‐ UTC Domaine(s) scientifique(s): • Science et Technologie • Biomédical et sciences de la Santé Lieu de travail de thèse : Université de Technologie de Compiègne Laboratoire d’accueil : Laboratoire Biomécanique et Bioingénierie (BMBI) Le projet de thèse, par essence interdisciplinaire, sera réalisé dans l’équipe Interaction Fluides Structures Biologiques (IFSB) du Laboratoire BMBI, qui est spécialisée dans le domaine de la biomécanique vasculaire. L’équipe a une double compétence en simulation des écoulements sanguins et de l’écoulement de capsules, car elle combine l’approche numérique (basée sur des codes d’interactions fluides structure d’une grande précision et stabilité numérique) à la modélisation expérimentale (expériences microfluidiques réalisées dans des microcanaux, fabriqués in situ). Nom du directeur de thèse : Anne-‐Virginie SALSAC HDR Nom du co-‐directeur de thèse : Description du sujet de thèse : Une micro-‐capsule est une goutte fluide entourée d’une membrane mince élastique. L’objectif est d’étudier l’écoulement d’une suspension diluée de capsules dans une bifurcation microartérielle. L’application du projet concerne l’utilisation de microcapsules contenant des substances médicamenteuses pour la thérapie ciblée. Le projet repose sur la réalisation d’une modélisation numérique 3D des interactions fluide-‐structure lors de l'écoulement d'une capsule dans un petit vaisseau. On étudiera en particulier l’effet des propriétés de la capsule (taille, déformabilité, etc) sur son comportement au passage de la bifurcation en fonction de la géométrie du vaisseau et du confinement. On cherchera notamment à déterminer le risque de rupture de la capsule afin de l'éviter ou de la provoquer selon le besoin. Les prédictions numériques seront comparées à des expériences actuellement en cours où on mesure le mouvement et la déformation de capsules artificielles circulant dans un canal microfluidique bifurqué. Mots clés : capsules en suspension, interaction fluide-‐structure, microcirculation, thérapie ciblée Projet de recherche lié à cette thèse et son type de financement (en cours ou envisagé) : Collaboration(s) nationale(s) : Institut de Chimie Moléculaire de Reims (ICMR, UMR 7312) F. Edwards-‐Lévy L’équipe est spécialisée dans la fabrication de capsules artificielles et l’étude des conditions physico-‐chimiques de fabrication. Equipe-‐projet REO (UMR CNRS 7958), INRIA-‐Rocquencourt – UPMC, M. Vidrascu L’Equipe-‐projet sont experts en modèles de coque éléments finis et ont également une longue expérience en méthodes numériques (ex : Modulef), en particulier dans la simulation de couplages multi-‐physiques. Laboratoire de Mécanique du Solide (UMR CNRS 7649), Ecole Polytechnique, P. Le Tallec L’équipe est spécialisée dans la modélisation mécanique des structures en grandes déformations, dans la simulation des interactions fluide-‐structure par éléments finis et l’étude de stabilité de modèles numériques en mécanique. Collaboration(s) internationale(s) : Thèse en co-‐tutelle : Conditions restrictives sur les candidatures : Aucune Profil et compétences souhaités du candidat : Mécanique des fluides et/ou des solides, analyse numérique, notions de biomécanique et génie biomédical. Coordonnées de la personne à contacter : Anne-‐Virginie SALSAC Laboratoire BMBI, UTC BP 20529 60205 COMPIEGNE Tel : 03 44 23 73 38 Email : [email protected] 7bis – English Thesis proposal title: Capsule flowing through the arterial microcirculation PhD grant: French Ministry of Research – or Région Picardie (Emergence program) Starting time (envisagée): Octobre 2014 PhD School name: ED 71 « Sciences pour l’Ingénieur » -‐ UTC Scientific domain(s): • Science and technology • Biomedical and health sciences Location: Université de Technologie de Compiègne, Compiègne (France) Research laboratory: Biomechanics and Bioengineering Laboratory (BMBI) The PhD project, which is interdisciplinary by essence, will be conducted in the Biological Fluid-‐Structure Interactions team from the BMBI Laboratory. The team has a double expertise in the field of modeling of capsule flows and vascular flows: it combines a numerical approach (based on fluid-‐structure interaction codes that offer a very good accuracy and numerical stability) and an experimental approach (microfluidic experiments in complex microchannels) Thesis supervisor: Anne-‐Virginie SALSAC HDR Thesis co-‐supervisor: Short description of research work: A micro-‐capsule is a fluid droplet enclosed in a thin elastic membrane. The objective of the project is to study the flow of a dilute suspension of capsules in a micro-‐arterial bifurcation. One application is the use of suspensions of microcapsules containing drugs for drug targeting. The project consists in modeling numerically the fluid-‐structure interactions through a 3D simulation. The effects of the capsule properties (initial shape, wall mechanical properties, etc) on the capsule behavior across the bifurcation are studied as a function of the vessel geometry and confinement. In particular, it will be important to determine the risk of rupture of the capsule, in order to avoid it or provoke it depending on the need. The numerical predictions will be compared to measurements that are currently conducted on the motion and deformation of artificial capsules flowing through a bifurcated microfluidic channel. Keywords: capsules in suspension, fluid-‐structure interaction, microcirculation, drug targeting Research project linked to the thesis: Emergence project Expected national collaboration(s): Institut de Chimie Moléculaire de Reims (ICMR, UMR 7312), F. Edwards-‐Lévy The team is specialized in the fabrication of artificial capsules and in the study of the physico-‐chemical conditions of fabrication. Project-‐team REO (UMR CNRS 7958), INRIA-‐Rocquencourt – UPMC, M. Vidrascu The project-‐team is expert in the modelling of shell finite elements. They also have a long standing experiences in numerical methods (eg: Modulef), in particular in the simulation of multi-‐physics problems. Laboratoire de Mécanique du Solide (UMR CNRS 7649), Ecole Polytechnique, P. Le Tallec The team is specialised in the mechanical modelling of structures in large deformation, in the simulation of fluid-‐structure interactions by finite elements and in the study of the stability of numerical models in mechanics. Expected international collaboration(s): Co-‐tutella: Requirements: Profile and competences of the candidate: Fluid mechanics and/or solid mechanics, numerical analysis, notions of biomechanics and bioengineering. Contact details: Dr Anne-‐Virginie Salsac BMBI Laboratory, UTC BP 20529 60205 COMPIEGNE France Tel: +33 (0)3 44 23 73 38 Email: [email protected]