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Dynamique et rhéologie du sang

publié le , mis à jour le

Collaborations : G. Coupier, C. Minetti, C. Misbah, X. Grandchamp, A. Srivastav, V. Vitkova, M. Mader.

Diffusion induite par cisaillement dans une suspension de globules rouges.

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Les interactions hydrodynamiques et collisions entre globules rouges dans un écoulement conduisent, à l’échelle de la suspension, à un phénomène de diffusion induite par cisaillement. Ce phénomène est anisotrope et non-linéaire (le coefficient de diffusion dépendant de la fréquence des interactions et donc de la concentration et du taux de cisaillement locaux), et conduit à une redistribution spatiale des globules rouges. Ce phénomène intervient dans la structuration de l’écoulement sanguin dans la microcirculation et est sensible aux propriétés mécaniques des globules rouges, qui peuvent notamment être altérées par certaines pathologies. L’élargissement d’un courant de globules rouges dans un canal est caractérisé par un comportement sous-diffusif avec un exposant 1/3, phénomène générique dans les systèmes où les particules subissent des interactions hydrodynamiques de paires à courte portée.

Publication associée :

Lift and down-gradient shear-induced diffusion in red blood cell suspensions. X. Grandchamp, G. Coupier, A. Srivastav, C. Minetti and T. Podgorski, Phys. Rev. Lett. 110 (10), 108101 (2013) Abstract

Portance et migration de vésicules et globules rouges

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Dans la microcirculation sanguine, il est connu depuis Poiseuille (1836) que les globules rouges s’éloignent des parois pour laisser une couche de déplétion qui facilite l’écoulement sanguin. La formation de cette couche de déplétion (effet Fahraeus-Lindquist) est notamment responsable d’une diminution de la viscosité effective du sang dans les petits capillaires, et influe sur la répartition des globules rouges dans les bifurcations du réseau microcirculatoire. Des expériences en microgravité (vols paraboliques CNES et ESA) ont permis de caractériser quantitativement cet effet sur des vésicules et globules rouges en écoulement de cisaillement près d’une paroi. La brisure de symétrie de ces objets mous sous écoulement permet de donner naissance à une force de portance qui n’existe pas pour des particules sphériques en écoulement de Stokes. Dans un écoulement en canal, un effet supplémentaire contribue à la migration des vésicules ou des cellules vers le centre du canal : la non-uniformité du taux de cisaillement dans un écoulement de Poiseuille.

Publications associées :

Hydrodynamic lift of vesicles under shear flow in microgravity.
N. Callens, C. Minetti, G. Coupier, M. -A. Mader, F. Dubois, C. Misbah and T. Podgorski, Europhys. Lett. 83, 24002 (2008)
Abstract

Non- inertial lateral migration of vesicles in bounded Poiseuille flow.
G. Coupier, B. Kaoui, T. Podgorski and C. Misbah, Phys. Fluids. 20, 111702 (2008)
Abstract

Vesicles and red blood cells in flow : From individual dynamics to rheology.
P. M. Vlahovska, T. Podgorski and C. Misbah, C. R. Physique 10, 775–789 (2009)
Abstract

Lien micro-macro dans la viscosité effective de suspensions de vésicules et globules rouges

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La viscosité de suspensions de globules rouges révèle une signature de leur dynamique microscopique : un minimum prononcé au voisinage de la transition entre les mouvements de tank-treading et de tumbling. Cette bifurcation est provoquée en variant la viscosité du fluide porteur. La viscosité intrinsèque de la suspension varie d’un facteur quatre dans la gamme explorée. De façon surprenante, le changement significatif de viscosité intrinsèque est mesuré à des hématocrites faibles (5%). Cette découverte pourrait être utilisée pour détecter des désordres des écoulements sanguins liés à des pathologies affectant la forme et les propriétés mécaniques des globules rouges. Cela ouvre des perspectives dans la mise au point de dispositifs de diagnostic efficaces. Un comportement similaire est observé pour des suspensions de vésicules lipidiques.

Publications associées :

Micro-macro link in rheology of erythrocyte and vesicle suspensions.
V. Vitkova, M. Mader, B. Polack, C. Misbah and T. Podgorski,
Biophys. J. 95 (7), 33–35 (2008)
Abstract

Dynamics and rheology of a dilute suspension of vesicles : higher order theory.
G. Danker, T. Biben, T. Podgorski, C. Verdier and C. Misbah, Phys. Rev. E76, 041905 (2007)
Abstract