Simulation numérique du mouvement et de la déformation des ...

Contexte généralLes neutrophiles (globules blancs) sont des cellules circulant dans le système sanguinqui jouent un rôle essentiel dans les défenses immunitaires. Ces cellules sont vivanteset peuvent s’activer sous l’action de certaines molécules pour pénétrer dans les tissusinflammés et phagocyter les agents pathogènes. Leur grande viscosité les empêche cependantde se déformer rapidement dans les capillaires pulmonaires dont le diamètre estsouvent plus petit que le leur. Ainsi, les neutrophiles bloquent l’entrée des capillaires,et leur concentration dans les poumons augmente considérablement. Ce phénomène permetla mise en place d’une première ligne de défense immunitaire dans une zone sujetteaux attaques extérieures. En revanche, les cellules bloquées se rigidifient et s’activent cequi peut engendrer des lésions du tissu et parfois provoquer des syndromes de détresserespiratoire aiguë.Dans le cadre d’un projet financé par l’Agence Nationale pour la Recherche, unecollaboration entre trois laboratoires, Adhésion et Inflammation (UMR INSERM-CNRS6212), Gulliver (UMR CNRS 7083) et IMFT (UMR CNRS 5502) cherche à concevoirun dispositif microfluidique afin de mieux détecter ce syndrome. Le rôle de notre équipedans ce partenariat est de simuler numériquement le comportement des globules blancslorsqu’ils sont soumis à différents types d’écoulements. Nous cherchons par le biais decette méthodologie àdéfinir et à tester un modèle rhéologique simple de ces cellules, et àcomparer notre modèle à des expériences menées dans les deux autres laboratoires. Desmodèles existent déjà dans la littérature. Shirai (2008) en a fait une analyse critique et affirmequ’une représentation du cytoplasme de la cellule par une goutte newtonienne, dontla membrane ne serait dotée que d’une tension de surface constante, est trop simpliste. Ilfaut selon lui prendre en compte les effets élastiques liés au caractère non-newtonien deces cellules. Nous avons choisi dans cette étude de prendre en compte ces effets élastiquesen modélisant le cytoplasme par un fluide d’Oldroyd et/ou en introduisant une membraneélastique autour de la cellule. Il semble également nécessaire de prendre en comptele noyau qui existe au coeur de ces cellules car celui-ci représente environ 20% de leur volumeet ne se déforme que sur des temps très longs. Pour atteindre les objectifs ci-dessus,nous sommes partis du code de simulation d’écoulements diphasiques JADIM développéà l’IMFT. Ce code permet en particulier d’étudier les mouvements et la déformationde bulles et de gouttes dans des fluides newtoniens. Notre contribution a donc consistéàétendre ses possibilités aux fluides visco-élastiques, mais aussi à prendre en comptedes effets de membrane plus complexes que les effets capillaires classiques ou encore àintroduire des comportements fluide/structure pour représenter l’effet d’un noyau solide.Le présent manuscrit est organisé en cinq chapitres principaux. Nous commençonspar décrire le rôle biologique des neutrophiles dans les défenses immunitaires ainsi que9