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Theses Year : 2012

Dynamics of Aspirations of Complex Fluids

Dynamiques d'aspirations d'interfaces complexes

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Abstract

Interested in characterizing biological matters of small volumes (bile, cellular aggregates), we develop a capillary aspiration rheometer. We measure the physical properties of the fluid by its deformation and dynamics in the capillary according to the aspiration power. We first test the system with Newtonian fluids. The critical pressure above which the fluid moves, is linked to the initial interface deformation in the capillary and gives a measurement of the surface tension. The displacement of the fluid corresponding to an imposed pressure gives a measurement of the viscosity . Aspirating at constant pressure or at a variable pressure (linearly with time), we extend the domain of viscosities from 10−3 (bile) to 105 Pa.s (cellular aggregates). This range is adequate for biological material. Then we use the system to characterize different complex fluids. We choose the carbopol which stress follows the Herschel-Bulkley law. The critical pressure gives a measurement of the surface tension and minimal stress of carbopol. Aspirated at a pressure linear in time, the carbopol moves at constant velocity and we measure its rheological parameters. Finally, we aspirate cellular aggregates with viscoelastic properties. The aspiration at constant pressure gives a measurement of aggregates viscosity at large times, while the aspiration at variable pressure gives a measurement of the aggregates elasticity
Intéressés par la caractérisation d'objets biologiques de faibles volumes (bile, agrégats cellulaires), nous élaborons un rhéomètre par aspiration capillaire. Les propriétés physiques du fluide, aspiré à pression contrôlée, sont mesurées 'a partir de la déformation et de la dynamique du fluide dans le capillaire. Nous étalonnons d'abord le rhéomètre avec des fluides Newtoniens. La pression critique liée à la déformation initiale de l'interface dans le capillaire, donne une mesure de sa tension de surface. Le profil d'avancée du fluide, en fonction de la pression d'aspiration, donne une mesure de sa viscosité. En aspirant à pression constante ou à pression variable (linéaire en temps), nous étendons le domaine aux viscosités allant de 10−3 (bile) à 105 Pa.s (agrégats cellulaire), une gamme adéquate pour l'étude d'objets biologiques. Nous utilisons ensuite ce dispositif pour caractériser certains fluides complexes. Nous choisissons le carbopol dont la contrainte évolue selon la loi d'Herschel-Bulkley. La pression critique d'aspiration donne une mesure de la tension de surface et de la contrainte seuil du carbopol. Aspiré à pression linéaire en temps, le carbopol entre à vitesse constante et nous en déduisons ses paramètres rhéologiques. Enfin, nous aspirons des agrégats cellulaires aux propriétés viscoélastiques. L'aspiration à pression constante donne une mesure de la viscosité de l'agrégat aux temps longs, tandis que l'aspiration à pression variable, donne une valeur de l'élasticité de l'agrégat.
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Dates and versions

pastel-00700999 , version 1 (24-05-2012)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00700999 , version 1

Cite

Mélanie Durth. Dynamiques d'aspirations d'interfaces complexes. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Polytechnique X; Université de Séville, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00700999⟩
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