Proposition de stage de fin d`études (Ingénieur / M2)

Proposition de stage de fin d'études (Ingénieur / M2)
Simulation numérique de la déformation d'une bactérie
sous une pointe AFM et en écoulement dans un pore de
membrane de filtration.
Laboratoires d'accueil : LGC et IMFT à Toulouse
Encadrants : Yannick Hallez (yanni[email protected]),
Jacques Magnaudet ([email protected])
Profil recherché : Mécanique des Fluides Numérique ou Mathématiques Appliquées, goût pour la
programmation et la simulation, curiosité, esprit d'initiative.
Sujet : Il a été observé que certaines bactéries déformables (ex : E. Coli) peuvent passer à travers des
pores plus petits que leur plus petite dimension. Ceci pose de sérieux problèmes sanitaires si l'on veut
purifier par micro-filtration des eaux contaminées. Des études expérimentales à l'échelle d'un procédé
menées au Laboratoire de Génie Chimique ont démontré que le taux de transfert de ces bactéries
déformables à travers une membrane était sensible aux conditions hydrodynamiques et physico-
chimiques au voisinage des bactéries. L'effet de l'hydrodynamique est lié aux contraintes (cisaillement /
pression) exercées par l'écoulement à la surface de la bactéries. L'effet des conditions physico-
chimiques (pH, concentration en ions) peut être lié à plusieurs facteurs, par exemple la modification des
interactions électrostatiques entre la bactérie et la paroi de la membrane de filtration, la modification des
propriétés mécaniques de la bactérie, ou encore la création d'un écoulement à travers la membrane de
la bactérie par osmose, ce qui aurait pour effet de changer son volume et sa forme.
Même si les campagnes expérimentales ont permis de mettre en évidence l'effet de l'environnement des
bactéries sur leur transfert, il reste difficile de déterminer clairement si un mécanisme physique domine
les autres, et dans quelles conditions. Le but de ce stage est d'utiliser des simulations numériques à
l'échelle d'une bactérie déformable afin de déterminer de manière quantitative quels mécanismes
pilotent le transfert des bactéries à travers un pore de membrane.
Pour ceci, nous envisageons d'utiliser le code de recherche JADIM développé à l'IMFT et dans lequel il
existe déjà une méthode dite « de champ de phase » adaptée au calcul du transport d'un objet
déformable dans un écoulement. Cette méthode requiert cependant de fixer un paramètre numérique
déterminant le comportement mécanique de l'objet. Nous envisageons au cours du stage de réaliser
dans un premier temps des simulations d'une bactérie en déformation sous une pointe de microscope à
force atomique (AFM), une expérience qui est réalisée en parallèle au LAAS dans le cadre d'une thèse
au LGC. Le but de ce stage est de réaliser cet « étalonnage » de la méthode numérique et de vérifier s'il
est suffisant pour obtenir des résultats prédictifs quant au comportement des bactéries en écoulement.
Le cas échéant, nous mènerons une étude sur l'influence relative des différents phénomènes physiques
en jeu.
Simulation du transport d'une cellule newtonienne entourée d'une membrane
traversant un réseau de plots (M. Leroux 2012)