Curriculum Vitae - APC - Université Paris Diderot-Paris 7
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4. Projet scientifique : Trafic microfluidique Résumé du projet de recherche : Des centaines de procédés industriels et naturels reposent sur le trafic de particules dans des réseaux de canaux ou d’obstacles : trafics urbains, ou intracellulaires, filtration... Nous visons à fournir des éléments de compréhensions génériques à ces processus transport. En nous appuyant sur deux expériences microfluidiques modèles : (i) nous adresserons la question de la transition vers le congestionnement des réseaux, en étudiant la statistique du trafic de particules déformables advectées dans des microcanaux désordonnées. (ii) Afin d’étudier le trafic d’agents motiles nous tirerons profit d’un système unique de colloïdes auto-propulsés. Nous étudierons en particulier l’émergence de mouvements collectifs au sein de réseaux aléatoires. Pour aborder ces deux problèmes complexes, et aujourd’hui ouverts, Nous conjuguerons efforts théoriques et expérimentaux et utilisons des approches aux frontières entre hydrodynamique, physique de la matière molle et physique statistique. Précisément, au cours de mon année en délégation, je projette d’initier les travaux décrits dans la section V.2. 1. Si je suis confiant dans la faisabilité à court terme de cette partie du projet, le challenge expérimental nécessitera un investissement fort de ma part, qui motive ma demande de congés pour un an au laboratoire PMMH, CNRS UMR7636. 21
4.1. General context of the project: Why is it interesting? Hundreds of natural and industrial processes ultimately rely on the transport of mobile agents in obstacle, or channel, networks. Prominent examples concern: particle filtration, enhance oil recovery, blood flows in microvessels, Fig. 1A, droplet-based-microfluidics, Fig. 1B, and the transport of charged (bio)polymers in electrophoresis gels. In all these examples, passive particles are advected by external force fields and traffic through heterogeneous environment. A second important class of traffic phenomena deals with self-propelled agents. The most obvious realizations are the traffic flows of vehicle, and pedestrian in the urban networks, Fig. 1D. However, numerous similar processes take place in living systems at much smaller scales. Two representative examples are: (i) the motion of bacteria in polluted soils and in host, or contaminated, organs [1,2], and (ii) the so-called cytoplasmic streaming, which ensures the transport of organelles through the eukaryotic cells along the cytoskeletal network, see Fig. 1C. Figure 1: A- Crossed polarization picture of a microvascular network. Diameter of the smaller vessels: 10 microns, [2] and internet encyclopedia of science. B- Droplet-microfluidic chip. Fission of droplets at Tjunctions, smallest channel width ~100 microns, from [3]. C- (a) Portion of a plant, with leaf cells (1), nodes (2), and internodal cells (3). (b) Enlargement of an internodal cell along which helicoïdal cytoplasmic streaming is observed [4]. D- Vehicle traffic on a Japanese road. The diversity of the systems, where traffic flows are involved calls for investigating their universal properties, thereby making the problem highly appealing from a fundamental perspective. Precisely, we intend to develop a generic understanding of the traffic dynamics in fluidic networks. We purpose to develop simultaneously two experimental efforts to study quantitatively these collective phenomena: - Firstly, we will pursue our work, dedicated to the statistics of advected particles trafficking in ordered and disordered media. A special attention will be paid to the transition from flowing to congested states in model microfluidic networks. - Secondly, we will take advantage of a unique artificial colloidal system to investigate the collective behaviour of self-propelled particles. We stress that we will address for the first time the question of the emergence and of the robustness of collective motion in random networks. 4.2. Position of the project: Whys is it challenging? Traffic flows in fluidic networks: advected passive particles The simplest setup we can think about is the transport of small particles passively advected by a Newtonian fluid through a channel network. In this limit, where there is not interplay between the motion of the particles and the fluid flow, the transport problem is conceptually very simple. It is in fact, formally equivalent to the determination of the electric current going through a network of electric resistors. Whatever, the network geometry, it reduces to the resolution of a set of linear equations. Conversely, the problem becomes much more challenging when the particle size
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Projet scientifique : Trafic microfluidique<br />
Résumé du projet de recherche :<br />
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