Trafic Microfluidique – MiTra

Des centaines de procédés industriels et naturels s'appuient sur le trafic d'agents, advectés, ou autopropulsés, au travers de réseaux de canaux ou d'obstacles. Quelques exemples notables concernent: le transport des véhicules, des piétons et des animaux, la contamination bactérienne des sols et les tissus, le transport des cellules sanguines dans les micro-vaisseaux, la micro-fluidique digitale, ou encore les procédés de récupération assistée du pétrole. L'extrême diversité de ces systèmes suggère d'étudier les propriétés génériques de ces processus de trafic à grandes échelles. Toutefois, en, cette diversité rend difficile l'extraction d'images robustes simples sur la base des expériences et des théories aujourd'hui disponibles.

Dans ce projet, nous proposons d'étudier l'organisation spatio-temporelle du trafic d'agents actifs, ou advectés, dans des réseaux microfluidiques hétérogènes, de l'échelle des agents individuels à celle des populations:
-- Du point de vue des agents individuels, nous mettrons l'accent sur la transition vers la congestion/décongestion des réseaux : Comment un ensemble d'agents en interaction subit-il une transition de blocage dynamique lorsqu'il est introduit dans un réseau de géométrie donnée? Les quantités pertinentes sont: la statistique des trajectoires et la distribution des temps de séjour, que nous allons étudier quantitativement à la fois pour des particules advectées et autopropulsées.
-- Du point de vue de la population, nous nous concentrerons sur le transport de groupes cohérents d'individus au travers de réseaux: Comment un courant homogène se redistribue-t-il au travers d'un réseau désordonné? Les quantités pertinentes sont les champs de densité et de courants, qui quantifient la manière dont les particules explorent le réseau.

Pour mener à bien ce projet, nous profiterons de deux systèmes expérimentaux uniques, que nous avons récemment conçus dans nos laboratoires. Ils consistent en des gouttelettes, et des colloïdes, dont l'auto-propulsion peut être activée et désactivée à la demande. Ceci constitue le premier facteur clé de réussite du projet et nous donne un avantage concurrentiel à l'échelle internationale.

Ce projet fait appel à des concepts et des outils de l'hydrodynamique, de la physique statistique et de la matière molle. Nous allons profiter de nos compétences et de nos savoir-faire en microfluidique, en traitement d'images, en suivi de particules, ainsi que de notre expérience dans l'analyse quantitatives de propriétés statistiques et morphologiques. Ce large éventail de compétences complémentaires est le deuxième facteur de succès du projet. Nous bénéficierons également de collaborations en cours avec des experts de premier plan en théorie de la matière active et en mécanique des fluides, ainsi que des environnements théoriques d'excellence à l'ESPCI et à l'ENS Lyon.

Ce projet déjà ambitieux doit être considéré comme annonçant un programme long-teme encore plus ambitieux dédiés à des systèmes vivants, ou industriels. Nous avons estimé nécessaire d'effectuer dans un premier temps, un travail fondamental rigoureux et maitrisé, plutôt que de s'aventurer en terrain plus difficile en l'absence de bases solides de compréhension. Par conséquent, la portée de cette proposition est volontairement limitée à des systèmes modèles bien ciblés, et permet d'envisager avec grande confiance l'obtention de résultats réellement novateurs.

Ce projet a lieu dans un environnement international très concurrentiel. Le soutien de l'ANR sera donc décisif pour renforcer notre effectif, pour accélérer l'installation du nouveau groupe de Denis Bartolo à l'Ecole Normale Supérieure, et consolider celui Olivier Dauchot à l'ESPCI.