Rhéologie des systèmes cellulaires désordonnés – CoRheCell

Comprendre la rhéologie des matériaux cellulaires amorphes tels que les mousses, les émulsions et les tissus biologiques reste un défi important, qui relève tout à la fois des domaines de la physique de la matière molle, de la biophysique et de la physique statistique. Une question clé est de savoir comment relier la rhéologie à l’échelle macroscopique de ces matériaux à leur structure et leur comportement à l'échelle microscopique. Pour répondre à ces problèmes, des modèles élastoviscoplastiques mésoscopiques ont été développés dans le passé. Cependant, lier directement les paramètres de ces modèles aux processus microscopiques dans les matériaux cellulaires reste un défi. Ici, nous proposons d’utiliser une méthode qui permet de décomposer les déformations de cisaillement des matériaux cellulaires en différentes contributions à l’échelle microscopique : une contribution élastique due à la déformation interne, i.e. le changement de forme des cellules, et une contribution plastique, i.e. leurs réarrangements. Cette méthode permet une quantification précise et non ambiguë des deux contributions à la fois dans les expériences et dans les simulations. Nous appliquerons cette méthode à des expériences réalisées sur des émulsions adhésives denses et des simulations utilisant le modèle de vertex. Grâce à un processus expérimental itératif, nous développerons des modèles mésoscopiques dans le but de mieux comprendre comment le seuil d’écoulement des matériaux cellulaires dépend des détails microscopiques, tels que la structure des empilements de gouttes et l'adhésion goutte-goutte. Enfin, les perturbations mécaniques appliquées à l'émulsion pourront être ajustées afin de révéler d'une éventuelle dépendance de la rhéologie de ces systèmes par rapport à l'historique de déformation. Cette compréhension améliorée des propriétés rhéologiques des matériaux cellulaires aura un impact dans des domaines allant de la biologie du développement à la physique de la matière molle. Enfin, sur la base de nos résultats concernant la rhéologie des émulsions, nous examinerons le mécanisme à l'origine d'une observation récente, selon laquelle, dans certaines conditions, la phase continue de nos émulsions est pompée par rapport à la phase des gouttes. Un tel mécanisme de pompage pourrait être important pour conduire au compactage des matériaux cellulaires à la fois dans les tissus biologiques et dans l'ingénierie.