Fabrication, caractérisation et modélisation de CAPSules sous contraintes HYDRodynamiques – CAPSHYDR

L’encapsulation consiste à protéger une substance en l’entourant d’une enveloppe solide afin d’éviter sa dispersion dans le milieu ambiant ou sa dégradation au contact de ce dernier. Les capsules sont courantes dans la nature (globules rouges, vésicules phospholipidiques) et dans différentes applications industrielles (biotechnologie, pharmacie, cosmétique, agroalimentaire). Les particules étudiées dans ce projet sont de taille micrométrique (de quelques dizaines à quelques centaines de microns), ont un milieu interne liquide et sont destinées à être suspendues dans un autre liquide. Leur membrane est une bicouche lipidique (vésicule) ou une membrane de polymères réticulés avec des propriétés élastiques (capsules). L’utilisation de ces particules repose sur un contrôle fin des conditions de rupture de la paroi (à éviter ou à provoquer selon le cas) qui implique la maîtrise de leur comportement mécanique.
Ce projet est pluridisciplinaire et comporte les aspects suivants:
• Influence des paramètres de fabrication sur les propriétés physiques et mécaniques d’une capsule (forme, taille, degré de réticulation et propriétés mécaniques de la membrane
• Mouvement et déformation de capsules et de vésicules en suspension dans un fluide en écoulement : différents dispositifs expérimentaux seront mis au point afin d’étudier les grandes déformations de ces particules. Les écoulements envisagés sont l’écoulement dans un pore microfluidique de section variable, un cisaillement simple ou élongationnel. Un des buts est de pouvoir créer des forces hydrodynamiques assez fortes pour provoquer la détérioration des particules (éclatement, formation de filaments).
• Mise au point de modélisations numériques du mouvement et de la déformation de capsules et de vésicules en suspension dans un fluide en écoulement. Ces modélisations font intervenir les interactions entre les écoulements des fluides internes et externes et les grandes déformations de la membrane. Elles doivent permettre de prédire la déformation d’une capsule/vésicule en fonction de leurs propriétés physiques intrinsèques, remonter aux propriétés mécaniques de la membrane à partir des observations expérimentales, donner des valeurs pour des quantités non mesurables comme l’intensité des contraintes dans la membrane afin d’évaluer le risque de rupture.
• L’étude couplée de capsules et de vésicules doit permettre d’identifier clairement les analogies et les différences entre ces deux types de particules
• L’objectif final du projet est de mettre au point des dispositifs de caractérisation mécanique de capsules et de vésicules
Le projet recouvre divers domaines de recherche allant de la mécanique des milieux continus, la physique des objets mous, la réticulation de protéines et la pharmacotechnie. Le consortium de recherche est pluridisciplinaire. Les équipes qui le composent sont complémentaires et sont des leaders reconnus dans leurs domaines respectifs. BMBI apporte ses compétences sur la modélisation théorique, numérique et expérimentale des capsules en écoulement. IRPHE a une grande expérience de l’étude des vésicules et des dispositifs microfluidiques. M2P2 apporte sa connaissance de la modélisation des vésicules. ICMR est un spécialiste reconnu de l’encapsulation et de la caractérisation physicochimique des capsules.