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Equipe
- Membre permanent : Tristan Baumberger
L’extrusion est un processus industriel qui consiste à mettre en forme un fluide en le faisant passer par un orifice ou un capillaire. De nombreuses instabilités sont susceptibles de se manifester, que ce soit en entrée, en sortie ou dans le corps du conduit, qui modifient la surface ou le cœur de la fibre extrudée.
Nous nous intéressons à des questions encore largement ouvertes :
- Rôle des propriétés viscoélastiques (en particulier la rhéofluidité) sur l’existence et la nature même de l’instabilité;
- Possibilité d’utiliser les propriétés de l’écoulement, en particulier ses instabilités pour fabriquer des fibres biomimétiques (tendons ou byssus de moules arificiels);
- Cinétique de gélification de solitions de polymères (alginate) par diffusion d’ions depuis le bain d’extrusion dans la géométrie cylindrique contrôlée que permet l’extrusion.
Figure : Extrusion d’une solution d’alginate à travers un capillaire de diamètre intérieur 300 µm pour des débits croissants (de gauche à droite) Au dela d’une valeur critique du débit, l’extrudat adopte un profil hélicoïdal révélateur d’oscillations de vitesse dans le capilaire.
Publication
L. Picaut, O. Ronsin, C. Caroli, and T. Baumberger (2017) Experimental evidence of a helical, supercritical instability in pipe flow of shear thinning fluids, Phys. Rev. Fluids 2, 083303.
Le traitement des fibres : imiter la nature par des processus physiques
Fibres naturelles intelligentes
Les fibres sont omniprésentes dans la Nature (Soie d’araignée, byssus de moule, tendon…). Leur aptitude à remplir leur rôle structurel dans des environnements changeants et/ou hostiles est remarquable.
L’organisation à plusieurs échelles, comme le crêpage des fibrilles des tendons ou le gainage des fibres de byssus, est souvent la clé de leurs performances exceptionnelles.
Une approche de physicien
A l’Institut des NanoSciences de Paris, nous étudions les instabilités qui se développent lors de l’extrusion micro-fluidique, de l’auto-assemblage ou de la rupture de systèmes bio-polymères (solutions et gels d’alginate, de gélatine…).
Certaines de ces instabilités permettent de reproduire des caractéristiques structurelles des fibres naturelles (crêpagehélicoïdal, organisation cœur-coquille, inhomogénéités…).
Notre objectif est de comprendre et de maîtriser ces instabilités mécaniques et physico-chimiques et d’évaluer leur rôle dans les propriétés mécaniques ultimes des fibres traitées.
Figure : Fibre de collagène extrudée dans le régime d’instabilité hélicoïdale (barre d’échelle = 300 µm). A gauche : champ clair, le fil est extrudé de haut en bas. A droite : entre les polariseurs croisés (Thèse de Lise Picaut)
Principales collaborations
- Gervaise Mosser : Laboratoire de Chimie de la Matière condensée (Jussieu)
- Delphine Duprez : Laboratoire de biologie du développement (Jussieu
Publications
- L. Picaut, O. Ronsin, C. Caroli, T. Baumberger. Experimental evidence of a helical, supercritical instability in pipe flow of shear thinning fluids. Physical Review Fluids, American Physical Society, 2017, 2 (8), pp.083303. https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-01614727
- L. Picaut, L. Trichet, O.Ronsin, B. Haye, I. Génois, et al.. Pure dense collagen threads from extrusion to fibrillogenesis stability. Biomedical Physics & Engineering Express, IOP Publishing, 2018, 4 (3), pp.035008. https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-01850246
- L. Picaut, L. Trichet, C. Hélary, G. Ducourthial, M.-A. Bonnin, et al.. Core–Shell Pure Collagen Threads Extruded from Highly Concentrated Solutions Promote Colonization and Differentiation of C3H10T1/2 Cells. ACS Biomaterials Science and Engineering, ACS, 2021. https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-03113880
- M.-J. Guerquin, B. Charvet, G. Nourissat, E. Havis, O. Ronsin, M.-A. Bonnin, M. Ruggiu, I. Olivera-Martinez, N. Robert, Y. Lu, K. E. Kadler, T. Baumberger, L. Doursounian, F. Berenbaum, & D. Duprez.Transcription factor EGR1 directs tendon differentiation and promotes tendon repair. The Journal of Clinical Investigation 2013 Vol. 123 Issue 8 Pages 3564-3576. https://www.jci.org/articles/view/67521
