Simulation numérique et analyse physique de systèmes couplés fluide-structure et/ou fluidefluide, du macroscopique au microscopique.
Orateur : Simon Gsell, Centre de Physique Théorique (CPT), Institut de Biologie du Développement de Marseille (IBDM), Turing Center for Living Systems (CENTURI).
Résumé : Dans ce séminaire je présenterai une vue d’ensemble de mes travaux de recherche qui ont porté sur l’étude théorique et numérique de divers problèmes de mécanique de fluide impliquant des couplages fluide-structure et/ou fluide-fluide. La première partie sera dédiée à mes travaux de thèse, portant sur l’étude des vibrations induites par vortex d’un système fluide-structure modèle. Ce phénomène, qui survient en présence d’écoulements inertiels autour de structures flexibles, peut causer la dégradation de structures immergées (e.g. risers pétroliers) ou être exploité pour l’extraction d’énergie éolienne, marine ou fluviale. Je montrerai comment des conditions environnementales réalistes (degrés de liberté de la structure, turbulence, brisure de symétrie) peuvent avoir une influence majeure sur le comportement des systèmes modèles couramment étudiés. Dans un second temps, je présenterai les travaux réalisés pendant mon premier postdoc sur le transport de mucus par battement ciliaire actif dans les poumons. Ce problème multiéchelle d’interactions fluide-structure biologique implique des écoulements à bas Reynolds (noninertiels) aux propriétés mécaniques complexes (visco-plasticité, visco-élasticité, interfaces). Je présenterai d’une part un certain nombre de travaux méthodologiques ayant permis de progresser sur la simulation micro-échelle de tels problèmes, et d’autre part les modèles macro-échelles développés pour rendre compte du couplage entre fluide et interface active à l’échelle tissulaire. Une troisième partie portera sur mes travaux actuels qui visent au développement de modèles d’écoulements tissulaires pour la morphogenèse d’embryons synthétiques appelés embryoids. Après une analyse physique des résultats expérimentaux, je présenterai les premiers travaux numériques visant à explorer des phénomènes morphogénétiques induits par tension de surface. Enfin, je terminerai en présentant les potentielles grandes lignes de mes futurs travaux de recherche sur les interactions entre micro-structures flexibles et fluides complexes.
Physical and geometrical determinants of transport in feto-placental microvascular
Orateur : Alexander Erlich (presenting author), Philip Pearce, Romina Plitman Mayo, Oliver E. Jensen, Igor L. Chernyavsky
Abstract : What governs the supply of a human fetus with oxygen from the mother ? We address this question with a model of the human feto-placental microvasculature. The physical setup in the human placenta is unique : the maternal and fetal blood supplies are separated by a thin layer of villous tissue (the syncytiotrophoblast), through which oxygen is exchanged by diffusion. Compared to other vasculatures, the capillaries are unusually loopy and bulged. Oxygen transfer from mother to fetus can be estimated using 3D finite-element simulations on realistic geometries. However, owing to the computational expense of such calculations, it is infeasible to perform them on entire feto-placental capillary networks. Instead, we introduce a reduced 1D network model to simulate blood flow and oxygen transfer in fetoplacental capillary networks efficiently. We validate the reduced model against full 3D computational fluid dynamics simulations on three-dimensional feto-placental geometries, obtained by confocal microscopy. The reduced model is used to study how network topology and vessel geometry affect oxygen transfer to the fetus. This reduced 1D flow and transport model of the feto-placental microvasculature may contribute to multiscale models of the placenta and other biological systems.
Date et lieu : Vendredi 10/09 à 10h, salle de séminaire IRPHE.