Simulations numériques du transport et du mélange de mucus bronchique par battement ciliaire métachronal / Sylvain Chateau ; sous la direction de Julien Favier et de Sébastien Poncet

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Simulation par ordinateur

Dynamique des fluides

Mécanique des fluides

Système mucociliaire

Bronches

Théorie du transport

Favier, Julien (1980-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Poncet, Sébastien (1979-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Viallat, Annie (1958-.... ; auteure en physique) (Président du jury de soutenance / praeses)

Poncet, Philippe (1973-.... ; auteur en mathématiques appliquées) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Nicoud, Franck (1967-.... ; chercheur en génie mécanique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Mauroy, Benjamin (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Moreau, Stéphane (19..-.... ; chercheur spécialiste en acoustique) (Membre du jury / opponent)

Ortona, Umberto d' (Membre du jury / opponent)

Aix-Marseille Université (2012-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Université de Sherbrooke (Québec, Canada) (Organisme de cotutelle / degree co-grantor)

Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille ; 2000-....) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire de Mécanique, Modélisation et Procédés Propres (M2P2) (Marseille, Aix-en-Provence) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : La clairance mucociliaire est un processus physico-chimique qui sert à transporter et éliminer le mucus bronchique. Pour cela, des milliards d'appendices de taille micrométrique, que l'on nomme cils, recouvrent l'épithélium respiratoire. Ces cils propulsent le mucus en suivant un motif périodique comprenant une phase de poussée où leur pointe peut pénétrer dans le mucus, et une phase de récupération où ils sont totalement immergés dans le fluide périciliaire. Un dysfonctionnement de ce processus peut engendrer de nombreux problèmes de santé. Il a été observé expérimentalement que les cils ne battent pas aléatoirement, mais synchronisent leurs battements avec leurs voisins, formant ainsi des ondes métachronales. Toutefois, les observations in vivo sont extrêmement difficiles à réaliser, et les propriétés de ces ondes restent mal connues. Dans cette thèse, nous utilisons un solveur Lattice Boltzmann - Frontière Immergée afin de reproduire un épithélium bronchique et étudier l'émergence, ainsi que les capacités de transports et de mélanges, de ces ondes

Résumé / Abstract : The mucociliary clearance process is a physico-chemical process which aims is to transport and eliminate bronchial mucus. To do so, billions of micro-sized appendages, called cilia, cover the respiratory epithelium. These cilia propel the mucus by performing a periodical pattern composed of a stroke phase where their tips can enter the mucus layer, and a recovery phase where the cilia are completely immersed in the periciliary liquid layer. A failure of this process may induce numerous health problems. It has been experimentally observed that cilia do not beat randomly, but instead adapt their beatings accordingly to their neighbours, forming metachronal waves. However, in vivo observations are extremely difficult to perfom, and the properties of these waves remain poorly understood. In this thesis, we use a Lattice Boltzmann - Immersed Boundary solver to reproduce a bronchial epithelium and study the emergence, as well as the transport and mixing capacities, of these waves