Titre : Les effets de l’écoulement pulsé sur la déformation et la perméabilité membranaire d’une microcapsule par une approche interaction fluide-structure.
Titre en Anglais : Pulsed flow effects on the membrane deformation and permeability of a microcapsule in fluid-structure interaction approach.
Mots clés : Vésicules, interaction fluide-structure, vectorisation des principes actifs thérapeutiques, perméabilité membranaire.
Directeur de thèse : Pr. Amine AMMAR
Encadrement : Dr. Adil EL BAROUDI (MC)
Site de travail : Angers
Correspondant : Adil El BAROUDI | Tél. : 0241207382 | Mail : adil.elbaroudi@ensam.eu
Date de début de la thèse : 1 octobre 2018
Profil du candidat : Master Recherche
Présentation détaillée du projet de thèse :
La microencapsulation consiste à enfermer un produit, solide ou liquide, dans des microcapsules creuses (vésicules) ou dans des microparticules pleines (microsphères). Ces microparticules biodégradables ou non ont une taille qui varie de 1 µm à plus de 100 µm. L’intérêt des microcapsules est qu’elles permettent d’isoler et de protéger leur contenu (principe actif) du milieu extérieur, à l’aide d’une membrane afin de maîtriser sa libération dans un environnement ciblé. Suivant le type d’application cette membrane sera détruite ou non, lors du transport ou de l’utilisation pour libérer son contenu. Si la membrane n’est pas brisée elle contrôlera la diffusion de ce principe actif (exemple : encapsulation de médicaments pour une libération ralentie). Suivant la nature des molécules encapsulées, leurs applications ont été étendues à des domaines variés tels que la pharmacie (médicaments), l’agrochimie (engrais), l’industrie alimentaire (arômes), la cosmétique (parfums), les textiles (cosmétotextiles), l’imprimerie (papier autocopiant ou parfumé), les peintures (thermochromes) etc…
Par ce travail de thèse nous nous intéressons particulièrement aux vésicules utilisées dans le domaine de la santé pour transporter une quantité de médicament qui se libérera lentement dans l’organisme. Ces microcapsules peuvent être injectées en intramusculaire, sous la peau, dans le cerveau, le foie, etc. La libération par diffusion du principe actif peut durer quelques mois. Ces microparticules peuvent aussi être utilisées en chimioembolisation : chargées de substance anticancéreuse, elles sont injectées par cathétérisme artériel dans la microcirculation qui irrigue la tumeur. Elles provoquent la nécrose de la tumeur en y libérant l’agent anticancéreux. Ces microcapsules utilisées sont souvent en polymères biodégradables. La nature et l’épaisseur de la membrane, sa perméabilité, ses propriétés mécaniques, etc. sont autant de paramètres dont il faut tenir compte pour chaque utilisation spécifique.
Par une approche d’interaction fluide-structure, le problème physique à étudier consiste en l’analyse des effets de l’écoulement pulsé sur la déformation et la variation de la perméabilité membranaire d’une microcapsule. Nous analyserons tout d’abord les phénomènes de diffusions et leur évolution en fonction du temps. Ceci nous permettra de savoir comment contrôler le temps de relargage en fonction de la fréquence et de l’amplitude des sollicitations hydrodynamiques. La deuxième analyse sera consacrée à la déformation des microcapsules en fonction du temps en écoulement pulsé, en situation d’interaction hydrodynamiques avec les parois dans le cas des microvaisseaux. Enfin, nous analyserons la rupture de cette microcapsule par propagation d’une fissure préalablement effectuée sur sa membrane, afin de larguer éventuellement le principe actif porté par ces microcapsules d’une manière plus rapide. Des visualisations du comportement de ces vésicules fournis par le Professeur Patrick Saulnier seront aussi effectuées. Ces problématiques sont d’actualité et intéressent fortement le secteur médical d’une part et semble ne pas avoir reçu jusqu’à présent l’attention qu’il faut de la part des chercheurs qui ont principalement analysé l’effet d’un écoulement stationnaire sur ces microcapsules.
Ce travail nous permettra donc de contrôler le temps de relargage par diffusion forcée (due à la déformation de la vésicule), en fonction de la fréquence et de l’amplitude des sollicitations hydrodynamiques en écoulement pulsé. Le deuxième résultat attendu est l’évolution de la déformation des microcapsules en fonction du temps, en situation d’interaction hydrodynamiques avec les parois dans les microvaisseaux (souples ou rigides). En effet, nous analyserons ces comportements au voisinage du phénomène de résonnance. Nous étudierons finalement les conséquences de cette déformation sur la rupture de la microcapsule par propagation d’une fissure préalablement effectuée sur sa membrane, afin de larguer éventuellement le principe actif porté par ces microcapsules d’une manière plus contrôlée.