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Collective behavior of red blood cells in confined channels

Résumé

We study the flow properties of red blood cells in confined channels, when the channel width is comparable to the cell size. We focus on the case of intermediate concentrations when hydrodynamic interactions between cells play a dominant role. This regime is different to the case of low concentration in which the cells behave as hydrodynamically isolated. In this last case, the dynamic behavior is entirely controlled by the interplay between the interaction with the wall and the elastic response of the cell membrane. Our results highlight the different fluid properties when collective flow is present. The cells acquire a characteristic slipper shape, and parachute shapes are only observed at very large capillary numbers. We have characterized the spatial ordering and the layering by means of a pairwise correlation function. Focusing effects are observed at the core of the channel instead of at the lateral position typical of the single-train case. These results indicate that at these intermediate concentrations we observed at the microscale the first steps of the well-known macroscopic Fahraeus-Lindqvist effect. The rheological properties of the suspension are studied by means of the effective viscosity, with an expected shear-thinning behavior. Two main differences are obtained with respect to the single-train case. First, a large magnitude of the viscosity is obtained indicating a high resistance to flow. Secondly, the shear-thinning behavior is obtained at larger values of the capillary number respect to the single-train case. These results suggest that the phenomena of ordering in space and orientation occur at higher values of the capillary number.

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La dynamique des fluides (hydrodynamique ou aérodynamique), est l'étude des mouvements des fluides, qu'ils soient liquides ou gazeux. Elle fait partie de la mécanique des fluides avec l'hydrostatique (statique des fluides). La résolution d'un problème de dynamique des fluides demande de calculer diverses propriétés des fluides comme la vitesse, la viscosité, la densité, la pression et la température en tant que fonctions de l'espace et du temps.
Viscosité
La viscosité (du latin viscum, gui, glu) peut être définie comme l'ensemble des phénomènes de résistance au mouvement d'un fluide pour un écoulement avec ou sans turbulence. La viscosité diminue la liberté d'écoulement du fluide et dissipe son énergie. Deux grandeurs physiques caractérisent la viscosité : la viscosité dynamique (celle utilisée le plus généralement) et la seconde viscosité ou la viscosité de volume. On utilise aussi des grandeurs dérivées : fluidité, viscosité cinématique ou viscosité élongationnelle.
Fluide non newtonien
Un fluide non newtonien est un fluide qui ne suit pas la loi de viscosité de Newton, c'est-à-dire une viscosité constante indépendante de la contrainte. Dans les fluides non newtoniens, la viscosité peut changer lorsqu'elle est soumise à une force pour devenir plus liquide ou plus solide. Le ketchup, par exemple, devient plus coulant lorsqu'il est secoué et se comporte donc de manière non newtonienne.
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