Thèse de doctorat en physique de la propagation des embolies dans les feuilles

Sujet de thèse :
Lors d’un épisode de sécheresse, l’eau circulant sous tension dans les vaisseaux des plantes peut se rompre et laisser place à des bulles d’air. Ces embolies interrompent localement le transport de l’eau et peuvent se propager dans les réseaux vasculaires des feuilles, contribuant au dysfonctionnement hydraulique de la plante. Malgré l’importance de ce phénomène, les mécanismes physiques qui déterminent la vitesse et les trajectoires de propagation des embolies restent encore mal compris.

Cette thèse expérimentale poursuivra deux objectifs complémentaires.

Le premier volet consistera à caractériser la propagation des embolies dans des feuilles biologiques. Un dispositif d’imagerie combinant une caméra ultrarapide et une caméra plus lente sera développé afin de détecter les événements d’embolisation, de déclencher les acquisitions rapides et de mesurer leur dynamique sur des échelles de temps allant de plusieurs heures à quelques microsecondes. Le travail comprendra la conception et l’automatisation du montage expérimental, la synchronisation des caméras, l’optimisation de l’éclairage et le développement de méthodes de traitement d’images permettant d’extraire les trajectoires et les vitesses de propagation. Plusieurs espèces végétales et différents niveaux de ramification du réseau vasculaire seront étudiés. Des caractérisations complémentaires par tomographie à rayons X et par microscopie électronique environnementale pourront être réalisées avec la plateforme de caractérisation de l’Institut afin de relier les dynamiques observées à l’anatomie des feuilles.

Le second volet portera sur le développement de dispositifs microfluidiques biomimétiques reproduisant de manière contrôlée les principales propriétés hydrauliques des feuilles. Les systèmes existants simplifient fortement la géométrie, la connectivité et la déformabilité des réseaux vasculaires réels. La personne recrutée concevra et fabriquera, principalement en PDMS, des réseaux microfluidiques réticulés et hiérarchiques présentant une fidélité accrue avec les feuilles biologiques. L’influence de la topologie du réseau, de la taille des canaux et des constrictions, de leur déformabilité et des flux d’évaporation sur les trajectoires d’embolisation sera étudiée. Les dispositifs seront réalisés en s’appuyant sur la plateforme de microfabrication de l’INPHYNI, équipée notamment d’une salle blanche.

Les deux approches seront conduites en interaction étroite. Les observations effectuées sur les feuilles guideront la conception des systèmes biomimétiques, tandis que les expériences microfluidiques permettront d’isoler et de contrôler les mécanismes physiques responsables de la propagation des embolies.

La thèse vise ainsi à établir de nouveaux liens entre mécanique des fluides, matière molle, microfluidique et hydraulique végétale.

Compétences recherchées

Le projet s’adresse à une personne ayant une formation en physique
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