Propositions de stages / thèses 2013 Contact Philippe Marmottant, Mél: [email protected] , Tél : 04 76 51 42 89 Laboratoire Interdisciplinaire de Physique, CNRS/Université Joseph Fourier, Campus de Grenoble Pour en savoir plus sur le labo en images et animations: www-liphy.ujf-grenoble.fr/link/marmottant.htm Physique de la cavitation dans les arbres Introduction Les plantes ont la capacité de stocker d'intenses dépressions dans leur liquide interne. Ces dépressions conduisent à deux phénomènes mécaniques extrêmes et rapides: la nucléation violente de bulles dans la sève des arbres, la possibilité de mouvement très rapides chez les plantes carnivores ou la propulsion de spores chez les fougères. Motivations Pour amener la sève au sommet des arbres, les feuilles génèrent par évaporation une dépression très forte. La pression devient alors négative, jusqu'à -200 bars! L'eau est dans un état métastable et peut caviter, avec l'apparition brutale de bulles, provoquant une embolie dans la circulation de la sève. Ces cavitations pourraient être à l'origine des bruits ultrasonores qui sont détectés dans les arbres au cours d'épisodes de conditions sèches. Objectif Au cours de ce stage expérimental, l’étudiant apprendra à fabriquer des dispositifs microfluidiques (à base d’hydrogel poreux) imitant la circulation de la sève, et/ou des dispositifs similaires mais incorporant directement des canaux prélevés sur des arbres. Les échantillons obtenus seront ensuite étudiés à l’aide d’un système développé au laboratoire permettant de contrôler de manière précise les paramètres physiques de l’eau au sein des canaux (pression négative, température) et d’observer l’évolution du système de manière optique (microscope, caméra rapide, microphones acoustiques ultrasonores). Plusieurs aspects seront abordés : 1) Dynamique ultra-rapide des bulles de cavitation (oscillations, amortissement), et comparaison des résultats avec les émissions ultrasonores détectées lors de la cavitation. 2) Statistiques spatio-temporelles des évènements de cavitation dans des échantillons de géométries variées, afin d’étudier l’interaction entre canaux voisins. Enfin, le dispositif expérimental pourra être utilisé pour caractériser l'influence de l'humidité sur les mouvements d'autres plantes, tels que la marche et le saut de spores. Environnement Le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique est situé sur le campus de Grenoble et développe des thématiques de recherche de Physique à l’interface avec la Biologie ou l’Environnement. Le stage sera encadré par Philippe Marmottant (chercheur) et Alexandre Ponomarenko (post-doctorant). Collaborations Nous collaborons avec des physiciens (NTU, Singapour) et biologistes (INRA, Clermont-Ferrand). En cas de poursuite en thèse, l’étudiant pourra développer de nouvelles collaborations avec des bio-physiciens de Cornell University (USA). (a) (b) (a) Schéma du transport ascendant de fluide dans un arbre (image extraite de Wheeler et al, Nature 2008). (b) Cavitation, ici dans des canaux artificiels.

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Propositions de stages / thèses 2013

Contact Philippe Marmottant, Mél: [email protected], Tél : 04 76 51 42 89 Laboratoire Interdisciplinaire de Physique, CNRS/Université Joseph Fourier, Campus de Grenoble Pour en savoir plus sur le labo en images et animations: www-liphy.ujf-grenoble.fr/link/marmottant.htm

Physique de la cavitation dans les arbres Introduction Les plantes ont la capacité de stocker d'intenses dépressions dans leur liquide interne. Ces dépressions conduisent à deux phénomènes mécaniques extrêmes et rapides: la nucléation violente de bulles dans la sève des arbres, la possibilité de mouvement très rapides chez les plantes carnivores ou la propulsion de spores chez les fougères. Motivations Pour amener la sève au sommet des arbres, les feuilles génèrent par évaporation une dépression très forte. La pression devient alors négative, jusqu'à -200 bars! L'eau est dans un état métastable et peut caviter, avec l'apparition brutale de bulles, provoquant une embolie dans la circulation de la sève. Ces cavitations pourraient être à l'origine des bruits ultrasonores qui sont détectés dans les arbres au cours d'épisodes de conditions sèches. Objectif Au cours de ce stage expérimental, l’étudiant apprendra à fabriquer des dispositifs microfluidiques (à base d’hydrogel poreux) imitant la circulation de la sève, et/ou des dispositifs similaires mais incorporant directement des canaux prélevés sur des arbres. Les échantillons obtenus seront ensuite étudiés à l’aide d’un système développé au laboratoire permettant de contrôler de manière précise les paramètres physiques de l’eau au sein des canaux (pression négative, température) et d’observer l’évolution du système de manière optique (microscope, caméra rapide, microphones acoustiques ultrasonores). Plusieurs aspects seront abordés : 1) Dynamique ultra-rapide des bulles de cavitation (oscillations, amortissement), et comparaison des résultats avec les émissions ultrasonores détectées lors de la cavitation. 2) Statistiques spatio-temporelles des évènements de cavitation dans des échantillons de géométries variées, afin d’étudier l’interaction entre canaux voisins. Enfin, le dispositif expérimental pourra être utilisé pour caractériser l'influence de l'humidité sur les mouvements d'autres plantes, tels que la marche et le saut de spores.

Environnement Le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique est situé sur le campus de Grenoble et développe des thématiques de recherche de Physique à l’interface avec la Biologie ou l’Environnement. Le stage sera encadré par Philippe Marmottant (chercheur) et Alexandre Ponomarenko (post-doctorant). Collaborations Nous collaborons avec des physiciens (NTU, Singapour) et biologistes (INRA, Clermont-Ferrand). En cas de poursuite en thèse, l’étudiant pourra développer de nouvelles collaborations avec des bio-physiciens de Cornell University (USA).

(a) (b)

(a) Schéma du transport ascendant de fluide dans un arbre (image extraite de Wheeler et al, Nature 2008).

(b) Cavitation, ici dans des canaux artificiels.