HAL Portal ESPCI (Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles)
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Echographie matricielle : Application à l'imagerie du sein
No full textUltrasons biomédicaux - Imagerie et caractérisation des tissus mous; GAPSUS - Acoustique Physique, Sous-Marine et Ultra-SonoreNational audienceL’échographie clinique est basée sur deux hypothèses fondamentales : (i) la vitesse de propagation de l’onde ultrasonore est considérée comme homogène dans tout le milieu à imager et (ii) chaque onde rétrodiffusée n’ a subi qu’un seul évènement de de diffusion. En réalité, notamment dans les milieux hétérogènes comme le sein, la vitesse du son varie grandement entre les différents tissus du milieu (par exemple, entre la peau, le tissu fibro-glandulaire et d’éventuelles tumeurs). Cette distribution hétérogène de la vitesse du son conduit à une baisse de la résolution et du contraste de l’échographie ainsi qu’à des déformations locales de l’image qui peuvent fausser le diagnostic. Grâce au principe l’imagerie matricielle (F. Bureau et al., arxiv : 2409.13901, 2024), nous souhaitons corriger ces aberrations en : (i) cartographiant la vitesse du son locale ; (ii) en modifiant, à partir de cette information, le processus de focalisation au moment de la formation de l’image. En plus de compenser les distorsions de l’image échographique, une tomographie de la vitesse du son donne une information quantitative sur les tissus traversés et pourrait constituer un bio-marqueur pertinent pour caractériser la malignité des tumeurs. Enfin, nous montrerons également comment l’imagerie matricielle permet de sonder le phénomène de diffusion multiple et quantifier le libre parcours moyen de diffusion ultrasonore (A. Goicoechea et al., Phys. Rev. Lett., 2024). Mesuré dans le sein, ce paramètre est également un biomarqueur potentiel pour la détection et la caractérisation tumorale
Using foams for the oxidative dissolution of copper particles: the transport of reactants is controlled by the foam structure
No full textInternational audienceWe study the oxidation of micrometric copper particles in rotating aqueous foams by oxygen O 2 present in the gas bubbles and in the presence of protons H + in the continuous phase. Our goal is to understand the link between the reaction kinetics and the transfer of the three reactants present in three different phases in the foam by monitoring foam structure using simple experimental tools. Measuring the bubble size evolution and the foam liquid fraction enable us to obtain an insight into the transfer of O2 by diffusion in the thin liquid films, while measuring the foam liquid fraction and using a pH sensitive dye enable us to observe the distribution of protons within the foams. Finally, the trapping of particles in the dry foams can be observed directly with a camera. We vary the rotating speed which influences the amount of liquid effectively incorporated inside the foams, which in turn controls the quantity of particles and protons within the foams. We prove that the foam structure controls the transfer of reactants and hence the reaction kinetics. Wetter foams ensure a steady transport of particles and protons, resulting in a steady increase of the amount of copper dissolved over time. In the drier foams, the O2 transfer is faster so that the kinetics is faster than in wet foams at short times. Yet the transport of the particles and the continuous phase is hampered leading to a slower kinetics at longer times. These results will guide the design and handling of reactive foams when used as chemical reactors
Formation de film homogène par coalescence de gouttes
No full textNumerous industrial processes are used to apply liquid coatings provinding surface protection or functionalisation. In this dissertation, we are interested in droplet deposition methods such as spray or inkjet printing. In partial wetting conditions, a continuous liquid film is obtained from droplet deposition through a succession of distinct coalescence events, from the most elementary coalescence of two droplets to the merging of extended clusters. To understand the physical mechanisms, we carried out model coalescence experiments in partial wetting, for a small number of drops of controlled volume and position. With this aim, we first built an experimental set-up enabling drops to be formed and deposited with good control over their volume and position. The experiment was automated using a refurbished 3D printer as a robotic arm. This enabled us to carry out model experiments and to identify the important parameters that influence the coalescence dynamics. The study of the coalescence of two drops puts in evidence the importance of the wetting conditions. The final geometry after coalescence depends crucially on the extension of its contact angle hysteresis. It can indeed lead to a pinning of the con tact line and prevent receding after coalescence. Thus the final geometry depends on the value of the hysteresis as well as the experimental parameters. During coalescence, a liquid bridge forms between the drops. Its width follows a two-stage dynamics with a first power-law regime followed by an exponential relaxation to the final state. The relaxation time is proportional to drop size and also depends on wetting. We have also shown that asymmetry favours the withdrawal of liquid after coalescence. In the coalescence of two drops of different volumes, the smaller drop is at least partially absorbed by the larger drop. The coalescence dynamics is then faster than in the symmetrical case and the asymmetry is preserved in the final drop geometry. Moreover, the addition of a third drop may cause the liquid to recede, depending on the size of the drops and the distance separating them. Finally, we investigate an applied case closer to industrial deposits by studying the dynamics and final geometry of the coalescence of a network of drops. The coalescence events as well as various geometrical charactéristics of the drop pattern are tracked using a code that we developed.De nombreux procédés industriels permettent le dépôt par voie liquide de revêtement qui peuvent protéger ou fonctionaliser des surfaces. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux méthodes de dépôt sous forme de gouttes comme le spray ou l'impression jet d'encre. En mouillage partiel, l'obtention d'un film liquide continu à partir de de gouttes se fait par une succession d'événements de coalescence, de l'événement le plus élémentaire avec la coalescence de deux gouttes jusqu'à la fusion d'amas étendus. Pour comprendre les phénomènes impliqués, nous avons réalisé des expériences modèles de coalescence en mouillage partiel, pour un petit nombre de gouttes de volume et de position contrôlés. Pour cela nous avons tout d'abord mis en place un montage expérimental permettant de former et de déposer des gouttes avec un contrôle fin sur leur volume et leur position. Le montage expérimental a été automatisé en utilisant une imprimante 3D recyclée comme bras robotique. Nous avons donc pu réaliser des expériences modèles de coalescence et identifier les paramètres importants qui influencent le dépôt final. Ainsi, l'étude de la coalescence de deux gouttes a mis en lumière l'importance des conditions de mouillage et notamment de l'intensité de l'hystérésis d'angle de contact. En effet, l'existence d'une hystérésis peut bloquer le mouvement des lignes de contact et empêcher la rétraction du liquide après la coalescence. La géométrie finale dépendra alors de la valeur de l'hystérésis mais également des paramètres expérimentaux de l'expérience. Lors de la coalescence, un pont de liquide se forme entre les gouttes. Sa largeur suit une dynamique en deux temps avec d'abord un régime en puissance du temps puis une relaxation exponentielle jusqu'à l'état final. Le temps de relaxation est proportionnel à la taille des gouttes et dépend également du mouillage. Par ailleurs, nous avons montré que l'ajout d'asymétrie favorisait le retrait du liquide après coalescence. Dans ce cas, la petite goutte est absorbée, au moins partiellement, par la grosse. La dynamique de coalescence est alors plus rapide que dans le cas symétrique et l'asymétrie est conservée dans la géométrie de la goutte finale. De plus l'ajout d'une troisième goutte à la coalescence peut entraîner une rétraction du liquide en fonction de la taille des gouttes et de la distance les séparant. Enfin nous nous sommes intéressés à un cas appliqué plus proche des dépôts industriels en étudiant la dynamique et la géométrie finale de la coalescence d'un réseau de gouttes. Le suivi des événements de coalescence et de divers marqueurs géométriques du motif déposé est assuré par un code d'analyse d'image que nous avons développé
Gelation effects on the spreading of non-Newtonian drops impacting a reactive liquid
No full textInternational audienceWe report in this experimental and numerical study effects of gelation on the early-time spreading (<10 ms) of millimetric non-Newtonian drops of biopolymer and particle suspensions impacting a Newtonian liquid containing reactive compounds. Our analyses are initially conducted through experiments by considering a variety of biopolymer and gelling compound concentrations, and impact velocities. The experimental results are then compared to three-dimensional numerical simulations based on a variational multiscale approach, which focuses on the impact of simple viscoplastic drops on a liquid bath in the absence of gelation (non-reactive liquid). These comparisons enable the development of theoretical arguments that emphasise relevant gelation effects on the drop's maximum spreading
Antisolvent‐Free Dual‐Anion Regulation for High‐Efficient Sn‐Pb and All‐perovskite Tandem Solar Cells
No full textInternational audienceMixed tin‐lead (Sn‐Pb) perovskites are integral to all‐perovskite tandem solar cells (TSCs), offering significant potential to surpass the theoretical efficiency limits of single‐junction solar cells. However, the rapid crystallization of Sn‐Pb perovskite thin films and the propensity of Sn 2+ to oxidize into Sn 4+ remain critical challenges, hindering device performance and stability. Herein, it is demonstrated that a multifunctional dual‐anion synergistic regulation strategy to fabricate high‐quality MA‐free Cs 0.1 FA 0.9 Pb 0.5 Sn 0.5 I 3 perovskite thin films with superior morphology and crystallinity via a simplified antisolvent‐free spin‐coating process. Acetate anions (Ac − ) derived from formamidinium acetate (FAAc) effectively regulate crystallization kinetics and mitigate Sn 2+ oxidation via intermediate phase formation and anion exchange process. Simultaneously, the combination of Ac − and thiocyanate anions (SCN − ) from guanidinium thiocyanate (GuaSCN) promotes larger crystal grain growth and stabilizes Sn 2+ via strong coordination interactions. The dual‐anion strategy effectively minimizes grain boundaries, suppresses non‐radiative recombination, and optimizes the energy level alignment at interfaces. As a result, the champion single‐junction Sn‐Pb perovskite solar cell (PSC) achieves an impressive power conversion efficiency (PCE) of 23.26%, setting a new benchmark for Sn‐Pb PSCs fabricated without antisolvent. While all‐perovskite TSCs reach 28.07% efficiency with remarkable operational stability, retaining 81% of initial performance after 600 h under maximum power point tracking
Adaptive Optics Rolling Slit Ophthalmoscope: Combining cellular-resolution, high-speed and large field-of-view in a multimodal retinal imager
No full textAbstract Label-free optical imaging systems capable of monitoring dynamic biological processes over a large field-of-view (FOV) are essential for advancing our understanding of retinal and neurovascular health. However, existing imaging modalities often involve trade-offs between spatial resolution, contrast, FOV, and frame rate. In this study, we present the Adaptive Optics Rolling Slit Ophthalmoscope (AO-RSO), a novel imaging system that integrates the high-speed, wide-FOV capabilities of camera-based systems with the enhanced contrast and multimodal functionality of point-scanning techniques—without compromising resolution or speed. The AO-RSO utilizes line illumination synchronized with the rolling shutter of a high-speed sCMOS camera, enabling precise and dynamic spatial selection of detected photons: back-scattered photons for near-confocal bright-field imaging and forward-scattered photons for phase-contrast imaging of translucent retinal features. This system successfully visualizes diverse retinal structures, including cone and rod photoreceptors, nerve fiber bundles, red blood cells, vessel walls, and ganglion cells, across a wide retinal area (4.5°× 2.5°). With a large FOV and frame rates up to 200 Hz, the AO-RSO enables the quantification of blood flow, tracking of red blood cells within hundreds of capillaries, and evaluation of thousands of photoreceptors in the living human retina. This capability opens new opportunities for functional neuronal imaging, neurovascular coupling studies, and the early detection of retinal and neurodegenerative diseases
Photoluminescence Enhancement at Telecom Wavelengths from PbS/CdS Quantum Dots coupled to a Plasmonic Crescent Metasurface
No full textInternational audienceEfficient near-infrared (NIR) light sources are essential for a wide range of applications such as telecommunications, optoelectronic devices, biomedical sciences, infrared imaging, and machine vision. Colloidal quantum dots (QDs) have emerged as a promising platform for NIR technologies due to their tunable optical properties across the NIR spectrum, compatibility with silicon-based technology infrastructure, and ease of large-scale integration into nanophotonic systems. Coupling colloidal QDs with plasmonic structures provides an enhanced control over their optical properties. In this work, we investigate the coupling of a gold plasmonic crescent metasurface with NIR-emitting colloidal PbS/CdS QDs, at the telecommunication wavelength of 1.55 μm. The metasurface was specifically designed to allow for the selective excitation photoluminescence (PL) enhancement with polarization control, capitalizing on the anisotropic nature of the plasmonic crescents. Maximum PL enhancement factors of 1.6 were observed, with a strong dependence on the excitation wavelength and polarization. These findings, supported by full-wave three-dimensional finite-difference-time-domain (FDTD) numerical simulations, offer strategies to control and optimize the performance of colloidal QD-based NIR light sources for a wide range of applications.</div
Effet du flux et du confinement sur les auto-assemblages hydro-élastiques
No full textWhile static elasto-capillary structures have been experimentally and theoretically well studied, the path towards equilibrium is less well understood. Yet a better understanding of the self-assembling dynamics of such structures could help modelling more complex industry-oriented systems such as the rheology of reinforced materials or biology-oriented like the self-assembly of the mitotic spindle. In this thesis, the impact of flow and confinment on fluid/fibres self-assembly in microfluidic chips is demonstrated. We first present a method of producing well-controlled slender ribbons by photoextrusion at microscale. A modelling to compute their expected length as a function of the exposure time is also presented. To do so, the pressure drop and flow rate induced by the presence of a moving fibre in a highly confined geometry was approximated. The combination of a hydro-electric analogy with Newton’s law allowed to compute the extrusion length as a function of the exposure time and the imposed pressures in the system. The experiments and our theoretical predictions showed a good agreement. In a second part we present a phenomenon that arises in droplet/fibre pairs in the presence of surrounding flow. It is shown that a fibre partially attached to a confined and moving droplet will retract parallel to the surrounding flow. The retraction velocity can be estimated by considering the dissipations induced by the capillary retraction in both the carrier and the dispersed phase. The results of the model show that the retraction dynamics critically depends on whether the fibre retracts in the direction of the surrounding flow in spite of sharing the same physics. In an extended perspective, a chapter concerning a microfluidic, fibre buckling instability is presented. Specifically, a slender ribbon of very high aspect ratio extruded in a confined microfluidic stable jet. Strikingly, a plethora of buckling modes are presented. These modes depend on the width of the jet, the bending and capillary restoring forces as well as the viscous friction along the fibre.Tandis que l’équilibre des structures élasto-capillaires a été expérimentalement et théoriquement bien étudié, le chemin vers cet état d’équilibre est moins connu. Cependant, une meilleure compréhension de l’auto-assemblage dynamique de telles structures permettrait de modéliser des systèmes plus complexes orientés vers l’industrie comme la rhéologie de matériaux renforcés, ou orientés vers la biologie comme l’auto-assemblage du fuseau mitotique. Dans cette thèse, nous présentons les effets du flux et du confinement sur les auto-assemblages fluide/fibre dans des puces microfluidiques. Dans un premier temps, nous présentons une manière de produire par photo-extrusion de minces rubans de géométrie contrôlée à l’échelle micrométrique ainsi que le modèle permettant d’estimer la longueur d’extrusion en fonction du temps d’exposition. Pour réaliser cela nous avons estimé la chute de pression ainsi que le débit de fluide induits par la présence d’une fibre en mouvement dans une géométrie à haut degré de confinement. Nous avons ensuite utilisé une analogie hydro-électrique combinée aux lois de Newton pour calculer la longueur d’extrusion du ruban en fonction du temps d’exposition et des pressions imposées dans le système. Nos prédictions théoriques représentent fidèlement nos mesures expérimentales. Dans une deuxième partie, nous présentons un phénomène qui émerge dans des paires goutte/fibre en présence d’un flux environnant. Nous montrons qu’une fibre partiellement immergée dans une goutte confinée en mouvement se rétracte à l’intérieur de la goutte parallèlement au flux environnant. La vitesse de rétraction peut être estimée en considérant les dissipations présentes dans les phases continue et disperse. De plus, nous montrons que la dynamique de rétraction est différente en fonction du sens de rétraction de la fibre comparativement à la direction du flux environnant, bien que la physique soit la même. Dans une perspective étendue, nous présentons nos travaux sur le flambage d’une fibre dans une puce microfluidique. Plus précisément, un mince ruban de grand rapport d’aspect est extrudé dans un jet microfluidique stable. Une grande variété de modes de flambage dépendant de la largeur du jet, de la restauration induite par les efforts de flexion et capillaires ainsi que des frottements visqueux le long du ruban est présentée
A CTCF-dependent mechanism underlies the Hox timer: relation to a segmented body plan
No full textInternational audienceDuring gastrulation, Hox genes are activated in a timesequence that follows the order of the genes along their clusters. This property, which is observed in all animals that develop following a progressive rostral-to-caudal morphogenesis, is associated with changes in the chromatin structure and epigenetic profiles of Hox clusters, suggesting a process at least partly based on sequential gene accessibility. Here, we discuss recent work on this issue, as well as a possible mechanism based on the surprising conservation in both the distribution and orientation of CTCF sites inside vertebrate Hox clusters
Enduits en terre crue : vers une durabilité accrue par la synergie entre biopolymères et ammoniums
No full textInternational audienceLes constructions en terre crue, performantes du fait de leur durabilité et de leur faible impact écologique, sont vulnérables aux dommages causés par l'eau. Les biopolymères, tels que les polysaccharides et les protéines, sont prometteurs en tant qu'additifs verts pour renforcer ces matériaux, mais leur efficacité face à l’eau reste inégale. Parallèlement, des recherches récentes ont porté sur l’utilisation de composés cationiques aminés, montrant leur efficacité pour inhiber le gonflement des argiles et améliorer leur résistance aux variations hygrométriques.Notre recherche explore la synergie entre polymères et ammoniums pour formuler des enduits biocompatibles améliorant la stabilité des constructions en terre crue. L’impact du chitosane, de la polyéthylèneimine, ainsi que des alkyl-α,ω-diamines, a été évalué sur la montmorillonite, une argile gonflante. Les effets sur le gonflement cristallin (variations de l'espace interfoliaire), l’affinité pour l’eau et les changements volumétriques ont été analysés par diffraction des rayons X et par gravimétrie d’adsorption de vapeur d’eau (DVS). Les résultats montrent l’efficacité à la fois des polymères et des ammoniums pour limiter le retrait lors du séchage, et la quantité d'eau sorbée en conditions contrôlées d’humidité