Forces exercées par des milieux granulaires gonflants à l'aide de graines et de billes d'hydrogel

Le contexte

Les plantes ne possèdent pas de cœur pour assurer la circulation de leurs fluides internes, mais dépendent de deux mécanismes : la pression osmotique et l'évaporation. Ces deux mécanismes sont activement régulés respectivement par la production de solutés ou l'ouverture de sites d'évaporation. Les effets osmotiques entraînent des pressions de turgescence élevées, qui sont responsables du maintien de la forme des plantes non lignifiées. Nous nous intéressons ici à un aspect spécifique lié au transport de l'eau : la réhydratation des graines desséchées. Sous l'eau, les graines attirent l'eau par effet osmotique, ce qui entraîne une forte augmentation de leur volume et éventuellement de fortes pressions. Les graines de plantes agissent comme des éléments d'un type particulier de milieu granulaire, peu étudié dans la littérature : les milieux granulaires gonflants.

Objectifs

L'objectif principal du post-doctorat est de comprendre la physique de l'imbibition de ces milieux granulaires. Nous aborderons tout d'abord la dynamique temporelle de l'imbibition de graines/grains individuels dans l'eau, en utilisant des graines de pois chiches en raison de leur forme presque sphérique. Des coupes histologiques seront réalisées afin de comprendre quelles cellules gonflent. Ensuite, nous mesurerons les forces exercées par les grains lorsqu'ils sont hydratés dans des espaces confinés, par exemple entre deux plans, dans un tube ou dans une chambre. Les expériences préliminaires montrent des dizaines de bars de pression. Troisièmement, nous généraliserons ces résultats à différents types de graines végétales ou de matériaux hydrogels artificiels. Enfin, nous visons à utiliser ce milieu granulaire comme un milieu autonome pour exercer des pressions par simple imbibition, reproduisant ainsi le phénomène de pression de turgescence.

Le stage est principalement expérimental, mais implique également de la modélisation théorique.

Environnement

Le Laboratoire Interdisciplinaire de Physique est situé sur le campus de Grenoble, en France.

Encadrement

L'étudiant travaillera en équipe avec Philippe Marmottant (physique des plantes) comme directeur de stage, en collaboration avec Catherine Quilliet (modélisation), Olivier Stephan (fabrication 3D, hydrogels) et Pierre Recho (théorie des milieux poreux).

Collaboration

Le travail proposé sera mené en collaboration avec des chercheurs en biologie afin d'approfondir la signification physiologique des résultats et de produire des observations anatomiques.