Thèse Agrégation des Globules Rouges et Rhéologie Sanguine Cinétique Mécanique et Approches Microfluidiques H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : PHYS - Physique
Laboratoire de recherche : Laboratoire Rhéologie et Procédés
Direction de la thèse : Thomas PODGORSKI ORCID 0000000164699170
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-08T23:59:59

Le sujet s'articule autour de l'étude des mécanismes d'agrégation des globules rouges (GR) et de leur impact sur la rhéologie sanguine, en intégrant les dimensions clinique et spatiale des applications. Les globules rouges, cellules déformables transportant l'oxygène, présentent une agrégation réversible médiée par des protéines plasmatiques comme le fibrinogène, particulièrement significative dans les zones de faible cisaillement ou de stagnation. Cette agrégation, négligeable dans la circulation macroscopique normale, devient critique dans la microcirculation, dans des contextes pathologiques (sténoses, insuffisance veineuse) ou en microgravité, où des phénomènes de stagnation et d'inversion de flux ont été observés chez les astronautes, augmentant le risque thrombotique.
Les objectifs principaux de cette visent à caractériser la dynamique d'agglomération et de rupture des agrégats dans des configurations microfluidiques représentatives de la microcirculation (cisaillement, élongationnel, bifurcations), en lien avec les propriétés mécaniques des GR (déformabilité, rigidité) et les conditions hydrodynamiques, ainsi que les conséquences de cette agrégation sur la dynamique d'écoulement en réseau capillaire. A plus grande échelle, il s'intéresse aux corrélations entre microstructure des suspensions et rhéologie en conditions transitoires (débit variable, stagnation, inversion de flux), afin de comprendre comment la taille, la connectivité et la morphologie des agrégats influencent la viscosité apparente du sang et les échelles de temps associées. Une part des travaux vise à évaluer l'impact du vol spatial sur ces processus, mais également à utiliser les moyens d'accès à la microgravité via les plateformes du CNES et de l'ESA (projet KRABS) où l'absence de sédimentation permet d'étudier les phénomènes dynamiques plus finement.

La thèse repose sur le développement de dispositifs microfluidiques adaptés, couplé à des techniques optiques avancées (microscopie holographique numérique, diffusion de lumière) et à des méthodes d'analyse d'images par intelligence artificielle pour quantifier la microstructure et la cinétique des agrégats. Une partie des développements expérimentaux sera réalisée en collaboration avec des cliniciens du CHU Grenoble Alpes pour ancrer les résultats dans un contexte diagnostique, tandis qu'une approche interdisciplinaire avec le laboratoire CREST (ULB) renforcera la dimension internationale du projet.

Le projet vise à améliorer la compréhension fondamentale des liens entre mécanique cellulaire et rhéologie sanguine, tout en fournissant des données expérimentales de référence pour valider des modèles théoriques ou numériques de rhéologie sanguine. Les résultats pourraient contribuer à l'identification de marqueurs physiopathologiques liés à l'agglomération des GR ou leurs propriétés mécaniques, ouvrant des perspectives pour des outils de diagnostic clinique ou des évaluations de risques physiologiques en milieu spatial. En outre, les développements microfluidiques et les techniques d'analyse pourront trouver des applications dans le domaine médical ou biomédical.

Cette thèse s'inscrit dans l'axe « Rhéologie pour le Vivant » du Laboratoire Rhéologie et Procédés (LRP, CNRS/Grenoble INP) et bénéficie d'un soutien financier du CNES pour les aspects expérimentaux au laboratoire et en microgravité. Le projet s'appuie également sur des collaborations nationales et internationales (ULB, CHU Grenoble Alpes)

Les globules rouges, principaux composants cellulaires du sang (40 à 50 % du volume sanguin), assurent le transport de l'oxygène grâce à une membrane déformable enfermant une solution d'hémoglobine visqueuse. Leur déformabilité est essentielle pour leur passage dans les fins capillaires de la microcirculation, et peut être altérée par des pathologies (diabète, drépanocytose, etc.). Par ailleurs, leur comportement en écoulement est fortement influencé par l'agrégation réversible des globules rouges, un phénomène médié par les protéines plasmatiques comme le fibrinogène. Cette agrégation combinée aux variations de déformabilité des globules rouges est significative dans la microcirculation où elle influence la distribution des globules rouges dans les réseaux capillaires, ainsi que dans les zones de quasi-stagnation ou de faible cisaillement, où elle augmente la viscosité apparente du sang jusqu'à deux ordres de grandeur. Ces conditions sont rencontrées dans certaines pathologies (sténoses, insuffisance veineuse) ou lors de vols spatiaux : des mesures réalisées chez les astronautes(Marshall-Goebel et al., 2019) ont révélé des cas de stagnation et d'inversion du flux veineux jugulaire, phénomènes associés à un risque accru de thrombose. Ces phénomènes soulèvent des questions majeures sur la cinétique de formation et de rupture des agrégats, et sur leur impact sur la rhéologie sanguine dans des écoulements complexes et transitoires.
Les expériences menées par l'équipe d'accueil visent à quantifier l'influence de l'agrégation sur la microcirculation et à développer des outils innovants pour étudier la déformabilité cellulaire et l'agrégabilité des globules rouges, avec un double objectif : éclairer les mécanismes physiopathologiques et ouvrir des pistes de diagnostic clinique en collaboration avec des cliniciens du CHU Grenoble Alpes. Par ailleurs, l'intérêt de ce sujet pour la compréhension des altérations de la circulation sanguine en microgravité a permis un soutien actif du CNES et de l'ESA, notamment à travers l'accès à des plateformes d'expérimentation en microgravité (vols paraboliques et fusée-sonde). Ces travaux s'inscrivent également dans le cadre d'une collaboration internationale avec le laboratoire CREST de l'ULB, renforçant la dimension interdisciplinaire et appliquée du projet.

Les travaux de thèse s'articuleront autour de plusieurs objectifs principaux :
-Étudier la formation et la rupture d'agrégats de globules rouges dans des configurations d'écoulement représentatives de la microcirculation (cisaillement, élongationnel, bifurcations), en lien avec les propriétés mécaniques des cellules et les conditions hydrodynamiques.
-Caractériser la rhéologie en conditions transitoires (débit variable, stagnation, inversion de flux) et établir des corrélations avec la microstructure des suspensions (taille des agrégats, connectivité, seuil de contrainte).
-Analyser l'influence des propriétés mécaniques des globules rouges (déformabilité, rigidité) - altérées par des pathologies - sur l'agglomération, la dynamique des agrégats et la réponse rhéologique globale.
Pour cela, les développements expérimentaux et méthodologiques s'organiseront autour de :
-La conception et l'optimisation de dispositifs microfluidiques adaptés à la microcirculation et aux régimes transitoires.
-L'implémentation de techniques optiques avancées (microscopie holographique numérique, diffusion de lumière) et de méthodes d'analyse d'images (machine learning) pour sonder la microstructure et la cinétique des agrégats.
-La réalisation d'expériences en microgravité (vols paraboliques, fusées-sondes) en collaboration avec le CNES et l'ESA, afin d'étudier les mécanismes d'agglomération dans des conditions où la sédimentation est supprimée.
-Une approche interdisciplinaire intégrant des collaborations avec des cliniciens du CHU Grenoble Alpes et le laboratoire CREST (ULB) pour l'analyse des données et l'interprétation physiopathologique.

Diplômé(e) d'un Master 2, d'une école d'ingénieur ou d'un diplôme équivalent (Bac +5) en matière molle, physique ou mécanique des fluides, biomécanique ou bioingénierie, le/la candidat(e) justifiera d'une forte appétence pour le travail expérimental. Il sera attendu par le/la candidat(e) de s'insérer et travailler au sein d'une équipe interdisciplinaire allant de la physique de la matière molle et vivante à la rhéologie et d'en maîtriser diverses techniques. Des compétences ou une expérience en (micro)fluidique, microscopie, instrumentation et traitement d'images et de données seront des atouts supplémentaires, tout comme un bon niveau écrit et oral en langue anglaise.