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8 pages, 4 Figures, 1 Supplementary Material File; To mimic the mechanical response of passive biological cilia in complex fluids, we study the bending dynamics of an anchored elastic fiber submitted to a dilute granular suspension under shear. We show that the bending fluctuations of the fiber accurately encode minute variations of the granular suspension concentration. Indeed, besides the stationary bending induced by the continuous phase flow, the passage of each single particle induces an additional deflection. We demonstrate that the dominant particle/fiber interaction arises from direct contacts of the particles with the fiber and we propose a simple elastohydrodynamics model to predict their amplitude. Our results shed light on the extreme mechanical sensitivity of biological cilia to detect the presence of solid particles in their vicinity and bring a physical framework to describe their dynamics in particulate flows.

The tongue-palate system is able to detect fine texture variations in the mouth where the best rheometers are essentially blind. One hypothesis to explain this remarkable sensitivity is the presence of myriads of filiform papillae on the surface of the tongue and mechanoreceptors at their base. During this thesis, we developed a biomimetic approach reproducing the functioning of the oral cavity. The tongue is an elastomer block decorated with elongated cylinders assimilated to filiform papillae. It is placed on the bottom of the cell of a rheoscope, a combination of a rheometer and a microscope. The rotating rheometer tool plays the role of the rigid palate, and imposes the flow of the tested liquid. We have imaged while shearing simple fluids the deflection of a papilla and showed that it is proportional to the viscous stresses, in perfect agreement with a recent elastohydrodynamics model. We probed the deflection of a papilla in the presence of granular suspensions as models of food emulsions. We have shown that the presence of particles in the continuous phase slightly modifies the average deformation of a papilla, but strongly changes the standard deviation around this deformation, mainly because of particle/papilla collisions. Finally, we studied the effect of papillae interactions by varying their surface density. This deflection decreases with density. A phenomenological model that treats the papillae as an effective porous medium successfully describes our data across the entire density range., Le système langue-palais est capable de détecter de fines variations de texture en bouche là où le meilleur des rhéomètres est essentiellement aveugle. Une hypothèse pour expliquer cette remarquable sensibilité repose sur la présence de myriades de papilles filiformes sur la surface de la langue et de mécanorécepteurs à leur base. Pendant cette thèse, nous avons adopté une approche biomimétique reproduisant le fonctionnement de la cavité orale. La langue est un bloc d’élastomère décoré de cylindres assimilés à des papilles filiformes. Elle est placée sur une cellule de rhéoscope, combinaison d’un rhéomètre et d’un microscope. L’outil rotatif du rhéomètre joue le rôle du palais rigide, et impose l’écoulement du liquide testé. Nous avons imagé sous cisaillement de fluides simples la déflexion d’une papille et montré que celle-ci est proportionnelle aux contraintes visqueuses, en accord avec un modèle élastohydrodynamique récent. Nous avons sondé la déflexion d’une papille en présence de suspensions granulaires, modélisant des émulsions alimentaires. Nous avons montré que la présence de particules dans la phase continue modifie peu la déformation moyenne d’une papille, mais fortement son écart-type, surtout à cause des collisions particules/papille. Enfin, nous avons étudié l’effet des interactions entre papilles en variant leur densité surfacique. Cette déflexion diminue avec la densité. Un modèle phénoménologique, qui traite le tapis de papilles comme un milieu poreux effectif, décrit avec succès nos données sur toute la gamme de densité.