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Sciences

Expérience SepTech

L'expérience SepTech a eu lieu en 1998 dans le cadre de la mission STS-95. Dirigée par le professeur Donald Brooks de l'Université de la Colombie-Britannique, l'expérience Septech avait pour but d'améliorer l'efficacité de la séparation des phases, technique largement employée pour diviser les divers types de cellules vivantes, dont les cellules cancéreuses. L'expérience Septech visait à mesurer la répartition de particules de latex dérivatisées dans des mélanges de solutions aqueuses séparés en phases; les solutions de polymères incompatibles étaient mélangées dans la région biphasée du diagramme de phases.

La méthode de la séparation des phases permet de diviser les cellules à l'aide de deux liquides qui ne se dissolvent pas l'un dans l'autre. Après avoir été mélangés avec un échantillon de cellules biologiques, les deux liquides se séparent généralement en deux « phases » (tout comme la vinaigrette faite d'huile et de vinaigre se sépare, l'huile flottant au-dessus du vinaigre). Les cellules se séparent en divers types parce que certaines d'entre elles demeurent dans l'une des phases, tandis que les autres demeurent dans la seconde. Sur Terre, lorsqu'on agite des mélanges de cellules avec le système à deux phases et qu'on laisse se séparer les cellules entre la phase supérieure et la phase inférieure, on observe qu'au moment où les phases se déposent et baignent l'une dans l'autre, certaines des cellules quittent leur phase de prédilection, ce qui réduit le rendement de la séparation à la fin de l'expérience. On estime que cette perte d'efficacité est causée par les forces de nature gravitationnelle qui agissent sur les cellules au moment où les deux phases se déposent et baignent l'une dans l'autre. Mener de telles expériences dans un environnement de microgravité permet d'isoler les forces de nature autre que gravitationnelle et, par le fait même, de bien comprendre le phénomène de séparation des phases.

L'expérience a été réalisée dans l'appareil de séparations avancées (ADSEP), mis au point par la société Space Hardware Optimization Technology (SHOT) de l'Indiana. L'équipement comprenait 22 caissons prévus pour autant d'expériences individuelles. Des systèmes à deux phases contenant des cellules « modèles » de plastique ont été déposés dans chaque caisson. Une fois en orbite, on a mélangé les échantillons et on les a laissés se séparer. Par la suite, les phases ont été isolées. De retour sur Terre, les échantillons ont pu être analysés.

Déroulement de l'expérience

Les travaux réalisés sur Terre indiquent que l'incidence de l'angle de contact entre les particules et l'interface des phases sur le coefficient de séparation n'est pas aussi forte que ne le prédisait un modèle thermodynamique du processus. Ce phénomène est probablement attribuable aux effets stochastiques des débits commandés par la poussée hydrostatique sur la répartition des particules à mesure que les phases se séparent à la suite d'un brassage mécanique. Une réduction de l'effet de la pesanteur élimine en principe cette interférence. La localisation des phases en microgravité dépend des matières utilisées dans les deux moitiés du contenant mouillées par les phases. L'équilibre est atteint lorsque la séparation des phases est complétée, c'est-à-dire quand les deux phases mouillent chacune leur moitié du contenant et qu'elles sont séparées par une interface plate.

Résultats

L'expérience de séparation effectuée lors de la mission STS-95 dans la charge utile ADSEP a démontré que, pour la première fois, la phase de démixtion en condition de microgravité peut être isolée en contrôlant la mouillabilité des surfaces des deux moitiés des contenants. L'analyse des expériences comparées à d'autres effectuées au sol démontrent que :

• dans pratiquement tous les contenants, les phases se sont séparées tel que prévu en fonction de la différence de mouillabilité en surface;

• en moyenne, les distributions de particules observées diffèrent de manière significative des expériences faites au sol.

L'interprétation des distributions de particules est confondue par l'incertitude lorsqu'il s'agit de savoir lequel des contenants se mélange, puisqu'on a découvert, en analysant l'unité, que plusieurs contenants ne se sont pas mélangés dans l'espace. Si l'on se base sur les contenants qui ont démontré un brassage après le vol, la séparation dans les interfaces en microgravité était beaucoup plus grande qu'au sol, tel que l'avait prédit l'équilibre thermodynamique.