M. Thomas Steinmann

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thomas.steinmann@univ-tours.fr

Mon activité principale consiste à développer et gérer une plateforme d’écologie physique. Celle-ci est composée de plusieurs systèmes de vélocimétrie par imagerie de particules (PIV), d'un système d'anémométrie laser doppler (LDA), de systèmes d'anémométrie fil chaud (HWA), d'un système de vibrométrie doppler laser (LDV) et de caméras hautes vitesses. Nous avons récemment acquis un système de vélocimétrie par imagerie de particules tomographique (tomoPIV). C’est un appareillage novateur de mesure d’écoulements tridimensionnels par reconstruction tomographique. Cette technique de mesure volumétrique consiste à filmer, à l’aide de plusieurs caméras rapides, des particules ensemençant un écoulement. Ces particules sont éclairées par un laser très puissant. Après la reconstruction du volume de particules cette méthode nous permet de capturer des structures de flux complexes. Ces instruments sont appliqués à l’étude des mécanismes physiques de la vie des insectes. Ils permettent aussi bien la compréhension du fonctionnement de leurs organes sensoriels que la caractérisation des forces impliquées dans leur locomotion.

 

Les poils mécano-sensoriels des grillons
Les grillons détectent les courants d'air générés notamment lors de l'attaque de leurs prédateurs à l'aide de deux organes appelés "cerques", situés à l'arrière de leur abdomen et recouverts de poils mécano-sensoriels. Nous avons étudié le fonctionnement de ces poils sensoriels de grillons en adaptant des méthodes de mesures non intrusives de très grande précision tel que la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV). La couche limite oscillante dans laquelle évolue les poils a été visualisée et a servi à déterminer la réponse de poils modélisés par des systèmes oscillatoires du second ordre. Le couplage visqueux a été lui aussi caractérisé en adaptant la PIV à des mesures à très petites échelles sur des poils biomimétiques micro-electro-mécanique (MEMS). Les perturbations générées lors des attaques d'araignées, principales prédatrices des grillons, ont aussi été mésurées et nous ont aidé à valider leurs modélisations numériques en dynamique des fluides computationnelles (CFD)
 

La locomotion des Gerris

Les gerris, aussi communément appelés "araignées d’eau", du même sous ordre que les punaises, glissent aisément à la surface des étangs à l’aide de leurs pattes hydrophobes, en produisant sur leur passage une allée de petites vaguelettes. Parce qu'elles sont petites et légères, elles sont soumises à des forces que bon nombre d'animaux ne perçoivent pas, les forces capillaires dues à la tension de surface. L'établissement d’un bilan énergétique complet pour un écoulement en surface libre nécessite l'estimation couplée et simultanée de la topographie de l’interface et de la vitesse d'écoulement sous la surface libre. Nous avons développé une extension de la technique PIV / PTV tomographique (tomoPTV) qui permet de caractériser la topologie de la surface ainsi que la dynamique des tourbillons générés lors de la propulsion de ces insectes.

L'odorat des papillons, l'audition des drosophiles et des gendarmes

Ce plateau a aussi été utilisé pour caractériser les écoulements autour des antennes du papillon Samia cynthia et déterminer comment la morphologie particulière des antennes influence la perception des odeurs. Nos instruments nous ont permis de caractériser la structure de l'écoulement acoustique à très petite échelle autour des antennes de Drosophilia melanogaster ou encore la réponse harmonique des soies sensorielles de Pyrrochoris apterus, le gendarme.

Travaux sélectionnées

Steinmann, T., Cribellier A., Casas, J. (2021)  Singularity of the water strider propulsion mechanisms, Journal of Fluid Mechanics, in press

Steinmann, T., Casas, J., Braud, P., L David (2021) Coupled measurements of interface topography and three-dimensional velocity field of a free surface flow. Exp in Fluids, 62, 14

M. Jaffar-Bandjee, T. Steinmann, G. Krijnen, J. Casas (2020) Insect pectinate antennae maximize odor capture efficiency at intermediate flight speeds,  PNAS, 117 (45) 28126-28133

Jaffar-Bandjee M., Steinmann T., Krijnen G. and Casas J. (2020) Leakiness and flow capture ratio of insect pectinate antennae, J. R. Soc. Interface.1720190779

T Steinmann, J Casas, P Braud, L David (2019) Tomo-PTV measurement of a drop impact at air-water interface. 13th International Symposium on Particle Image Velocimetry – ISPIV 2019 - Munich, Germany.

R.K. Jaganatharaja, T. Steinmann, J. Casas and G.J.M. Krijnen (2019) Viscosity-mediated coupling between bio-inspired flow-sensitive. Springer Verlag

T Steinmann, M Arutkin, P Cochard, E Raphaël, J Casas, M Benzaquen (2018) Unsteady wave pattern generated by water striders - Journal of Fluid Mechanics

T. Steinmann & J. Casas (2017). The morphological heterogeneity of cricket flow-sensing hairs conveys the complex flow signature of predator attacks - Journal of The Royal Society Interface

H Droogendijk, J Casas, T.Steinmann, GJM Krijnen (2015) Performance assessment of bio-inspired systems: flow sensing MEMS hairs, Bioinspiration & biomimetics, 10 (1), 016001

J. Casas  & T.Steinmann (2014) Flow disturbances during attack explain variation in predator foraging modes, Proceedings of the royal society B, 281 (20141083).

T. Steinmann & J. Casas (2013). Laser-based methods for analyzing fluid flow sensing by organisms.  In Flow sensing in air and water, H. Bleckmann & J. Mogdans. Springer Verlag.

T.Steinmann, Casas J, Krijnen G, Dangles O (2006). Air-flow sensitive hairs: boundary layers in oscillatory flows around arthropod appendages. Journal of Experimental Biology.