Study of the diffusion, rheology and microrheology of complex mixtures of bacteria and particles under flow confined in thin channels

par Gastón Leonardo Miño

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Eric Clément.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .

  • Titre traduit

    Diffusion, rehology et microrehology de suspension des fluides actifs bactériens confinées dans des dispositifs microfluidiques


  • Résumé

    Trois études des problem de transport des suspensions actives sont presente. En premier lieu, j’ai étudié l’activation du mouvement Brownien de particules passives dans une suspension de bactéries, près d’une surface. En utilisant diverses solutions et diverses conditions expérimentales permettant de changer les conditions de nage des bactéries et le confinement, j’ai montré que la diffusivité des traceurs passifs augmente linéairement avec ce que j’ai défini comme le flux actif de la suspension (concentration de nageurs actifs multipliée par leur vitesse moyenne de nage). De manière générale, le confinement entre deux parois, montre un meilleur transfert de la quantité de mouvement. La utilization des nageurs artificiels produit des résultats identiques. Deuxièmement, j’ai étudie la modification de la viscosité d’un fluide produite par la présence d’entités autopropulsées. Le manque des résultats expérimentaux qui montre l'effet de reduction de viscosite au sein d’une suspension, nous a poussé à fabriquer un rhéomètre microfluidique en forme d’Y pour étudier la rhéologique d’une suspension d’E. Coli. Des résultats préliminaires révèlent un comportement non Newtonien de la suspension avec une baisse de viscosité du liquide aux faibles taux de cisaillement et fractions volumiques. Troisièmement, j’ai étudié les effets de dispersion et de transport de solutions E. Coli dans un micro canal rectangulaire possédant une constriction en son centre. Ici, les interactions avec les parois ainsi que la géométrie du canal jouent un rôle essentiel sur les propriétés de transport. Montrentune re-concentration après la constriction et que cet effet est contrôlé par l’écoulement même.


  • Résumé

    In my thesis, I studied three problems involving E. Coli bacterial suspensions. Firstly, I focused on the Brownian motion of passive tracers in this particular active suspension close to a surface. Buoyancy and non-buoyancy swimming solutions were tested, revealing a linear increase of the passive tracer diffusion with the "active flux", obtained by the active concentration of bacteria multiplied by the mean velocity. Boundary confinements were also explored in buoyancy conditions, showing a better momentum transfer of the active bacteria as the height of the confinement gets smaller. The use of artificial swimmers also leads to similar results in the enhancement of the diffusion. Secondly, I considered the modification of the fluid viscosity caused by the presence of these self-propelling entities. It is known that for pusher swimmers as bacteria the viscosity can even be smaller than the suspending fluid. The lack of experimental result showing this effect in the bulk inspired us to build a Y shape micro-fluidic channel in order to study the rheology of wild type E-Coli suspension. Preliminary results show a non-Newtonian behaviour of active solution with a decrease of the liquid viscosity at low volume fractions and low shear rates. Thirdly, I proposed to address the question of dispersion and transport of E. Coli suspensions flowing in a micro-channel with a constriction. Here, in a confined environment the interactions with the boundaries and the geometry of the channels play an essential role. Surprisingly, my results show that the flow in a channel can produce a re-concentration of bacteria after passing through theand this can be controlled by the flow.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (115 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 111 - 115. Réf. bibliogr. 63

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  • Bibliothèque : Université Pierre et Marie Curie. Bibliothèque Universitaire Pierre et Marie Curie. Section Biologie-Chimie-Physique Recherche.
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  • Cote : T Paris 6 2012 038
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