Nage bactérienne et émergence de mouvements collectifs

par Pierre-Henri Delville

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Carine Douarche et de Éric Clément.

Soutenue le 14-09-2021

à université Paris-Saclay , dans le cadre de Physique en Ile de France , en partenariat avec Faculté des sciences d'Orsay (référent) et de Laboratoire de physique des solides (Orsay, Essonne) (laboratoire) .

Le président du jury était Sergio Chibbaro.

Le jury était composé de Damien Faivre, Franck Plouraboué, Fernando Peruani.

Les rapporteurs étaient Damien Faivre, Franck Plouraboué.


  • Résumé

    La présence de bactéries modifie les propriétés physiques d’un liquide d’une manière qui dépend à la fois de la forme des nageurs, de leur façon de nager et de la concentration de la suspension. Confinées dans un canal, les bactéries Escherichia coli peuvent s’organiser collectivement sous certaines conditions. En regardant ces bactéries évoluer dans des canaux confinés très longs et très larges mais de différentes hauteurs, on a pu voir l’apparition de structures collectives dont la taille est équivalente à la plus petite taille de confinement de la cellule micro fluidique. En mesurant des champs de vitesses par PIV, on peut à l’aide de fonctions de corrélation mesurer des longueurs et des temps de corrélation caractérisant ces structures. Cela nous permet de voir que ces mouvements collectifs ont une dynamique très changeante à temps court et ont tendance à ralentir avec la durée de l’expérience. Ils persistent sur une durée très longue qui peut aller jusqu’à plusieurs heures, même dans un milieu minimal. La transition aux mouvements collectifs dépend à la fois de la concentration, de la hauteur du canal et de la durée de l’expérience. Ces mouvements modifient également la réponse rhéologique de la suspension. Des bactéries magnétotactiques micro-aérophiles comme Magnetospirillum griphyswaldense ont une influence claire sur la rhéologie d’une suspension même faiblement concentrée. En fonction des conditions d’oxygénation de la suspension, la réponse rhéologique diffère en raison de la micro-aérophilie de ces bactéries. En utilisant un rhéomètre en Y fait en PDMS, on peut mesurer la viscosité relative d’une suspension de bactéries magnétotactiques par rapport au liquide sans bactérie. Les résultats caractéristiques d'un fluide non Newtonien, dépendent fortement des gradients d’oxygène à l’intérieur de la cellule micro fluidique où suivant les conditions d’oxygénation, un comportement rhéoépaississant ou rhéofluidifiant peut être mesuré.

  • Titre traduit

    Bacteria swimming and the emergence of collective effects


  • Résumé

    The presence of bacteria alters the physical properties of a liquid in a way that depends on both the shape of the swimmers, the way they swim and the concentration of the suspension. Confined in a channel, the bacteria Escherichia coli can organize themselves collectively under certain conditions. By watching these bacteria evolve in very long and wide confined channels of different heights, we could see the appearance of collective structures whose size is equivalent to the smallest confinement size of the micro fluidic cell. By measuring velocity fields by PIV, we can use correlation functions to measure the correlation lengths and times characterizing these structures. This allows us to see that these collective motions have a very changing dynamics at short time and tend to slow down with the duration of the experiment. They persist for a very long time, up to several hours, even in a minimal environment. The transition to collective movements depends on both the concentration, the height of the channel and the duration of the experiment. These motions also change the rheological response of the suspension. Micro-aerophilic magnetotactic bacteria such as Magnetospirillum griphyswaldense have a clear influence on the rheology of a suspension, even a low concentration. Depending on the oxygenation conditions of the suspension, the rheological response differs due to the micro-aerophilicity of these bacteria. Using a Y- shaped rheometer made of PDMS, one can measure the relative viscosity of a suspension of magnetotactic bacteria compared to the liquid without bacteria. The results, characteristic of non-Newtonian fluid, depend strongly on the oxygen gradients inside the microfluidic cell where depending on the oxygenation conditions, a rheothickening or rheofluidizing behavior can be measured.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Saclay. DiBISO. Bibliothèque électronique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.