L'hydrodynamique de l'interaction symbiotique plantes - bactéries

par Julien Bouvard

Projet de thèse en Mécanique des fluides

Sous la direction de Harold Auradou et de Frederic Moisy.

Thèses en préparation à Paris Saclay , dans le cadre de Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux, géosciences , en partenariat avec Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques (laboratoire) et de Université Paris-Sud (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Les travaux de thèse seront réalisés principalement au laboratoire FAST, qui développe une activité expérimentale autour de la microfluidique et des suspensions bactériennes depuis plusieurs années [Clément 2016, Creppy 2018], en collaboration étroite avec le département de microbiologie de l'I2BC. Cette thèse sera organisée en trois tâches : 1. Motilité de bactéries Sinorhizobia dans une cellule microfluidique – Cette première étape vise à caractériser les propriétés de nage des bactéries avec ou sans effet chimiotactique (orientation de la nage selon des gradients de concentration). Pour cela, un système proche de celui développé récemment au FAST pour les bactéries E. coli sera utilisé. Les quantités clefs ici seront les statistiques de vitesse et de réorientation au voisinage des parois, obtenues par traitement d'images (particle tracking) en fonction de l'écoulement imposé et de gradients chimiques (oxygène par exemple). 2. Croissance de racines dans une cellule microfluidique – Le suivi par microscopie de la croissance des racines avec environnement bactérien est délicat par l'environnement opaque des sols. De plus, la grande gamme d'échelles (près de 3 ordres de grandeur) entre racines et bactéries rend l'acquisition d'images très délicate. Des progrès importants réalisés ces dernières années [Grossmann 2011, Massalha 2017] ouvrent la voie à de telles études. L'objectif ici consiste à développer une cellule microfluidique constituée d'un canal (100-200 µm de large, 1 cm de long), permettant la croissance de racines en environnement contrôlé avec la possibilité d'injections locales contrôlées de fluide. Ces cellules seront développées grâce aux installations en salle blanche de l'I2BC ou du C2N, avec qui le FAST a une collaboration. 3. Expériences de colonisation de racines par les bactéries - l'objectif final de cette thèse sera abordé dans cette dernière partie. Ces expériences seront réalisées avec des souches motiles et non motiles, et sensibles ou non aux gradients chimiotactiques. Ces différentes souches génétiquement modifiées sont déjà disponibles à l'I2BC, ou bien peuvent être produites sur demande en fonction des spécificités requises. Dans cette partie, des mesures d'écoulement par vélocimétrie par images de particules (PIV) seront réalisées, afin de caractériser le pompage induit par évapotranspiration – à notre connaissance, de telles mesures n'ont jamais été effectuées. Un paramètre clef ici est celui de la saturation en eau du milieu : En milieu non saturé, des écoulements de surface induits par gradients de composés tensioactifs peuvent grandement influencer le transport des bactéries.

  • Titre traduit

    Hydrodynamic transport of rhizobium bacteria in soil


  • Résumé

    The PhD work will be carried out mainly in the FAST laboratory, which has developed an experimental activity around microfluidics and bacterial suspensions [Clément 2016, Creppy 2018], in close collaboration with the microbiology department of I2BC. This thesis will be organized in three tasks: 1. Motility of Sinorhizobia bacteria in a microfluidic cell - This first step aims to characterize the swimming properties of bacteria with or without chemotactic effect (orientation of swimming according to concentration gradients). For this, a system similar to that recently developed at FAST for E. coli bacteria will be used. The key quantities here will be the speed and reorientation statistics near the walls, obtained by particle tracking according to the imposed flow and chemical gradients (oxygen for example). 2. Growth of roots in a microfluidic cell - Microscopic monitoring of root growth with a bacterial environment is delicate by the opaque soil environment. In addition, the wide range of scales (almost 3 orders of magnitude) between roots and bacteria makes the acquisition of images very delicate. Important progress made in recent years [Grossmann 2011, Massalha 2017] paves the way for such studies. The objective here is to develop a microfluidic cell consisting of a channel (100-200 μm wide, 1 cm long), allowing root growth in a controlled environment with the possibility of controlled local fluid injection. These cells will be developed thanks to the I2BC or C2N clean room facilities, with which FAST has a collaboration. 3. Experiments with root colonization by bacteria - the final objective of this thesis will be addressed in this last part. These experiments will be carried out with motile and non-motile strains, and sensitive or not to chemotactic gradients. These different genetically modified strains are already available at I2BC, or can be produced on demand depending on the specific requirements. In this part, particle image velocimetry (PIV) flow measurements will be performed to characterize evapotranspiration-induced pumping - to our knowledge, such measurements have never been made. A key parameter here is that of the water saturation of the medium: In unsaturated medium, gradient induced surface flows of surfactant compounds can greatly influence the transport of bacteria.