Dynamique de systèmes auto-propulsés : de la motilité de micro-nageurs bactériens dans une suspension de bâtonnets colloïdaux au mouvement actif de nanoparticules Janus

Dynamics of self-propelled systems : from the motility of bacterial micro-swimmers in a suspension of colloidal rods to the active motion of Janus nanoparticles

• Auteur / Autrice : Henri Truong
• Direction : Eric Grelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 25/07/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche Paul Pascal (Pessac ; 1963-....)
• Jury : Président / Présidente : Laure Béven
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Cottin-Bizonne, Cécile Zakri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rik Wensink, Axel Buguin
• DOI : 10.70675/7c9d339az7639z4e81z849ez98b9c813e1d8

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière active (physique)

Matière molle (physique)

Colloïdes

Cristaux liquides

Particules Janus

Bactéries

Bactériophages

Thermophorèse

Mots clés libres

Matière active

Matière molle

Micro-Nageurs

Colloïdes

Cristaux liquides

Particules Janus

Bactéries

Phages

Thermophorèse

Active matter

Soft matter

Bacterial micro-Swimmers

Colloids

Liquid crystals

Janus nanoparticles

Bacteria

Phages

Thermophoresis

Résumé

Le travail de thèse réalisé s’intéresse à la dynamique de particules actives et se compose dedeux parties distinctes. La première porte sur la motilité de micro-nageurs bactériens (Bacillus Subtilis)dans un fluide complexe anisotrope. Ce fluide anisotrope est une suspension de phages considérés comme unsystème modèle de bâtonnets colloïdaux capable de former des phases cristal-liquides. La seconde partie,quant à elle, est consacrée à l’étude de l’auto-propulsion induite par thermophorèse de nanoparticules Janusen solution aqueuse, excitées par rayonnement laser.Nous observons un changement drastique de la vitesse bactérienne en présence de bâtonnets colloidauxen suspension. Nos résultats montrent une augmentation pouvant atteindre jusqu’à 2,8 fois la vitesse deréférence mesurée en l’absence de colloïdes. Nous montrons une différence majeure dans la configuration desflagelles bactériens et de leur association en présence de bâtonnets colloïdaux. Ce changement influence lemouvement de précession des bactéries et nous démontrons expérimentalement que la stabilisation de celle-cin’est pas suffisante pour rendre compte de l’augmentation de vitesse.Une seconde partie de la thèse est consacrée à l’étude de nanoparticules actives artificielles. Ces particulesJanus sont composées d’une nanoparticule d’or dont l’un des hémisphères est recouvert par une coque desilice. En raison de leur petite taille celles-ci manifestent un comportement brownien très marqué qui s’opposeau mouvement dirigé. Nous prouvons l’existence d’une contribution, modulable par l’intensité de l’excitationoptique, d’un mouvement thermophorétique dans la dynamique brownienne de ces nanoparticules Janus.

This thesis studies the dynamics of active particles and is divided into two parts. In the firstpart, we investigate the motility of a bacterial micro-swimmer, Bacillus Subtilis, in a complex anisotropicfluid, a suspension of phages, which serves as a model system for colloidal rods capable of forming liquidcrystalline phases. In the second part, we study the self-thermophoretic propulsion of nanoscale Janusparticles in an aqueous solution, specifically examining their response to laser irradiation.When B. Subtilis swims in a suspension of colloidal rods, we observe a drastic change in its velocity. Wemeasure a significant increase, reaching up to 2.8 times the value observed in the absence of colloids. Ourobservations reveal a significant difference in the configuration of the flagellar bundle when colloidal rodsare present. Our phenomenological investigation highlights the influence of this flagellar configuration in thewobbling motion. We experimentally demonstrate that the reduction of bacterial wobbling alone cannot fullyaccount for the increase in bacterial velocity.The second part of this thesis concerns the study of artificial active nanoparticles. Specifically, we focus onJanus particles consisting of gold nanoparticles with one hemisphere covered by a silica cap. At this smallsize they exhibit a highly pronounced Brownian motion hindering directed motion. Through experimentalevidence, we demonstrate the existence of a contribution, tunable by the intensity of the optical excitation,of a self-thermophoretic motion in the Brownian dynamics of the Janus nanoparticles.