PROPOSITIONS DE STAGE STAGE 1 Laboratoires : PMMH

PROPOSITIONS DE STAGE
STAGE 1
Laboratoires : PMMH (Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes - ESPCI/Paris)
LPS (Laboratoire de Physique Statistique/Orsay) /
Adresse : PMMH-ESPCI 10, rue Vauquelin 75005 paris / FAST Bâtiment 510 – Université de Paris Sud
Responsable(s): Eric Clement (PMMH-ESPCI)/ Carine Douarche (LPS)
Téléphone : 0140794714 (Paris) - 0169155344 (Orsay)
Email : [email protected] , [email protected]
Organisation collective d’une suspension de bactéries magnéotactiques
Par une approche expérimentale impliquant des outils de la micro-fluidique, nous étudions la dynamique de
formation d'une niche écologique formée par une souche de bactéries magnétotactiques (Mgryph). Ces
bactéries micro-aérophiles se meuvent selon les gradients d'oxygène. Elles sont également capables de
synthétiser des nanocubes de ferrites, ce qui leur permet de s’organiser collectivement en nageant le long de
lignes de champ magnétique terrestre et ainsi trouver un environnement favorable à leur survie. Toutefois, les
modes de propulsion et de détection magnéto et aéro-tactiques sont encore mal compris. À cette fin, nous
avons mis au point une unité micro-fluidique pouvant être placée sur la platine d'un microscope inversé à
fluorescence qui permet de contrôler les gradients en oxygène ainsi que les champs magnétiques environnants.
Cette approche expérimentale permet une observation directe de la bactérie (type sauvage ou mutants) en
utilisant des techniques de vidéo rapide et de haute sensibilité qui mèneront à une compréhension approfondie
des comportements individuels et collectifs. Nous souhaitons in-fine construire un modèle dynamique
décrivant la motilité et l’auto-organisation spatiale de ces populations en présence de contraintes
environnementales. Par ailleurs nous souhaitons aussi étudier en détail les propriétés de transport de ce fluide
actif bactérien sous l’effet de champs extérieurs (magnétique, gradients d’oxygène), dans des environnements
à géométrie simple ou complexe.
Ce projet a reçu le support de l’ANR – Projet BacFlow 2015.
Il aura lieu principalement à l’ESPCI mais des aspects concernant la biologie et l’aérotaxie des bactéries pourront
être développés au LPS.
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STAGE 2
Laboratoires : PMMH (Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes - ESPCI/Paris)
FAST (Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques/Orsay)
Adresse : PMMH-ESPCI 10, rue Vauquelin 75005 paris / FAST Bâtiment 502– Université de Paris Sud
Responsable(s): Eric Clement (PMMH-ESPCI)/ Harold Auradou (FAST)
Téléphone : 0140794714 (Paris) - 0169155344 (Orsay)
Email : [email protected], [email protected]
Transport et dispersion de suspensions actives dans des capillaires
En science de la terre et en ingénierie, la question du transfert de fluides chargés en bactéries est au centre de
nombreuses problématiques liées à la contamination ou à la décontamination des sols ou des aquifères. Le
développement des bio-technologies ou de la bio ingénierie révèle, un manque de connaissance associé à la
maîtrise des paramètres conduisant à la sélection de bactéries par le transport hydrodynamique et on constate
que même en présence d’écoulements simples comme dans des capillaires, le corpus de connaissance reste à
ce jour très limité. Dans le domaine des sciences du vivant et de la médecine, la contamination par les
microorganismes et leur prolifération dans des réseaux biologiques est un problème crucial.
La fabrication aux échelles microscopiques, de canaux de formes variées permettant des observations à hautes
résolutions spatiales et temporelles, offre la possibilité de tester beaucoup d'hypothèses cruciales entrant dans
les modélisations macroscopiques du transport. Un cas extrêmement important est celui du transport de
bactéries dans un capillaire. Nous proposons ici de développer une étude sur les modes de transfert des fluides
actifs soit en imageant les écoulements de bactéries et leur organisation collective dans des canaux capillaires
en PDMS, soit en suivant directement une bactérie dans un écoulement et en remontant à son équation de
nage.
Ce projet a reçu le support de l’ANR – Projet BacFlow 2015.
La partie micro-fluidique (micro hydrodynamique, microfluidique, tracking lagrangien) sera faite
principalement à l’ESPCI mais des aspects concernant la rhéologie fluides bactérie et le transfert sur de plus
grandes échelles, pourront être développés au FAST.
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STAGE 3
Laboratoires : PMMH (Physique et Mécanique des Milieux Hétérogènes - ESPCI/Paris)
FAST (Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques/Orsay)
Adresse : PMMH-ESPCI 10, rue Vauquelin 75005 paris / FAST Bâtiment 502– Université de Paris Sud
Responsable(s): Eric Clement (PMMH-ESPCI)/ Harold Auradou (FAST)
Téléphone : 0140794714 (Paris) - 0169155344 (Orsay)
Email : [email protected] , [email protected]
Transport de populations bactériennes dans des milieux poreux 1D modèles
Dans le cadre d'une collaboration LIA-PMF (Laboratoire international franco-argentin avec l'Université de
Buenos Aires) qui implique aussi une équipe du FAST à Orsay (H.Auradou), nous avons réalisé des micro-
modèles permettant d’étudier sur une base expérimentale systématique, l'origine des mécanismes de
dispersion et de transport hydrodynamiques pour des suspensions bactériennes. Le but de la thèse est d’utiliser
ces micro-modèles composé de plots régulièrement espacés pour étudier les propriétés fondamentales de
transport des suspensions actives dans les milieux poreux. Un des objectifs serait de voir si on est capable de
piéger préférentiellement les bactéries motiles (c’est-à-dire nageuse) à la différence de bactéries non motile
avec de tels systèmes. Sur la figure a, on voit le zoom sur un plot, où sous écoulement, une rétention s’effectue
pour les bactéries motiles, aux points de stagnation hydrodynamiques. Sur la droite (Fig c) on représente
diverse géométries de canaux micro fluidiques dont on regardera les propriétés de rétention et de transfert.
Le travail est principalement expérimental, il implique une forte composante d’analyse d’images et de physique
statistique. Il comprendra aussi des stages à l’Université de Buenos Aires pour effectuer des mesures
complémentaires de dispersion hydrodynamique macroscopique dans le cadre du LIA franco-Argentin «
Physique et Mécanique des Fluides ».
La figure représente des expériences faites sur un milieu poreux micro fluidiques modèles. Fig (a)(b) trajectoires
de bactéries E.coli sous écoulements autour d’un plot circulaire. (a) bactéries actives, (b) bactéries mortes. (c)
exemple d’arrangement de plots régulièrement espacés dans des canaux quasi 1D permettant d’étudier la
dispersion hydrodynamique des suspensions actives.
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Extrait de la bibliographie des groupes PMMH-LPS-FAST sur les fluides bactériens
 M. Lopez, J. Gachelin, C. Douarche, C. Auradou, E. Clement, Turning bacteria suspensions into a "superfluid",
Phys. Rev. Lett. 115, 028301 (2015).
 N. Figueroa-Morales, G. Miño, A. Rivera, R.Caballero, E. Clément, E. Altshuler, A. Lindner, Living on the edge:
transfer and traffic of E. coli in a confined flow, Soft Matter 11, 6284 (2015).
 J. Gachelin, A. Rousselet, A. Lindler, E. Clement, Collective motion in E. coli bacteria suspensions, New Journal
of Physics, 16, 025003 (2014).
 M. Trejo, C.Douarche, V. Bailleux, C. Poularda, S. Mariot, C. Regeard and E.Raspaud, Elasticity and wrinkled
morphology of Bacillus subtilis pellicles, PNAS 110, 2011 (2013)
 J. Gachelin, G. Mino, H. Berthet, A. Lindner, A. Rousselet, E. Clement, Non-Newtonian active viscosity of E.
coli suspensions, Phys. Rev. Lett. 110, 268103 (2013).
 C. Douarche, A. Buguin, H. Salman, A. Libchaber, E. coli and oxygen: a motility transition, Phys. Rev. Lett.,
102, 198101 (2009).