Comportements collectifs de bactéries en géométrie contrôlée et sous l'effet de la centrifugation

Collective behavior of bacteria in controlled geometries and under the effect of centrifugation

• Auteur / Autrice : Daniel Lopez
• Direction : Axel Buguin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Centrifugation

Chimiotaxie

Escherichia coli

Résumé

Escherichia coli est une bactérie dotée de flagelles lui permettant de se mouvoir dans un liquide. Les trajectoires de ce mouvement sont analogues à celles d'une marche aléatoire à 3 dimensions. Capable de puiser l'énergie de son environnement pour maintenir son mouvement, elle est un paradigme active autopropulsée. Les systèmes de particules actives autopropulsées ont déjà fait l'objet de nombreuses études mais le comportement de ces systèmes soumis à un champ de force homogène est encore mal compris. Ce travail a premièrement consisté à développer un dispositif exprimental afin de pouvoir visualiser l'influence de la centrifugation sur une population de bactéries. Les résultats reproductibles obtenus sur les profils d'équilibre de sédimentation nous ont permis de proposer un modèle de sphère solide afin de décrire le comportement de ce système. Par ailleurs, dans des géométries confinées, les bactéries E. Coli sont capables grâce à leur chimioactisme de se déplacer collectivement. Elles peuvent alors former des ondes de concentration. Ce travail a permis de déterminer comment de telles ondes de concentration réagissaient à des perturbations provoquées par des variations géométriques de l'environnement. L'ensemble des résultats expérimentaux obtenus peuvent être interprétés avec des arguments qualitatifs simples. Finalement nous confrontons ces résultats expérimentaux à ceux obtenus par des simulations issues de modèles cinétiques.

Escherichia coli is a flagellated bacterium. It swims in liquids following trajectories that are all well described by a 3D random walk. E. Coli uptakes energy from its environment in order to maintain its movement, therefore it's an example of self-propelled particle (SPP). Many systems of SPP have been studied but it's still not clear how these systems react under a homogeneous force field. In this work we have designed an exprimental setup to study the effect of centrifugation on a bacteria population. We have obtained reproducible results of sedimentation profiles at equilibrium. These results are well described in a hard sphere model framework. In confined geometries, E. Coli bacteria are able to move collectively using their chemotaxis. It can lead to the formation of concentration waves. In the second part of this work, we have determined how these bacterial waves react to perturbations induced by geometrical changes of their environment. All experimental results can be interpreted with simple qualitative arguments. Finally we compare these with those obtained by experimental simulation results from kinetic models.