Organisation collective d’une suspension de bactéries magnétotactiques

Collective organization of a magnetotactic bacteria suspension

• Auteur / Autrice : Benoît Vincenti
• Direction : Éric Clément
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 18/10/2019
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physique et mécanique des milieux hétérogènes (Paris ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Nicolas Menguy
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Carine Douarche, Luca Giomi, Christopher T. Lefèvre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cécile Cottin-Bizonne, Hartmut Löwen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bactéries Gram négatives

Rhéologie

Hydrodynamique

Mécanique des fluides

Mots clés libres

Magnétotactisme

Bactérie

Nage

Rhéologie

Moment

Gouttes

Magnetotactism

Bacteria

Swimming

Rheology

Moment

Drops

Résumé

Au cours de cette thèse, je me suis intéressé au comportement de la bactérie magnétotactique (BMT) Magnetospirillum gryphiswaldense (souche MSR-1) en solution dans un fluide Newtonien. Ces bactéries, qui contiennent des particules d’oxyde de fer (appelées magnétosomes) à l’intérieur de leur membrane, sont capables de nager le long des lignes d’un champ magnétique grâce au couple exercé par le champ sur les dipôles magnétiques des magnétosomes. Mon travail a consisté à comprendre comment les caractéristiques de nage des BMT affectent les propriétés de transport d’une suspension. À l’aide d’outils théoriques et expérimentaux, j’ai étudié la rhéologie de suspensions de BMT et montré que les bactéries magnétotactiques peuvent produire des écoulements de cisaillement mesurables macroscopiquement, provenant de leur activité de nage et induit par leur alignement avec un champ magnétique. Cette propriété rhéologique original a été appliqué au confinement de BMT dans des gouttes : dans ce cas, l’application d’un champ magnétique produit une auto-organisation des bactéries en un mouvement collectif de rotation : le couplage entre la nage des bactéries, leur alignement avec le champ magnétique et leur confinement à la surface de la goutte induit la création d’un torque, qui a pu être mesuré expérimentalement et caractérisé de manière complète. Cette thèse fournit une compréhension de l’hydrodynamique sous-jacente aux suspensions de BMT et de leur potentiel en termes de production d’écoulements et de contrôle de nouvelles propriétés rhéologiques.

During this PhD, I have been interested in the behaviour of the magnetotactic bacterium (MTB) Magnetospirillum gryphiswaldense (MSR-1 strain) dispersed in a Newtonian fluid. These bacteria, which contain iron oxyde particles (called magnetosomes) inside their body, are able to swim along magnetic field thanks to the torque exerted by the field on the magnetic dipoles of the magnetosomes. My work aimed at understanding how the MTB swimming characteristics can affect the transport properties of the suspension. With both theoretical and experimental tools, I studied the rheology of MTB suspensions and showed that magnetotactic bacteria could produce shear flows from their swimming activity, which are measurable macroscopically and actuated by their alignment with a magnetic field. This original property has been applied to the confinement of MTB in droplets: in that case, the application of a magnetic field makes MTB self-organizing in a collective rotation : the coupling between the bacteria swimming, their alignment with the magnetic field and their confinement by the droplet boundary leads to the creation of a torque which has been measured experimentally and fully characterized. This thesis provides an insight of the physical hydrodynamics underlying MTB suspensions and their potentiality in terms of flow production and control of new rheological properties.