Simulations numériques de micro-nageurs actifs confinés

Numerical simulations of active confined microswimmers

• Auteur / Autrice : Juliette Lacherez
• Direction : Thomas Salez
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Inscription en doctorat le 29/09/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l'ingénieur
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Théorie de la matière condensée

Mots clés

Mots clés libres

Mouvement brownien

Confinement

Interfaces

Colloïdes

Activité

Brownian motion

COnfinement

Interfaces

Colloids

Activity

Résumé

La motilité des entités biologiques microscopiques au sein d'environnements encombrés et complexes, dans le but d'atteindre des cibles spécifiques, est une question centrale en biologie, comme en témoignent : les métastases du cancer, la durotaxie des cellules souches, l'auto-assemblage dans les tissus et les organes, la reconnaissance des anticorps, la réplication de l'ADN ou la formation de biofilms, parmi de nombreux autres exemples. Dans une perspective d'idéalisation, ce problème peut en principe être ramené à la physique par une combinaison de quelques ingrédients essentiels : les écoulements visqueux, les limites élastiques, le confinement, les fluctuations thermiques et l'activité. L'étude du mouvement actif dans des environnements confinés et lubrifiés par des matériaux souples apparaît donc comme l'un des problèmes canoniques de la biophysique. Malgré le caractère évident de cette affirmation, les études sur le sujet sont rares, ce qui est probablement dû à la difficulté de son exploration expérimentale. Le présent projet vise naturellement à combler cette lacune. Des simulations numériques d'algues microscopiques nageant (chlamydomonas) près d'interfaces souples ou capillaires seront développées, analysées et comparées à de tout nouveaux systèmes expérimentaux au sein de la même équipe. Cette dernière possède une expertise en élastohydrodynamique confinée, en physique statistique, en piégeage optique et en détection, avec de nombreuses études expérimentales et théoriques passées et en cours sur la lubrification souple sous des stimulations déterministes et browniennes. L'attention se porte désormais de plus en plus sur les systèmes vivants et actifs.

Motility of microscopic biological entities within crowed and complex environnements, with the aim of reaching specific targets is a central question of biology, as evidenced by: cancer metastasis, durotaxis of stem cells, self-assembly in tissues and organs, antibody recognition, DNA replication, or biofilm formation, among numerous other examples. In an idealization attempt, this problem could in principle be reduced to physics through a combination of a few essential ingredients: viscous flows, elastic boundaries, confinement, thermal fluctuations, and activity. The study of active motion in confined and soft-lubricated environments thus appears as one of the canonical problems of biophysics. Despite the obvious character of this statement, studies are scarce on the topic, which is probably attributed to the difficulty of probing the associated effects experimentally. The present project naturally aims at filling this gap. Numerical simulations of model swimming microalgae (chlamydomonas) near soft or capillary interfaces will be developed, analyzed and compared to brand new experimental systems in the same team. The latter is expert in confined elastohydrodynamics, statistical physics, optical trapping and sensing, with a number of past and ongoing experimental and theoretical studies on soft lubrication under deterministic and Brownian drivings. The focus is now shifting increasingly towards living and active systems.