Dynamique de croissance des micro-organismes sous écoulement : Imagerie microfluidique et modélisation



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03/12 : soutenance de thèse d'Antoine Hubert (Géosciences Rennes)

Antoine Hubert soutient sa thèse, intitulée "Dynamique de croissance des micro-organismes sous écoulement : Imagerie microfluidique et modélisation", le jeudi 3 décembre 2020 à 14:00,

    • Tom BATTIN, Professeur - EPFL Lausanne
    • Harold AURADOU, Directeur de recherche - FAST Université Paris-Sud Orsay
    • Isabelle CANTAT, Professeur - IPR Rennes
    • Carine DOUARCHE, Maître de conférences - Université Paris-Sud Orsay
    • Yohan DAVIT, Chargé de recherche - IMFT Toulouse
    • Tanguy LE BORGNE, Physicien CNAP - Géosciences Rennes
    • Yves MÉHEUST, Maître de conférences - Géosciences Rennes
    • Hervé TABUTEAU, Chargé de recherche - IPR Rennes



    En raison des mesures sanitaires, la soutenance n'aura pas lieu en présence de public et seuls certains membres du jury seront présents. Pour les personnes qui le souhaitent, il sera toutefois possible de la suivre par visio.


    Résumé
    Dans les environnements souterrains, un grand nombre de réactions bio-géo-chimiques ont une cinétique essentiellement contrôlée par des bactéries. Dans ces milieux, les flux de nutriments et les concentrations de solutés peuvent être fortement variables dans l'espace et le temps. Ces variations peuvent générer des cinétiques de réaction bio-géo-chimiques qui différent de manière significative des cas mesurés dans les modèles environnementaux homogènes. L’objectif général de ce travail est, à partir d’expériences microfluidiques et en se fondant uniquement sur des observables physiques, de quantifier les couplages entre hétérogénéité de l’écoulement, transport/mélange de solutés, réactions et activité biologique. Nos expériences associées à des modélisations numériques démontrent le couplage du transport de nutriments avec la croissance en surface des bactéries. Des
    observations à l’échelle des cellules bactériennes et à haut taux d’acquisition démontrent l’effet des gradients de vitesse sur les motifs de colonisation des surfaces par les bactéries dans les premières phases de développement d’une population soumise à un écoulement laminaire. Nous mettons également en évidence une dépendance des caractéristiques de l’attachement des bactéries aux surfaces vis-à-vis de la contrainte cisaillante qu’elles subissent. Cette adaptation influence leur taux de croissance. Enfin, nous développons un cadre d’étude analytique décrivant l’amélioration d’une cinétique de réaction par les processus de mélange.

    Mots clés
    bactéries, écoulement, mélange, réactions bio-géo-chimiques, microfluidique, modélisation


    Abstract
    In subsurface environments, a large number of biogeochemical reactions have a kinetics controlled mainly by bacteria. In these environments, nutrient fluxes and solute concentrations can be highly variable over space and time. These variations can generate bio-geochemical reaction kinetics that differ significantly from the cases measured in homogeneous environmental models. The general objective of this work is, using microfluidic experiments and based only on physical descriptors, to quantify the couplings between flow heterogeneity, solute transport/mixing, reactions and biological activity. Our experiments are coupled with numerical modeling and demonstrate the coupling of nutrient transport with bacterial growth on surfaces. Observations at the scale of bacterial cells and at high acquisition rates show the effect of velocity gradients on the patterns of surface colonization by bacteria in the early stages of development of a population subjected to laminar flow. We also reveal a dependence of the properties of bacterial attachment to surfaces on the imposed shear forces. This bacterial adaptation influences their growth rate. Finally, we develop an analytical study framework describing the improvement of reaction kinetics through mixing processes.

    Keywords
    bacteria, flow, mixing, biogeochemical reactions, microfluidics, modeling



    Contact OSUR

    Antoine Hubert (Université de Rennes 1, Géosciences Rennes) / @