Transport, Condition quiescente, Confinement latéral, Chiralité, En amont, Run-And-Tumble, Flagelles, Milieux poreux, Microfluidique, In-Situ

Cette thèse vise à étudier le transport des bactéries E. coli motiles dans des géométries confinées et sous différentes conditions d'écoulement, en introduisant des complexités géométriques. Nous investiguons d'abord le mouvement des bactéries E. coli nageuses régulières en présence de surfaces confinantes dans des conditions quiescentes. L'étude se concentre sur l'influence de la chiralité des trajectoires et du confinement latéral sur la direction de nage le long des arêtes formées par deux surfaces perpendiculaires dans un canal rectangulaire. Expérimentalement, nous avons observé que la direction dominante de nage s'inverse avec l'augmentation du confinement. Les simulations et les expériences confirment que cette inversion est dictée par l'angle d'incidence des bactéries, lui-même gouverné par la taille du confinement. Nous expliquons ce phénomène à l'aide d'un modèle théorique où le rapport entre la largeur du canal et le rayon typique des trajectoires circulaires (R/L) détermine la direction dominante, menant à trois régimes distincts. La distribution des angles d'incidence prédite s'accorde avec nos observations. De plus, des expériences utilisant un suivi 3D lagrangien révèlent une compétition de surfaces aux arêtes, résultant de l'intersection des deux surfaces perpendiculaires. Ces résultats pourraient à l'avenir être utilisés pour moduler les flux aux arêtes, par exemple via des obstacles ou une rugosité contrôlée. Le mouvement des E. coli devient plus complexe lorsqu'un écoulement et des caractéristiques géométriques sont introduits. Nous étudions le transport des bactéries E. coli au comportement "run-and-tumble" dans un canal rectangulaire peu profond avec une constriction sous écoulement. Nous analysons d'abord la distribution de concentration d'une suspension bactérienne diluée en fonction des taux de cisaillement, identifiant des conditions optimales pour une accumulation anormale en aval de la constriction. Ensuite, nous examinons le comportement bactérien dans l'espace tridimensionnel sous ces conditions optimales et analysons les dynamiques d'échange près des arêtes. Enfin, nous explorons les constrictions périodiques avec des espacements variables. Les concentrations montrent que les constrictions périodiques n'amplifient pas l'accumulation anormale en aval, bien que la nage en amont le long des arêtes persiste. Deux projets annexes ont été réalisés. Le premier examine comment les caractéristiques bactériennes influencent le comportement "run-and-tumble", révélant que le nombre et l'arrangement des flagelles, ainsi que la rigidité des crochets, jouent un rôle clé. Le second explore le transport bactérien dans des milieux poreux en roche réelle sous écoulement, avec des données préliminaires obtenues sur les trajectoires bactériennes et les champs d'écoulement. Par ailleurs, nous avons développé une technique expérimentale pour la fabrication in situ de microstructures personnalisables dans des canaux microfluidiques. Cette méthode permet de prototyper facilement des structures attachées aux surfaces microfluidiques, notamment des piliers à fort rapport d'aspect, qui pourront être utilisés pour étudier le transport bactérien dans des géométries complexes. En résumé, cette thèse explore le transport des E. coli dans des environnements complexes. En conditions quiescentes, le confinement latéral et la chiralité des trajectoires guident leur mouvement le long des arêtes. Sous écoulement, nous observons une accumulation bactérienne anormale en aval d'une constriction, tandis que la nage en amont le long des arêtes persiste malgré les constrictions périodiques. Les projets annexes approfondissent la compréhension des dynamiques "run-and-tumble" et du transport bactérien dans les milieux poreux, tandis que la fabrication de microstructures ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude du transport dans ces milieux.