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Etude de la diffusion, rhéologie et micro-rhéologie des mélanges complexes de bactéries et de particules sous écoulement confiné dans de fins canaux
Pour ma thèse, j’ai étudié trois problèmes autour des propriétés de transport des suspensions actives. J’ai utilisé principalement des suspensions de bactéries Escherichia coli mais aussi des systèmes de nageurs artificiels auto-propulsés.
En premier lieu, j’ai étudié l’activation du mouvement Brownien de particules passives dans une suspension de bactéries, près d’une surface. En utilisant diverses solutions et diverses conditions expérimentales permettant de changer les conditions de nage des bactéries et le confinement, j’ai montré que la diffusivité des traceurs passifs augmente linéairement avec ce que j’ai défini comme le flux actif de la suspension ; c’est à dire la concentration de nageurs actifs multipliée par leur vitesse moyenne de nage. De manière générale, le confinement entre deux parois ou par rapprochement d’une paroi, montre un meilleur transfert de la quantité de mouvement qui a pour conséquence une augmentation du facteur de couplage entre diffusivité et fluide actif. Le remplacement des bactéries par des nageurs artificiels comme des bâtonnets bi-métalliques en condition réductrice produit des résultats identiques.
Deuxièmement, j’ai étudie la modification de la viscosité d’un fluide produite par la présence d’entités autopropulsées. Il a été montré théoriquement que la présence de nageurs du type "pousseurs" comme les bactéries, réduit la viscosité de la suspension à une valeur inférieure de celle du fluide porteur. Le manque de résultats expérimentaux qui mettent en évidence cet effet au sein d’une suspension (cela été montré pour des films liquides minces), nous a poussé à fabriquer un rhéomètre microfluidique en forme d’Y permettant d’étudier la réponse rhéologique d’une suspension d’E. Coli. Des résultats préliminaires révèlent un comportement non Newtonien de la suspension active avec une baisse de viscosité du liquide aux faibles taux de cisaillement et aux faibles fractions volumiques.
Troisièmement, j’ai propose d’étudier les effets de dispersion et de transport de solutions E. Coli dans un micro canal rectangulaire possédant une constriction en son centre. Dans un tel milieu confiné, les interactions avec les parois ainsi que la géométrie du canal jouent un rôle essentiel sur les propriétés de transport. Mes résultats, de façon inattendue, montrent que l’écoulement dans un canal produit une re-concentration en bactéries après la constriction et que cet effet est contrôlé par l’écoulement même.