Thèse Nage des Microorganismes dans un Milieu Confiné à Interface Déformable H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences Laboratoire de recherche : Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques Direction de la thèse : Mojtaba JARRAHI ORCID 0000000230784059 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-21T23:59:59 Cette thèse, de nature expérimentale, vise à étudier la nage de microorganismes à faible nombre de Reynolds dans un milieu confiné délimité par une interface déformable, telle qu'une goutte. Selon leur mécanisme de propulsion, les micronageurs se comportent comme des pullers ou des pushers, générant des champs d'écoulement et des contraintes interfaciales distincts. Sous confinement souple, ces différences influencent significativement la déformation de l'interface et la dynamique de la goutte. Les prédictions théoriques existantes manquent encore de validation expérimentale systématique. L'objectif principal de cette thèse est donc d'identifier des signatures expérimentales permettant de distinguer les interactions des pullers et pushers, à l'échelle individuelle et collective, avec les parois déformables, et d'établir les lois gouvernantes de cette dynamique.
Le projet s'appuiera principalement sur la microfluidique, la microscopie pour le suivi cellulaire et le traitement d'images, permettant de quantifier les vitesses de déplacement, les déformations interfaciales et les interactions des nageurs avec l'interface. À faible nombre de Reynolds, les micronageurs (ex : microalgues, bactéries, etc) génèrent des champs d'écoulement dont la structure dépend étroitement de leur mécanisme de propulsion. Les pullers aspirent le fluide le long de leur axe de nage, tandis que les pushers le repoussent vers l'extérieur. Dans un milieu confiné, avec des interfaces déformables telles que la paroi d'une goutte, les interactions hydrodynamiques et stériques des micronageurs avec l'interface modifient la dynamique, bien que ces phénomènes demeurent encore largement inexplorés. Chez les pullers, les flagelles situés à l'avant entrent en contact avec l'interface et induisent une déformation. À l'inverse, chez les pushers, le contact s'effectue principalement via le corps cellulaire, générant une déformation avec une distribution différente des contraintes interfaciales.
Après avoir étudié la capacité de microorganismes nageurs à déplacer des micro-objets de taille supérieure à la leur [2], nous nous sommes intéressés au déplacement de gouttes induit par l'encapsulation de ces mêmes microorganismes. Dans des expériences préliminaires menées par notre doctorante actuellement en fin de thèse, nous avons encapsulé deux souches de microalgues motiles, l'une de type puller, l'autre de type pusher, dans des gouttes. Nous observons que, dans les deux cas, la goutte se déplace ; toutefois, la nature du mécanisme de nage influence fortement à la fois la déformation de l'interface et la vitesse d'avancement de la goutte. Il existe encore très peu de travaux sur ce sujet, et ils sont essentiellement théoriques. Certains montrent notamment que la vitesse de la goutte décroît lorsque sa taille augmente (refs [3,4]. À ce jour, ces prédictions ne disposent pas d'une validation expérimentale systématique, ce qui constitue la motivation principale de cette thèse.
Le projet vise à répondre aux questions suivantes :
1. Comment la nature de nage d'un microorganisme influence-t-elle la forme stationnaire des interfaces liquide-liquide ?
2. Existe-t-il des régimes distincts selon le type de nage (puller vs pusher) ?
3. Comment la tension interfaciale de l'interface modifie-t-elle ces effets ?
4. Peut-on contrôler cette effets par la phototaxie [1] ?
5. Quels sont les effets observés en présence d'une population de micronageurs (pullers ou pushers) ? Plusieurs méthodes, telles que le développement de puces microfluidiques, la microscopie pour le suivi cellulaire, le traitement d'images et la culture cellulaire, seront utilisées dans ce projet.
Sur le plan expérimental, le travail s'appuiera sur l'encapsulation de microalgues individuelles dans des gouttes. Deux souches de Chlamydomonas reinhardtii (l'une de type puller et l'autre de type pusher) seront utilisées dans cette étude.

Nous recherchons un(e) candidat(e) motivé(e), désireux(se) de mener des recherches expérimentales en biomicrofluidique. Le/la candidat(e) doit posséder une solide formation scientifique en physique et en mécanique des fluides. Une expérience préalable (stage ou projet) avec les compétences suivantes serait appréciée mais n'est pas obligatoire : traitement d'images, programmation en Python ou MATLAB, préparation de cultures cellulaires, microscopie pour le suivi cellulaire.