Des micronageurs bactériens comme particules actives dans des cristaux liquides colloïdaux.

Abstract

L’étude de particules actives autopropulsées a ouvert de nouvelles perspectives à la physique statistique hors d’équilibre grâce à la découverte de nombreux phénomènes qui ont mené à des développements fondamentaux originaux. La matière active présente des dynamiques complexes d’auto-organisation spatio-temporelle et de mouvements collectifs, et ce simplement en introduisant une motilité locale et des interactions élémentaires entre particules. Fondamentalement, l’activité joue un grand rôle dans les comportements des organismes vivants. Etant optimisées par l’évolution pour nager de manière efficace tout en étant extrêmement communes, les bactéries constituent un système idéal de particules browniennes actives. Leur motilité joue un rôle important dans les phénomènes d’infection et dans la structure de leur environnement. Récemment, plusieurs travaux ont étudié leurs comportements dans des fluides complexes, tels que des cristaux liquides moléculaires et des matrices d’ADN. L’un des principaux résultats est le contrôle de la direction de la nage par le directeur nématique. Cependant, peu d’investigations concernent les bactéries dans des milieux composés de particules colloïdales anisotropes. En utilisant Bacillus subtilis et Escherichia coli, des micronageurs bactériens bien connus, nous avons déterminé les changements de comportements de ces micronageurs dans des matrices liquides isotropes et des suspensions cristal-liquides formées de virus fd, une particule colloïdale monodipserse en taille et semi-flexible, largement utilisée en matière molle comme bâtonnet brownien modèle. Nous avons découvert que dans la phase isotrope, Bacillus subtilis nage jusqu’à trois fois plus vite qu’en l’absence de virus. Cette augmentation de la vitesse a lieu malgré une hausse de la viscosité et de l’élasticité du milieu, et a été également observée au début du domaine nématique, où les bactéries nagent en suivant l’orientation des particules. Nous avons aussi montré que les propriétés des suspensions de virus fd, telles que la tension interfaciale isotrope-nématique, peuvent changer le comportement des micronageurs, tout comme l’effet de la périodicité lamellaire unidimensionnelle de la phase smectique. Ce travail illustre comment des différences mineures entre micronageurs apparemment similaires associées à un couplage avec les composantes du milieu environnant, peuvent fortement impacter les comportements de motilité. Nos résultats peuvent aussi potentiellement éclairer les aspects actuellement méconnus de la mécanique de nage des bactéries, et plus spécifiquement la dynamique du regroupement flagellaire, à travers les interactions virus-flagelles.