Transport de bactéries et de nanoparticules pilotée par évaporation : comment la motilité des bactéries modifie l’organisation des nanoparticules au cours du séchage

Les micro-organismes tels que les bactéries évoluent fréquemment dans des environnements humides, où elles coexistent avec des nanoparticules (NP) souvent minérales inertes. Ces milieux traversent régulièrement des cycles d’évaporation et de séchage. Les écoulements induits par le séchage entraînent les particules, influençant ainsi leur organisation et leur agrégation. Selon leur concentration, ce processus peut aboutir à la formation de dépôts ou de gels. La maîtrise et la compréhension des structures issues du séchage sont essentielles pour de nombreuses applications en agroalimentaire et en agriculture, où des suspensions contenant des nanoparticules et des bactéries sont couramment soumises à ce phénomène. Dans le cas où les concentrations en NP sont importantes, après séchage, un hydrogel est formé qui est constitué d’une matrice solide capable de retenir ou libérer des liquides. Ils sont largement utilisés pour le transport de composés bioactifs ou l'adaptation des textures alimentaires. Le contrôle de leur porosité et de leurs propriétés sous contrainte est donc essentiel. Des études récentes [1,2,3,4] montrent que la présence de bactéries, en tant que particules actives, modifie significativement la diffusion des NP, ainsi que les forces d'attraction et de répulsion inter particulaires. Cette influence se traduit par une modification des dynamiques d’écoulement et d’agrégation lors du séchage. D’autre part les bactéries peuvent avoir un impact sur les écoulements et les caractéristiques du fluide environnant. Ainsi, l'activité bactérienne offre un levier potentiel pour contrôler la répartition spatiale des NP et les propriétés finales des dépôts ou gels formés.

L'objectif principal de cette thèse est de comprendre et maîtriser l'impact des bactéries sur le transport et l'agrégation des NP en condition de séchage. La géométrie d’une goutte posée sur un substrat contenant un mélange de bactéries et de NP en évaporation est bien adaptée pour analyser les dépôts formés à faible concentration de NP et les caractéristiques des gels à concentration élevée. L'étude portera notamment sur l’influence de la motilité et la concentration bactérienne sur les dépots et les gels formés par séchage.

Thématique / Domaine

Il s'agit d'un projet qui lie matière active et passive avec des applications dans l'agroalimentaire ou l’agriculture. La compréhension des interactions entre particules chargées motiles ou non et la façon dont ces particules sont transportées par un écoulement et comment elles s'agrègent pour former un gel ou un dépôt solide est au cœur du projet.

 

Méthode

La thèse se fera en collaboration entre deux laboratoires aux expertises complémentaires : le laboratoire FAST qui propose une approche fondamentale sur les systèmes complexes, notamment colloïdaux, avec une expertise en hydrodynamique et en analyse théorique. Le second laboratoire SayFood est focalisé sur les applications liées aux sciences des aliments, avec des compétences en conception et caractérisation de matrices colloïdales pour des usages industriels. Cette collaboration garantit une diversité des techniques expérimentales
(imagerie, propriétés mécaniques, mesures optiques), une compréhension approfondie des phénomènes physiques sous-jacents et une exploration concrète des applications, en particulier dans le domaine alimentaire.

Le laboratoire FAST (Fluides, Automatique et Systèmes Thermiques) est une unité mixte de recherche du CNRS (UMR 7608) et de l' Université Paris-Saclay.

Les sujets développés se rattachent à l'hydrodynamique, aux transferts, à la mécanique, à la physique des milieux dispersés et à la matière active

Nous recherchons un(e) doctorant(e) pour une thèse expérimentale. Ce travail consistera notamment en l’analyse d’un grand nombre d’images de microscopie et au développement de traitements adaptés. L’application de raisonnements basés sur des lois d’échelle sera particulièrement valorisée. Le profil recherché inclut une formation en physique des fluides et en matière molle. Aucune compétence en biologie n’est exigée, mais un vif intérêt pour le vivant est fortement recommandé.