2.3 Un mod` ele de particule active : Chlamydomonas reinhardtii
3.1.2 Le phototactisme
% ) T emps (heures)
Figure 3.3 – Courbe de croissance d’une culture liquide I de micro-algues
Chlamy-domonas reinhardtii. Les mesures sont effectu´ees sur une culture liquide I. On pr´el`eve
environ400 µLde suspension en milieu st´erile, puis la mesure de la fraction volumique est faˆıte par spectrophotom´etrie (voir 3.3). Les barres d’erreurs correspondent `a la d´ e-viation standard des mesures r´ealis´ees sur 4 cultures I. Pendant la premi`ere phase de croissance la fraction volumique augmente puis, lorsque le milieu devient trop pauvre en nutriments, la fraction volumique commence `a chuter.
3.1.2 Le phototactisme
Le phototatisme positif
Une des propri´et´es remarquables de Chlamydomonas reinhardtii, que nous avons mentionn´ee dans la section 2.2.3 est le phototactisme. En pr´esence de lumi`ere, ces micro-algues vont s’orienter et nager dans la direction de la source lumineuse ; `a condi-tion toutefois que l’intensit´e lumineuse ne soit pas trop grande, auquel cas on aura un phototactisme n´egatif (ou photo-choc), o`u les micro-algues fuiront la lumi`ere [96]. Cette
38 CHAPITRE 3. MAT ´ERIELS ET M ´ETHODES
propri´et´e nous int´eresse du point de vue exp´erimental. En effet, dans une suspension on retrouve toujours une certaine proportion de micro-algues peu motiles, voire mortes. On pourrait dans un premier temps faire un premier tri sous l’effet de la gravit´e, mais nous avons constat´e exp´erimentalement qu’il n’est pas ´evident `a r´ealiser. Par exemple, lors du trajet entre la seringue qui contient la suspension et le micro-canal, on a ob-serv´e des pertes ind´ependamment du traitement de la paroi en verre. L’utilisation de la lumi`ere pour s´electionner les micro-algues nous assure de garder uniquement celles qui ont une motilit´e et une r´eponse phototactique correcte. D’autre part cette forme de tactisme conf`ere un avantage exp´erimental par rapport aux autres formes de taxie, comme le gravitotactisme. Le phototactisme peut ˆetre d´eclench´e par une source lumi-neuse ext´erieure et est de ce fait compl`etement r´eversible, et facile `a contrˆoler. Dans le cas de Chlamydomonas reinhardtii, son œil est sensible aux longueurs d’onde inf´erieures `a environ680 nm[84]. Enfin, comme la lumi`ere attire les micro-algues, nous pouvons l’utiliser comme pi`ege pour les concentrer localement (voir la section 5.2.2).
Figure 3.4 – Sch´ema simplifi´e du m´ecanisme de r´eorientation d’une micro-algue apr`es la d´etection d’une source de lumi`ere. Lorsque que l’œil capte des photons, un syst`eme signal´etique chimique `a base d’ions calcium s’active et modifie le m´ecanisme de batte-ment des flagelles, qui devient asymm´etrique, ce qui entraˆıne la rotation de la cellule vers la source lumineuse [96].
La micro-algue d´etecte la lumi`ere grˆace `a son œil situ´e sur le cˆot´e du corps, sa trajectoire de nage h´elico¨ıdale lui permet ainsi de scanner son environnement de mani`ere efficace [96]. Ensuite une r´eaction chimique s’op`ere, solidifiant l’un des flagelles, ce qui l’am`ene `a se r´eorienter dans la direction de la lumi`ere (voir Figure 3.4) [84]. Le temps de r´eaction `a la lumi`ere est typiquement de l’ordre de la seconde et correspond en moyenne au temps pour que l’œil de la micro-algue d´etecte la lumi`ere et qu’elle se r´eoriente alors vers la source lumineuse. Sur la Figure 3.5, en mesurant la vitesse moyenne suivant l’axe x (direction de la source lumineuse) en fonction du temps, on observe la polarisation des micro-algues vers la lumi`ere, comparativement au cas sans lumi`ere o`u la vitesse moyenne est nulle car toutes les orientations sont ´equivalentes. On trouve un temps d’´etablissement du r´egime stationnaire de l’ordre de 2s, ce qui est coh´erent avec ce qui a ´et´e dit pr´ec´edemment. Fondamentalement, le phototactisme
3.1. LES SUSPENSIONS DE MICRO-ALGUES 39
alt`ere la dynamique de nage, faisant la transition d’une marche al´eatoire vers une nage compl`etement orient´ee, comme illustr´e par les trajectoires dans les cas avec et sans lumi`ere sur la Figure 3.5. Notons que le phototactisme alt`ere ´egalement la vitesse de nage des micro-algues. Comme on peut le voir en comparant les graphes b) et d) de la Figure 3.5, en valeur absolue on mesure dans le cas avec lumi`ere des vitesses jusqu’`a 200µm/s.
On peut ainsi piloter les micro-algues pour les amener dans une r´egion, ou confi-guration particuli`ere. Le fait que cet effet soit r´eversible rapidement nous permet par ailleurs de synchroniser l’extinction de la lumi`ere et le d´ebut de la mesure de l’exp´ e-rience. Dans toutes nos exp´eriences o`u l’on a eu recours au phototactisme, l’´eclairage a ´et´e effectu´e avec une diode ´electroluminescente en lumi`ere blanche.
40 CHAPITRE 3. MAT ´ERIELS ET M ´ETHODES position x (µm) position y (µm ) temps (s) Vx (µm /s)
a) b)
position x (µm) position y (µm ) temps (s) Vx (µm /s)c) d)
Figure3.5 – a) Trajectoires reconstruites de micro-algues suivies sur1 sen absence de lumi`ere. b) Vitesse Vx en fonction du temps pour chaque particule (en gris) ; la courbe pleine en noir correspond `a la vitesse moyenne calcul´ee sur l’ensemble des particules suivies. Les micro-algues se d´eplacent de mani`ere al´eatoire, et la vitesse est nulle en moyenne. c) Trajectoires de micro-algues orient´ee en pr´esence de lumi`ere, elles ont une direction de nage privil´egi´ee. d) Vitesse Vx en pr´esence de lumi`ere ; la moyenne sur l’ensemble des particules (en vert) met en ´evidence un temps de r´eponse phototactique de l’ordre de 2 s.