B.1 Lubrification

Nous avons présenté deux procédés d’apport d’huile fluorée lors de la génération pour lubrifier le tuyau. Dans un cas, un débit continu d’huile est maintenu sur la surface externe de l’extrémité étirée du tuyau, dans un second cas, un film d’huile fluorée a été préparé sur la surface du milieu dans chaque puits de la plaque au moment de son remplissage. Nous avons mesuré la fluorescence du FS de la goutte suivant immédiatement une goutte source dans ces deux cas pour différents débits d’huile fluorée (figure III-16) et pour différentes épaisseurs du film d’huile fluorée (figure III-17) pour une longueur de l’extrémité étirée du tuyau en FEP de 50mm.

Dans le cas où nous faisons varier le débit d’huile fluorée et où il n’y a pas de film d’huile sur la surface du milieu dans le puits, nous pouvons observer ponctuellement des contaminations importantes (>0.5nL). En effet, nous visualisons dans ces cas la formation d’une goutte satellite de milieu au moment de la rupture de l’interface reliant la goutte en formation au milieu dans le puits et qui reste piégée dans le tuyau avant d’être emportée par la goutte suivante (figure III-15).

Figure III-15 : Photographie de l’extrémité du tuyau de génération juste après la formation

d’une goutte de solution de FS à 10g/L. La surface du tuyau est lubrifiée par de l’huile (d)

(c)

(b) (a)

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fluorée et on peut observer la présence d’une petite goutte (environ 1nL) qui reste proche de l’extrémité du tuyau sans être aspirée. Elle sera aspirée avec la goutte suivante.

Figure III-16 : Evaluation des contaminations entre gouttes immédiatement voisines lors de la génération dans le cas d’une

lubrification par débit constant d’huile. Mesures effectuées pour différents débits avec 252 répliquas. Nous pouvons séparer les contaminations de la goutte n=+1 à la génération en deux populations correspondant à un ordre de grandeur différent de transfert. Les fortes contaminations (~1nL) correspondent à des contaminations par gouttes satellite, tandis qu’aucune goutte satellite n’a été observée dans le cas des faibles contaminations (<0.1nL). Nous avons mesuré le volume correspondant à ces transferts pour différents débits d’apport en huile fluorée Q_h assurant la lubrification de l’extrémité du tuyau. Nous représentons ainsi le Vse correspondant aux satellites avec leur fréquence sur l’ensemble des gouttes contaminées, nous n’observons pas de variation significative des contaminations avec l’augmentation de Q_h, mais leur fréquence diminue. Dans les autres cas, les contaminations semblent légèrement diminuer avec l’augmentation de Qh.

Dans le cas d’une lubrification continue du tuyau, nous observons deux ordres de grandeur de contamination. Ce satellite peut suivre la goutte formée, et fusionner avec elle plus tard ou encore retomber dans le puits dont il est issu, dans ces deux cas aucune contamination n’est observée. En revanche, ce satellite peut aussi se retrouver piégé momentanément sur la surface lubrifiée de l’extrémité du tuyau et soit contaminer le puits suivant (observé dans moins de 0.1% des cas), soit être entraîné par une des gouttes suivantes (observé dans un quart des cas, toujours pour la goutte en position n=+1). La formation d’un tel satellite est connue et l’ordre de grandeur de sa taille attendue est le même (1nL soit 0.1mm de diamètre) [100][102]. La taille de ces satellites ne semble pas être affectée par le débit de lubrification, en revanche leur probabilité de fusion avec la goutte n=+1 semble diminuer avec l’augmentation de ce débit. Dans les cas où les contaminations sont plus faibles (quelques dizaines de pL en Vse), nous observons une légère décroissance du Vse avec l’augmentation du débit de lubrification.

Dans le cas d’une lubrification par la présence d’un film d’huile fluorée uniquement sur la surface du milieu de chaque puits de la plaque multi-puits, nous ne mesurons pas de contamination causée par des gouttes satellites de 1nL. Nous mesurons une contamination systématique, indépendante de l’épaisseur

1 10 100 1000 10000 0 10 20 30 40 50 Vse n = +1 (p L)

Débit en huile fluoré (mL/h)

contamination par satellite pas de satellite observé 37% 21% 34% 29% 17%

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d’huile fluorée, et inférieure aux contaminations dans le cas d’une lubrification continue de l’extrémité du tuyau (figure III-17).

Figure III-17 : Evaluation des contaminations entre gouttes immédiatement voisines lors de la génération dans le cas d’une

lubrification par présence d’un film d’huile fluorée sur la surface du milieu prélevé. Pour chaque épaisseur de film, nous avons mesuré 158 répliquas. Ces contaminations sont indépendantes de l’épaisseur du film et sont du même ordre de grandeur que les contaminations dans le cas d’un débit maximal. Ces échanges sont très variables mais systématiques.

La taille de ces contaminations ne permet pas une mesure directe des transferts de PS ou de E. coli

Δflu, néanmoins nous avons pu évaluer l’ordre de grandeur des transferts de E. coli Δflu en mesurant la

croissance bactérienne des gouttes puits pendant l’incubation. Pour ces expériences, aucune jonction n’a été utilisée entre les tuyaux de génération et d’incubation (il s’agit d’un unique tuyau qui a été coupé après la génération) et les paramètres de lubrification ont été fixés à un débit de 20mL/h ou une épaisseur de film de 2mm. En mesurant le retard à la croissance des gouttes contaminées, nous pouvons distinguer les gouttes contaminées pendant la génération des gouttes contaminées pendant l’incubation. Pour les transferts durant la génération, nous pouvons évaluer le Vse grâce à la mesure de ce temps de retard à la croissance car nous connaissons le moment du transfert en question (ce qui n’est pas le cas pour les contaminations dues à l’incubation). Ce temps de retard nous informe en effet sur la taille de l’inoculum du transfert et donc sur le volume transféré. Pour avoir une relation fiable entre l’inoculum et le volume transféré, il nous faut nous placer à concentration en bactéries proche de la saturation (ici 500bactéries/nL), ce qui conditionne une croissance rapide des gouttes sources et donc une mesure peu précise du temps de retard. Nous avons donc évalué le Vse en faisant varier la concentration en bactéries et en comparant la proportion de gouttes contaminées à la distribution de Poisson attendue avec les paramètres obtenus dans le cas du FS (figure III-18).

0 10 20 30 40 0 1 2 3 4 5 6 Vse n =+ 1 (p L)

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Figure III-18 : Parmi les gouttes contaminées biologiquement lors de la génération, nous distinguons les différents cas de

contaminations (satellite ou non) et évaluons le pourcentage de gouttes n=+1 contaminées dans chaque cas par rapport à l’ensemble des gouttes n=+1. Avec le Vse déterminé plus tôt et leurs proportions respectives, nous modélisons leur proportion attendue. Globalement les résultats concordent, mais on observe une diminution de 50% du Vse biologique dans les cas sans satellite. Les contaminations à la génération ne semblent donc pas transférer de manière identique le FS et les bactéries.

Si les résultats concordent pour les transferts de FS et de bactéries via les gouttes satellites observées (Vse=1nL), ce n’est pas le cas pour les transferts plus faibles (10pL<Vse <100pL) où le Vse mesuré pour les bactéries est plus faible que celui pour le FS (figure III-19) . Le processus responsable des échanges entre gouttes n’agit donc pas de la même manière pour des molécules et des corps plus volumineux. Une hypothèse raisonnable serait de supposer qu’il apparait un phénomène de mouillage au moment de la génération en plus de la formation de gouttes satellite. Nous avons par la suite choisi de travailler avec la méthode de lubrification impliquant un film de 2mm d’huile fluorée et d’appréhender les transferts à la génération avec le FS.

Génération Dripping Satellite (nL) Dripping standard (pL) Film (pL)

Vse (FS) 1.1±0.4 31±27 19±8

Vse (E. coli Δflu ) 1.0±0.5 15±8 10±5

Figure III-19 : Résumé des Vse obtenus dans les différents cas de lubrification de génération.

0% 20% 40% 60% 80% 100% 0.01 0.1 1 10 100 1000 Pr o p o rtion d e s go u tt e s n =+ 1 co n tam in é e s (% ) bactéries/nL

modele dripping satellite modele dripping standard modele film

dripping satellite dripping standard film

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