rencontre du non-lin´eaire 2020 1
Pi´ egeage actif de micro-nageurs dans une mousse
Florence Elias1, Quentin Roveillo1, Julien Dervaux1, Yuxuan Wang1, Florence Rouyer2, Drazen Zanchi1
& Laurent Seuront3
1 Laboratoire Mati`ere et Syst`emes Complexes, Univ. Paris et CNRS UMR 7057
2 Laboratoire Navier, CNRS UMR 8205, Marne-la-Vall´ee
3 Laboratoire d’Oc´eanologie et de G´eosciences, CNRS UMR 8187, Wimereux florence.elias@u-paris.fr
Active trapping of swimming micro-algae in a foam
F. Elias
1, Q. Roveillo
1, J. Dervaux
1, Y. Wang
1, F. Rouyer
2, D. Zanchi
1, L.
Seuront
31Laboratoire Matière et Systèmes Complexes, Université de Paris & CNRS UMR 7057, Paris, France
2Laboratoire Navier, CNRS UMR 8205, Marne-la-Vallée, France
3Laboratoire d’Océanologie et de Géosciences, CNRS UMR 8187, Wimereux, France E-mail: florence.elias@univ-paris-diderot.fr
Fig. 1: Sedimentation of motile algae in a liquid foam. Left: sketch of the experiment; middle: time- evolution of the number of algae escaped from the foam; right: sketch of the microfluidic chamber having the shape of the cross-section of a foam internal channel (A) and probability distribution of a swimming micro-algae in the chamber (B).
Inspired by the problematics of the consequences of aquatic foams for planktonic ecosystems, we have studied, in the laboratory, the sedimentation of a swimming microalgae within a liquid foam. The model unicellular bi-flagellated algaeChlamydomonas reinhardtii(CR) was incor- porated in a foam stabilized with bio-compatible egg white proteins, and the number of cells escaping the foam at the bottom was measured in time.
A freshly formed foam is an out of equilibrium dynamic system: because of gravity, the liquid in the foam flows downwards, advecting solid particles that are smaller than the diameter of the foam internal channels. The cells eventually reach the underlying liquid below the foam, escap- ing the foam. Comparing the escape dynamics of living and dead CR cells, we find that dead cells are totally advected by the flow of liquid towards the bottom of the foam, as expected since the CR diameter (typically 10µm) remains smaller than the typical foam channel diameter. In contrast, living motile CR cells escape the foam significantly much slower: a relevant fraction of the injected number of cells remains blocked in the foam at long times, while 95 % of the initial liquid volume in the foam has been drained out of the foam.
Microscopic observation of the swimming CR cells in a microfluidic chamber having the shape of the cross-section of the foam internal channels revealed that the probability distribution of the swimming CR cells is larger close to the corners of the channels. This trapping at the microscopic scale could contribute to explain the macroscopic retention of the microswimmers in the foam.
Figure 1.S´edimentation de micro-algues motiles dans une mousse liquide. A gauche : principe de l’exp´erience ; au centre : dynamique d’´evolution du nombre d’algues ´echapp´ees de la mousse ; `a droite : (A) sch´ema d’un micro- puits ayant la forme de la section d’un canal de mousse (bord de Plateau), et (B) distribution de probabilit´e d’un micronageur dans le puits.
En nous inspirant de la probl´ematique de la production massive de mousses aquatiques et de leurs cons´equences sur les ´ecosyst`emes planctoniques, nous avons ´etudi´e en laboratoire la s´edimentation d’un micronageur dans une mousse liquide. Nous avons incorpor´e l’algue mod`ele unicellulaire bi-flagel´eeChla- mydomonas reinhardtii (CR) dans une mousse stabilis´ee avec des prot´eines biocompatibles, et mesur´e la dynamique de s´edimentation de cellules hord de la mousse. Une mousse fraˆıchement form´ee est un syst`eme dynamique hors ´equilibre : en raison de la gravit´e, le liquide contenu dans la mousse s’´ecoule vers le bas, advectant des particules solides. Les cellules s’´echappent ainsi de la mousse lorsqu’elles atteignent le liquide sous-jacent. En comparant la dynamique d’´echappement des cellules CR vivantes et mortes, on constate que les cellules mortes sont totalement advect´ees par le flux de liquide vers le fond de la mousse, comme attendu pour des particules solides passives de cette taille (∼10 µm). En revanche, les cellules CR vivantes motiles s´edimentent beaucoup plus lentement : une fraction significative de cellules reste bloqu´ee dans la mousse aux temp longs, alors que 95 % du volume de liquide contenu initialement dans la mousse a ´et´e ´evacu´e. En observant a nage des cellules CR dans des micro-puits ayant la forme de la section d’un bord de Plateau, nous avons montr´e que les micronageurs ont une probablilit´e de pr´esence importante dans les coins des micropuits. Ce pi´egeage `a l’´echelle microscopique pourrait expliquer en partie la r´etention macroscopique des micro-nageurs dans la mousse.
R´ ef´ erences
1. Q. Roveillo, J. Dervaux, Y. Wang, F. Rouyer, D. Zanchi, L. Seuront & F. Elias, Unexpected trapping of swimming microalgae in foam,preprint, https ://hal.archives-ouvertes.fr/hal-02446242 (2020).
c Non Lin´eaire Publications, Avenue de l’Universit´e, BP 12, 76801 Saint- ´Etienne du Rouvray cedex
