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Accueil > Groupes de Recherche > Particules, Sprays et Combustion > Transferts, écoulements et suspensions biologiques > Dynamique collective de nageurs actifs

Dynamique collective de nageurs actifs

21 janvier 2013

Participants permanents : Eric Climent, Olivier Praud, Pascal Fede, Franck Plouraboué

collaborateurs : M. Durham Oxford Univ, R. Stocker MIT - USA, X. Druart, INRA Tours, P. Degond Imperial College, London UK, X. Descombes, INRIA, Sophia-Antipolis.

Cette activité s’intéresse aux comportements de micro-nageurs biologiques.

D’une part, nous nous intéressons au phytoplancton qui est responsable d’environ la moitié de la production d’oxygène mondiale, et qui est la base
de la pyramide nutritive marine. La distribution spatiale de ces organismes
unicellulaires est hétérogène à presque toutes les échelles.

Nous avons montré que deux ingrédients simples qui sont présents dans tous les océans sont suffisants pour générer
d’importantes hétérogénéités à petite échelle dans la distribution du phytoplancton : l’assymétrie des cellules et le cisaillement. En ensemençant un écoulement turbulent généré par simulation directe avec des cellules gyrotactiques lagrangiennes (Points blanc sur la figure ci-dessus) nous avons exploré l’espace des paramètres associés au phytoplancton marin. Chaque individu peut activement déterminer sa tendance à l’accumulation en contrôlant sa morphologie et sa vitesse de nage.

Enfin nous nous intéressons à la dynamique collective qui se produit dans le sperme. Cette activité se situe dans le cadre du projet MOTIMO (http://perso.math.univ-toulouse.fr/...) coordonné par Pierre Degond de l’IMT (UMR CNRS 5219).

Nous nous intéressons à la modélisation numérique, la caractérisation expérimentale et la compréhension théorique d’effets collectifs connus dans le sperme sous le nom de ’mobilité massale’ par les biologistes de la fertilité. Notre projet est lié à des préoccupations de détermination de scoring de fertilité sur des prélèvements pour insémination ovine.

Du point de vue expérimental nous observons, caractérisons et analysons la rhéologie des différents composants du sperme (plasma, mucus, sperme pur)
et la dynamique des volutes collectives apparaissant dans la mobilité massale.
Nous cherchons à comprendre l’origine de ces mouvements collectif et les mécanismes de couplages des interactions entre nageurs via le fluide.

Du point de vue numérique nous modélisons, dans le cas de fluides porteurs Newtoniens, l’interaction entre des particules actives complexes modélisées par l’assemblage de formes simples (sphères, ellipses, Cf figure ci-dessus) dont les dynamiques propres interagissent pour créer des états collectifs auto-organisés.

Publications

  • Gyrotaxis in a Steady Vortical Flow, William M. Durham, Eric Climent, Roman Stocker, Physical Review Letters, 106, (n° 3), pp. 238102-1-238102, (2011) .