{"id":6981,"date":"2021-09-16T16:41:56","date_gmt":"2021-09-16T14:41:56","guid":{"rendered":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/?p=6981"},"modified":"2021-12-20T16:39:46","modified_gmt":"2021-12-20T15:39:46","slug":"journee-dun-chercheur-pietro-de-anna","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wp.unil.ch\/geoblog\/2021\/09\/journee-dun-chercheur-pietro-de-anna\/","title":{"rendered":"Journ\u00e9e d\u2019un chercheur \u2013 Pietro de Anna"},"content":{"rendered":"\n
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Pietro de Anna, Institut des sciences de la Terre<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Notre environnement et les interactions qui le r\u00e9gissent sont au c\u0153ur des questions que diff\u00e9rentes \u00e9quipes de la FGSE cherchent \u00e0 r\u00e9soudre. Ces interactions conditionnent la qualit\u00e9 et le rythme des grands cycles biog\u00e9ochimiques dans le sol : l\u2019apparition et la d\u00e9gradation des nutriments, des min\u00e9raux, mais aussi des polluants.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

Pietro de Anna, promu professeur associ\u00e9 \u00e0 l\u2019Institut des sciences de la Terre<\/a> , apporte une nouvelle perspective \u00e0 ces questions. Physicien th\u00e9oricien de formation, le professeur de Anna int\u00e8gre aujourd’hui une approche exp\u00e9rimentale \u00e0 l\u2019\u00e9tude des interactions, entre la physique, la chimie et la microbiologie : il se place \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de la bact\u00e9rie dans son environnement. C\u2019est \u00e0 cette \u00e9chelle que se tissent la plupart des r\u00e9actions g\u00e9o-bio-chimiques qui contr\u00f4lent les ph\u00e9nom\u00e8nes globaux (comme les cycles). La bact\u00e9rie est un micro\u00e9l\u00e9ment de la grande chaine qui gouverne l\u2019environnement et la vie sur Terre, dont Pietro de Anna cherche \u00e0 comprendre le comportement. Il nous a ouvert les portes de son laboratoire.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Imaginez que vous \u00eates une bact\u00e9rie, et que vous vous d\u00e9placez dans le sol\u2026 Vous n\u2019y \u00eates pas ? Suivez donc le guide.<\/p>\n\n\n\n

Une bact\u00e9rie dans une goutte d\u2019eau<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Vous vous repr\u00e9sentez peut-\u00eatre un laboratoire de g\u00e9ochimie ou de microbiologie environnementale avec de grands flacons contenant diverses mixtures et suspensions. C\u2019est dans ce genre de fiasques de plusieurs d\u00e9cilitres que sont souvent \u00e9tudi\u00e9es les populations et les communaut\u00e9s bact\u00e9riennes. Un volume immense par rapport \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de la bact\u00e9rie \u2013 qui se situe autour du microm\u00e8tre (\u00b5m), c\u2019est-\u00e0-dire d\u2019un millioni\u00e8me de m\u00e8tre. Cela \u00e9quivaut \u00e0 \u00e9tudier un \u00eatre humain nageant au milieu d\u2019un oc\u00e9an, ou perdu seul dans un d\u00e9sert. Assez loin de la r\u00e9alit\u00e9 \u00ab ressentie \u00bb par l\u2019individu en somme. Ces fiasques constituent par ailleurs uniquement un milieu homog\u00e8ne. On y examine l\u2019\u00e9volution temporelle d\u2019une ou plusieurs grandeurs \u2013 comme le pH, ou la concentration en oxyg\u00e8ne, la population d\u2019une esp\u00e8ce microbienne, par exemple. Cette approche classique de la microbiologie environnementale et de la g\u00e9ochimie \u2013 bas\u00e9es sur des syst\u00e8mes bien m\u00e9lang\u00e9s \u2013 permet de comprendre un syst\u00e8me microbiologique et ses relations avec la chimie de son environnement. D\u2019un autre c\u00f4t\u00e9, cette approche n\u00e9glige la variabilit\u00e9 spatiale de l\u2019environnement naturel.<\/p>\n\n\n\n

\u00c0 tr\u00e8s petite \u00e9chelle, les bact\u00e9ries et les composantes chimiques qui sont transport\u00e9es dans les sols font face \u00e0 beaucoup de barri\u00e8res et de surfaces. Le sol se pr\u00e9sente comme un milieu irr\u00e9gulier : pH, nutriments et oxyg\u00e8ne varient dans l\u2019espace et avec le temps. Le sol est donc pour la bact\u00e9rie un espace h\u00e9t\u00e9rog\u00e8ne (donc, variable) et confin\u00e9 (entre les grains solides qui constituent sa matrice). C\u2019est l\u2019impact de ces deux facteurs, h\u00e9t\u00e9rog\u00e9n\u00e9it\u00e9 et confinement<\/em>, sur le comportement macroscopique d\u2019un syst\u00e8me environnemental que Pietro de Anna essaie de comprendre.<\/p>\n\n\n\n

Pour d\u00e9crire le transport des microorganismes, des collo\u00efdes et des solut\u00e9s dans des conditions plus proches de \u00ab la vraie vie du sol \u00bb, Pietro de Anna et son \u00e9quipe ont d\u00e9velopp\u00e9 des techniques de pointe dans le Laboratoire de m\u00e9canique des fluides environnementale<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

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Les microfluidiques<\/strong>, faites en PDMS (un polym\u00e8re organo-min\u00e9ral), recr\u00e9ent des milieux confin\u00e9s simplifi\u00e9s, remplis d’obstacles dont la taille et la forme sont fa\u00e7onn\u00e9es \u00e0 volont\u00e9. Ces micromaquettes sont une mani\u00e8re d\u2019\u00e9lucider les processus souterrains au niveau microscopique.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Passer du micro au macro<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

Gr\u00e2ce \u00e0 des micromaquettes transparentes (microfluidiques) creus\u00e9es de mani\u00e8re contr\u00f4l\u00e9e et coll\u00e9es sur des lames en verre, l\u2019\u00e9quipe suit en temps r\u00e9el la pr\u00e9sence et le transport de bact\u00e9ries, solut\u00e9s ou suspensions collo\u00efdales, inject\u00e9es \u00e0 pression ou d\u00e9bit contr\u00f4l\u00e9s. Avec un microscope muni d\u2019une cam\u00e9ra num\u00e9rique \u00e0 haute r\u00e9solution (video-microscopy), il est possible de mesurer et localiser le transport de ces \u00e9l\u00e9ments, leur filtration par le milieu, la consommation d\u2019oxyg\u00e8ne, etc.<\/p>\n\n\n\n

Comment relier les m\u00e9canismes \u00e0 petite \u00e9chelle avec leurs cons\u00e9quences observ\u00e9es au niveau macroscopique ? Les th\u00e9ories classiques de m\u00e9lange et transport ne parviennent pas \u00e0 combler cette br\u00e8che, \u00e0 r\u00e9aliser cette liaison entre \u00e9chelles tr\u00e8s diff\u00e9rentes (ou upscaling). Pietro de Anna travaille \u00e0 am\u00e9liorer ces mod\u00e8les th\u00e9oriques, afin de pouvoir pr\u00e9dire les r\u00e9sultats observ\u00e9s. Les exp\u00e9riences men\u00e9es ici en laboratoire permettent d\u2019une part de quantifier ces m\u00e9canismes de petite \u00e9chelle et d\u2019autre part de valider ou non les nouveaux mod\u00e8les th\u00e9oriques.<\/p>\n\n\n\n

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Par vid\u00e9o-microscopie<\/strong>, l\u2019\u00e9quipe observe les mouvements microscopiques. Des images sont acquises avec un microscope optique \u00e0 une fr\u00e9quence contr\u00f4l\u00e9e. Si n\u00e9cessaire, la temp\u00e9rature du syst\u00e8me est contr\u00f4l\u00e9e et ajust\u00e9e en fonction de l\u2019exp\u00e9rience. L\u2019objectif global est de d\u00e9m\u00ealer les liens complexes qui existent entre deux \u00e9chelles : ce qui se d\u00e9roule au niveau microscopique et les observations macroscopiques.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Par exemple, dans un article publi\u00e9 r\u00e9cemment dans Nature Physics<\/a><\/em>, Pietro de Anna et collaborateurs ont montr\u00e9 que les gradients chimiques \u00e0 tr\u00e8s petite \u00e9chelle \u2013 au niveau de pores microscopiques \u2013 modulent le mouvement de dispersion globale des bact\u00e9ries. Cette avanc\u00e9e a \u00e9t\u00e9 possible gr\u00e2ce \u00e0 un syst\u00e8me de microfluidique constitu\u00e9 d’une distribution al\u00e9atoire d’obstacles cylindriques \u00e0 section circulaire ou en forme de croissant. Ce mod\u00e8le simule des sols naturels pour capturer le d\u00e9sordre d’\u00e9coulement et les gradients chimiques \u00e0 l’\u00e9chelle des pores. Les bact\u00e9ries parviennent \u00e0 exploiter des microgradients pour profiter de micropoches de nutriments, modifiant ainsi la dispersion globale de la population bact\u00e9rienne dans le milieu. Il s’agit d’une nouvelle d\u00e9monstration que la dynamique \u00e0 grande \u00e9chelle est souvent d\u00e9termin\u00e9e par le comportement des micro-organismes au niveau des individus \u2013 en particulier, les comportements visant \u00e0 d\u00e9tecter et \u00e0 exploiter les gradients de ressources et \u00e0 am\u00e9liorer l’absorption des ressources.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Un monde microscopique \u00e0 d\u00e9couvrir<\/strong><\/h5>\n\n\n\n

On sait encore tr\u00e8s peu de choses sur l\u2019univers de bact\u00e9ries : on estime que seulement 1% des bact\u00e9ries existantes sont connus, et que seulement 1% de celles-ci peuvent \u00eatre \u00e9tudi\u00e9es en laboratoire. Pietro de Anna transmet son enthousiasme aux \u00e9tudiant\u00b7es, pour qui il a d\u00e9velopp\u00e9 un laboratoire didactique, gr\u00e2ce \u00e0 un fonds FIP (Virtual Didactic laboratory<\/a><\/em>). Cela les aide \u00e0 mieux appr\u00e9hender les \u00e9quations complexes vues en cours.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

Ce qui se passe \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de la bact\u00e9rie peut donc nous aider \u00e0 comprendre des ph\u00e9nom\u00e8nes globaux comme les cycles biochimiques, la remin\u00e9ralisation, la bior\u00e9m\u00e9diation (la d\u00e9contamination de milieux pollu\u00e9s, notamment \u00e0 l\u2019aide de microorganismes) et l’ampleur de ces ph\u00e9nom\u00e8nes. Comprendre le transport et le m\u00e9lange de bact\u00e9ries dans le sol pourra peut-\u00eatre aussi aider \u00e0 mieux comprendre comment les g\u00e8nes vont passer d\u2019une population \u00e0 l\u2019autre \u2013 ce qu\u2019on appelle le transfert horizontal.  La transmission de g\u00e8nes entre bact\u00e9ries joue un r\u00f4le particuli\u00e8rement important pour les populations humaines si on pense aux g\u00e8nes responsables de la r\u00e9sistance aux antibiotiques. Le taux de transferts va, tr\u00e8s probablement, d\u00e9pendre de processus \u00e0 tr\u00e8s petites \u00e9chelles, que les exp\u00e9riences men\u00e9es dans ce laboratoire contribuent \u00e0 \u00e9lucider.<\/p>\n\n\n\n

Pour en savoir davantage, jetez un \u0153il \u00e0 Environmental Fluid Mechanics<\/a><\/em> qui montre les derniers r\u00e9sultats de l\u2019\u00e9quipe. Laissez-vous s\u00e9duire par la beaut\u00e9 de la recherche \u00e0 l\u2019\u00e9chelle microscopique ! <\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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