Évaluation de l`impact de mélanges de bactéries - MaIAGE

Évaluation de l'impact de mélanges de bactéries nageuses
sur la diffusion-réaction au sein d'un biofilm
Mots-clés : biomathématiques, modélisation, biofilm.
Encadrement : Simon Labarthe, Béatrice Laroche, Alain Trubuil, Romain Briandet (INRA Jouy),
Courrier électronique : [email protected], [email protected], [email protected]
Web : http://maiage.jouy.inra.fr/
Contexte biologique
Certaines communautés bactériennes ont la capacité de s'organiser en biofilm. Ces bactéries
peuvent s'agglomérer et se fixer sur une matrice extérieure qu'elles sécrètent elles-mêmes. Elles se
structurent ainsi spatialement de manière à former une configuration macroscopique très solide qui
leur confère une forte résistance aux contraintes extérieures.
Si la constitution de biofilm peut être recherchée dans certains domaines applicatifs (pour la
protection de monuments, par exemple), ces formations bactériennes peuvent aussi entraîner des
désagréments importants dans un nombre important d'applications industrielles. Elles peuvent par
exemple détériorer les dispositifs de filtrage et les canalisations des infrastructures d'adduction
d'eau. Améliorer la connaissance de ces biofilms pour proposer des procédures d'élimination plus
efficaces, moins coûteuse et plus respectueuses de l'environnement est donc un axe de recherche
important. Un des axes de recherche actuel est l'utilisation de bactéries nageuses pour améliorer la
pénétration des substances antibactériennes dans les biofilms.
Objectifs du stage
Les deux principaux objectifs sont : 1) la simulation 3D+T de dynamiques de bactéries nageuses
différant par leur comportement dynamique, leur taille, leurs interactions au sein d'un biofilm, 2)
la simulation de réaction-diffusion dans un milieu hétérogène dynamique. Le premier point fait
appel à des méthodes de géométrie statistique, d’analyse d’image et de simulation stochastique. Le
second point fait référence à la résolution d’équation de réaction-diffusion-convection sur des
domaines hétérogènes dynamiques. Ces deux points nécessitent le développement d’outils
théoriques et numériques permettant la résolution et l’analyse de ces problèmes. Deux codes sont
donc attendus : 1) un code permettant de simuler en 3D+T des dynamiques de bactéries, 2) une
extension du code existant de réaction-diffusion permettant la prise en compte d'un milieu
hétérogène dynamique. Nous sommes déjà en mesure de prendre en compte un milieu hétérogène
stationnaire.
Au travers de ce travail nous pourrons alors évaluer numériquement la perturbation sur la réactiondiffusion induite par différents mélanges de bactéries nageuses au sein d'un biofilm.
Profil
Master 1/2 en mathématiques appliquées, analyse numérique, calcul scientifique, modélisation
mathématique ou équivalent.
Compétences : appétence pour la modélisation appliquée à la biologie, le calcul scientifique, la
programmation, les méthodes numériques de résolution d'EDP.
Déroulement du Stage : le stage se déroulera dans l'unité MaIAGE du centre INRA de Jouyen-Josas (78) selon des modalités à définir en début de stage; durée prévue 4 à 6 mois.