Les microorganismes présentent des comportements collectifs qui émergent des interactions qui se produisent à l’échelle individuelle. Dans le cas des suspensions concentrées (fraction volumique > 50%) les effets stériques deviennent dominants. C’est le cas du sperme de bélier sur lequel cette étude a principalement porté. Nous avons étudié certains aspects hydrodynamiques liés à la rhéologie du sperme et à la rhéotaxie. Nous montrons un comportement rhéo-fluidifiant en loi de puissance du liquide séminal reproductible d’un in- dividu à l’autre. Nous avons aussi mis en évidence qu’un contrôle chimique peut fortement affecter le comportement rhéotactique des spermatozoı̈des chez l’ovin et chez l’homme. Nous avons par ailleurs étudié la dynamique collective de la semence confinée dans des chambres d’épaisseur contrôlée en apportant des éclaircissements sur l’origine et la caractérisation du comportement turbulent observé. Nos résultats montrent que certaines caractéristiques de la turbulence bidimensionnelle se manifestent (loi de puissance du spectre d’énergie des vitesses, loi de séparation des traceurs passifs) que nous interprétons comme résultant d’une stratification laminée de l’écoulement par les interactions stériques à forte concentration. Enfin, nous avons développé et breveté un système micro-fluidique dans lequel une mise en rotation spontanée de la semence apparaı̂t. Nous avons analysé ce phénomène et l’avons relié à une transition de phase d’orientation cohérente avec une modélisation de type Self-Organized-Hydrodynamics. De plus nos résultats montrent une bonne corrélation entre la vitesse de rotation et la note de mobilité massale, donnant des perspectives d’applications pour la prédiction de la fertilité à ce dispositif. / Microorganisms exhibit collective behaviors that emerge from interactions occurring at the individual scale. In the case of high concentrated suspensions (volume fraction > 50%) steric effects become dominant. This is the case of ram semen on which this study focused. We first studied some hydrodynamic aspects related to the semen rheology and rheotaxis. We show a reproducible seminal plasma power law shear-thinning behavior from one subject to another. We have also highlighted that a chemical control can strongly affect the rheotactic behavior of sperms in the ovine and humans. We also studied the collective dynamics of the semen in chambers of control depth by providing clarification on the origin and characterization of the observed turbulent behavior. Our results show that some characteristics of two-dimensional turbulence occur (power law of the velocity energy spectrum, the pair-particles separation law ) that we interpret as the result of a stratification laminated flow induced by steric interactions at high concentration. Finally, we have developed and patented a micro-fluidic system in which a spontaneous spin-up appears. We analyzed this phenomenon and we connect it to a coherent orientation phase transition with a Self-Organized-Hydrodynamics modeling. In addition, our results show a good correlation between the speed and scoring of mass mobility, giving opportunities for application of the prediction of fertility for this device.

Le transport des micro-organismes, comme par exemple les bactéries, par un fluide se retrouve au centre de thématiques de recherche dans des domaines aussi variés que de la biologie, l’écologie, l’ingénierie et la médecine.Ce manuscrit résume mon étude expérimentale du couplage entre le mouvement microscopique de la nage des bactéries et le mouvement advectif de l’écoulement.La première partie du manuscrit porte sur la rhéologie des suspensions d’E. coli sous faible taux de cisaillement. Pour cette condition, j’ai montré que les perturbations hydrodynamiques induites par la nage réduisent fortement la viscosité. Cet effet peut-être si important pour qu’il soit suffisant pour compenser entièrement la perte visqueuse due au cisaillement.La seconde partie traite des expériences d’écoulement réalisées dans un canal capillaire. Pour cette géométrie, j’ai examiné le couplage pour des écoulements caractérisés par un plus fort taux de cisaillement. Le suivi des trajectoires et le dénombrement des bactéries m’ont permis de mettre en évidence l’existence d’une composante de vitesse normal à la direction de l’écoulement. Cette dernière montre que les bactéries suivent des trajectoires hélicoïdales qui s’enroulent autour du centre du capillaire d’une façon antihoraires. Cette nouvelle composante est corrélée à la migration préférentielle des bactéries dans une couche de localisation proche de la paroi du canal.Les couplages rhéotactiques bactéries/fluide que j’ai étudiés doivent avoir des conséquences potentielles sur le transport en géométries plus complexes qui mériteraient une étude particulière. / The question of transfer and spreading of living microorganisms, such as motile bacteria, is of interest in biology and ecology, but also in engineering and medicine.The way in which the background flow affects the behavior of these bacteria and how it impacts the bacterial transport through complex systems and on the macroscopic properties of the fluid remains unclear and little studied.In this thesis, I present an experimental investigation of the coupling between the local bacteria-driven motion and the fluid advection.In a first part, I investigate the rheological response of E. coli suspensions when subjected to weak flows (low shear rates). I show that, in particular conditions, the microscopic perturbations caused by the bacteria highly impact on the macroscopic viscosity of the suspension, leading to a striking viscosity decrease and eventually overcoming the dissipative effects due to viscous loss. I also identify the relevant time scales defining this viscosity decrease.In a second part, I perform experiments in a capillary channel and analyze the coupling for stronger flows (higher shear rates), at which bacteria were found not to impact on the macroscopic viscosity. Instead, by analyzing the bacterial trajectories under flow, I evidence a breakage of the symmetry of this trajectories which, characterized by a preferential migration, causes the localization of the bacteria in a layer that extends over a significant distance from the surface, and thus potentially influencing the bacterial transport in complex systems