Les mécanismes de la motilité bactérienne et du chimiotactisme sont relativement bien connus au niveau de la cellule dans les environnements homogènes; cependant, la façon dont une population entière de cellules se déplace à l'échelle macroscopique dans des environnements hétérogènes soulève encore des questions fondamentales. L'étude du comportement d'une population d'Escherichia coli dans des gradients d'oxygène dans le volume d’une solution montre que les bactéries sont capables d'adapter leur motilité et s’auto-assemblent collectivement pour former des motifs macroscopiques. Soumis à la gravité, ces motifs deviennent instables et peuvent être étudiés comme des instabilités de Rayleigh-Taylor. De la même manière, en observant la morphogenèse des biofilms flottants de Bacillus subtilis, nous détectons certains types d'auto-assemblages de bactéries à l'interface liquide-air qui sont alors soumis à un processus de bioconvection. Ainsi, la présence des bactéries dans la solution modifie localement les propriétés de l'environnement qui agissent à leur tour sur le comportement des cellules. Cette interaction entre la population de bactéries et les hétérogénéités de l'environnement joue un rôle important dans le conditionnement et la structure du biofilm.