Théorie de la matière molle et vivante

Mécanique non linéaire des réseaux de biopolymères.

Principal investigator: P. Ronceray
PhD Student: Andonis Gerardos, Arthur Coët
Postdoc: Yuri Zhang

Les réseaux de biopolymères rigides et enchevêtrés jouent un rôle central dans les propriétés mécaniques de la matière biologique, du cytosquelette cellulaire à la matrice extracellulaire. Ces réseaux contribuent à l'intégrité mécanique de la matière vivante et permettent la transmission des forces depuis les moteurs moléculaires jusqu’à l'échelle du tissu. Il est important de noter qu'aux niveaux de contraintes pertinents pour la biologie, les propriétés mécaniques de ces assemblages désordonnés d'objets fibreux quasi-unidimensionnels sont très différentes de celles des matériaux élastiques habituels. En effet, ils ont tendance à répondre de manière non linéaire aux contraintes, en raison à la fois des propriétés des filaments individuels et des modes de déformation collectifs émergents contrôlés par la connectivité et le désordre du réseau. Par le biais de simulations et de collaborations avec des expérimentateurs, nous étudions les propriétés mécaniques non linéaires fondamentales des réseaux de biopolymères et leur interaction avec le comportement cellulaire. Nous cherchons à répondre à la question suivante : Lorsqu'elles sondent leur environnement complexe, qu'est-ce que les cellules "ressentent" réellement ?

Inférer la dynamique de la matière vivante.

Principal investigator: P. Ronceray
PhD Student: Andonis Gerardos, Arthur Coët
Postdoc: Yuri Zhang

La dynamique des systèmes biologiques, des protéines aux organismes en passant par les cellules, est complexe et stochastique. Pour déchiffrer leurs lois physiques, nous devons faire le lien entre les observations expérimentales et la modélisation théorique. Grâce aux progrès de la microscopie et du tracking, on dispose aujourd'hui d'une abondance de trajectoires expérimentales reflétant ces lois dynamiques. L'inférence de modèles physiques à partir de données expérimentales bruitées et imparfaites est cependant un défi. Notre objectif est de concevoir mathématiquement de nouvelles méthodes pour réaliser une inférence robuste à partir de données expérimentales, puis de mettre en œuvre et d'appliquer ces méthodes pour découvrir de nouvelles propriétés physiques. Nous utilisons une combinaison d’outils issus de la physique statistique, des mathématiques appliquées et du machine learning pour atteindre cet objectif. Nous collaborons avec des expérimentateurs sur un large éventail de systèmes - de la motilité cellulaire à la dynamique du plancton, en passant par le mouvement collectif des poissons - pour appliquer ces techniques d'inférence et les adapter afin qu'elles soient utiles à la communauté de la matière vivante molle.

Encapsulation

Principal investigateur: M. Leonetti

A - Dynamique, forme, plissement et rupture d’une capsule élastique

Doctorant: P. Regazzi

Funding: CNES

L’encapsulation est une manière simple de protéger, transporter et délivrer des principes internalisés mais aussi de structurer l’espace. Cela concerne des domaines très divers comme l’agro-alimentaire, la cosmétique, les nouveaux matériaux pour le bâtiment ou la médecine. Les capsules étudiées sont des gouttelettes limitées par un film fin de polymères (coque) et plongées dans un liquide. Les propriétés structurales et mécaniques de tels objets sont encore mal connues:  lois de comportement, modules élastiques et visqueux, rupture, dynamique... Le comportement de ce système élastique fermé est gouverné par le couplage à l’interface ente le saut de contraintes visqueuses et la réponse élastique de la coque (appelée aussi peau ou membrane suivant le domaine). Il existe peu de résultats expérimentaux.

Nous nous intéressons à la rupture des capsules en fonction de la nature de sa membrane, les instabilités de plissement et la dynamique spatiotemporelle de la forme par une analyse multi-échelle.

B – Interactions entre capsules, comportements collectifs

La forte déformation des capsules en écoulement induit des interactions hydrodynamiques plus complexes qu’entre particules rigides. A cela, il est nécessaire d’ajouter les interactions colloïdales ainsi que la friction, ingrédients clés pour la compréhension de la rhéologie des suspensions de particules rigides. Nous nous proposons d’étudier l’implication de l’ensemble de ces contributions aux cas des interactions binaires et plus largement en suspension.