Mécanique et hydrodynamique de systèmes vivants et biomimétiques

Cet axe de recherche s’intéresse à des systèmes biologiques avec une approche de mécanique et physique des systèmes dynamiques.

Membres

Biomécanique des vrilles de plantes

Les vrilles sont les organes qui permettent aux plantes grimpantes de s’attacher aux supports. Leur développement est fortement conditionné par l’environnement et en particulier par des stimuli mécaniques (thigmotropisme). Des expériences mécaniques sur les vrilles synthétiques ont montré que l’inversion de la chiralité de la vrille par l’intermédiaire de la « perversion » (la connexion entre une hélice droite et une gauche) peut être vue comme une transition sous-critique. Il est alors tentant d’analyser les évènements remarquables lors du développement des vrilles vivante (claquages, instabilités, inversions)  dans le langage des systèmes dynamiques non linéaires standards.

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Des hélices pour un moteur à couple constant

Dans ce travail bio-inspiré par les vrilles de la vigne, nous nous intéressons aux hélices en élastomère. Nous montrons que l’inversion de chiralité peut s’opérer de manière continue faisant intervenir la perversion comme soliton entre deux hélices de chiralité opposée. Durant la transition, le couple exercée par l’hélice présente un plateau de Maxwell, pouvant être baptisé “moteur à couple constant”. Ceci ouvre des perspectives vers la bionique des structure filiformes chirales.

Référence : “Traveling Perversion as Constant Torque Actuator”, Émilien Dilly, Sébastien Neukirch, Julien Derr, and Dražen Zanchi, Phys. Rev. Lett. (2023) 131 

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Financements

Projet Emergence “DynaVine”

Collaborations

Julien Derr (ENS, Lyon), Sébastien Neukirch (Laboratoire d’Alembert, SU), Thierry Simonneau, Thierry Lacombe (INRAE, Montpellier).

Approche théorique multi-échelle d’un épithélium

La mécanique d’une monocouche cellulaire résulte principalement de la rhéologie du cortex cellulaire, ce réseau de fibres d’actines activé par des moteurs moléculaires (myosines). Mieux comprendre le lien entre le comportement mécanique à l’échelle du cortex et à celle du tissu permettra de mieux interpréter l’action des stimuli biochimiques telle qu’appréciée à travers des mesures mécaniques macroscopiques dans de nombreuses expériences. Nous mettons en oeuvre une approche numérique (en cours) et une approche analytique (publiée). Cette dernière a montré comment intervient la rhéologie du cortex dans la réponse macroscopique.

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Correspondance entre la rhéologie d'une monocouche et celle du cortex de ses cellules

Afin de cerner la manière dont la rhéologie du cortex des cellules intervient dans la réponse macroscopique d’un épithélium, nous avons construit, sous des hypothèses simples, une correspondance analytique entre les deux échelles.
Dans certains cas, cette correspondance peut s’inverser. Nous montrons que la modélisation de la monocouche doit être 3D pour reproduire certaines rhéologies mesurées. Nous montrons aussi qu’une rhéologie visco-contractile fractionnaire du cortex explique une rhéologie viscoélastique fractionnaire de monocouche à haute fréquence, ce qui a été observé expérimentalement à chacune des deux échelles séparément. Nous espérons susciter des expériences mécaniques nouvelles et inédites sur les monocouches cellulaires.

Référence : “Mapping cell cortex rheology to tissue rheology and vice versa“, Étienne Moisdon, Pierre Seez, François Molino, Philippe Marcq, and Cyprien Gay, Phys. Rev. E (2022)

Thèse soutenues

Collaborations

Philippe Marcq (PMMH, ESPCI, Paris), François Molino (LCC, Univ. Montpellier)

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Dynamique et mécanismes d’adsorption aux substrats solides des bactéries marines

Inspiré par les problématiques de recherche des nouvelles stratégies d’antifouling pour les applications navales, cette collaboration vise à trouver les mécanismes et comprendre la dynamique d’adhésion des espèces qui participent au biofilm pionnier.

L’isolation des espèces participant au biofilm sauvage et la caractérisation par NGS (next generation sequencing) nous ont permis d’identifier une dizaine de bactéries pertinentes. La plus prône à l’adhésion, Vibrio Gigantis, a été étudiée en détail par analyse du métagénome par l’algorithme PICRUSt afin d’identifier ses potentialités pour l’adhésion, la motilité et le quorum sensing. Les expériences de suivi de cinétique d’adsorption ont permis de quantifier la formation de la première couche de biofilm. L’implémentation des expériences sur un dispositif microfluidique permettent le suivi en temps réel dans les conditions contrôlées (flux, oxygène, nutriments).

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Évolution des biofilms de Vibrio Gigantis

La bactérie marine Vibrio gigantis a été identifiée et isolée en tant que représentant majeur des biofilms pionniers sur les surfaces immergées. Après une analyse métagenomique afin d’évaluer les différentes potentialités de la bactérie vis-à-vis de son environnement, nous avons étudié quantitativement l’évolution des biofilms in vitro. Ce travail ouvre les perspectives dans la compréhension des phénomènes collectifs (quorum sensing, mais aussi les interactions physiques, encombrement, etc.) qui régissent l’adhésion et la désorption dans les biofilms en phase initiale.

Référence : “Metagenomic analysis of pioneer biofilm-forming marine bacteria with emphasis on Vibrio gigantis adhesion dynamics“, Luka Gujinović, Ana Maravić, Hrvoje Kalinić, Mia Dželalija, Stefanija Šestanovi, Dražen Zanchi, Ivica Šamanić, Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 217 (2022)

Collaborations

Ivica Šamanić, Ana Maravić, Luka Gujinović (Université de Split), Stefanija Šestanovi (Institut d’Océanographie et de la pêche, Split, Croatie)

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