Descriptif
Le fonctionnement de nombreux processus physiologiques essentiels, tels que la contraction musculaire et la motilité cellulaire, repose principalement sur des mécanismes à l’échelle nanométrique impliquant des interactions entre protéines. À ces échelles, l’effet des fluctuations thermiques ne peut pas être négligé ; par conséquent, la modélisation de ces processus nécessite des outils issus de la mécanique statistique.
L’objectif de ce cours est de présenter ces outils à travers la modélisation de composants essentiels au fonctionnement et à la motilité des cellules.
Le cours alterne entre des cours magistraux et des travaux dirigés, avec quelques séances de travaux pratiques numériques.
Après une introduction générale au fonctionnement cellulaire et à la motilité cellulaire, nous introduirons les bases de la mécanique statistique, qui nous permettront de quantifier des processus physiques importants aux petites échelles, tels que la diffusion, les forces stochastiques, etc. Nous aborderons également la physique des polymères et des membranes, nécessaire pour comprendre les déformations en jeu dans une cellule. Après avoir décrit la motilité cellulaire — adhésion cellulaire, contractilité des moteurs moléculaires, croissance du réseau d’actine —, nous prendrons du recul afin de décrire le comportement des tissus à des échelles plus grandes.
L’évaluation finale repose sur un examen écrit et sur une présentation orale d’un article.
Objectifs pédagogiques
À la fin du cours, les étudiants devront être capables de comprendre les concepts de base de la mécanique statistique — diffusion, forces stochastiques, fonction de partition, forces entropiques —, de formuler et de simuler des modèles simples — marches aléatoires, équations aux dérivées partielles — et de décrire les résultats associés.
Ils devront également être capables de lire de manière critique un article scientifique portant sur la biophysique cellulaire ou subcellulaire faisant intervenir la mécanique statistique, en particulier dans le domaine de la motilité cellulaire.
- Cours magistral : 14
- Petite classe : 14
- Contrôle de connaissance : 3
- Oral : 3
effectifs minimal / maximal:
/18Diplôme(s) concerné(s)
Parcours de rattachement
Format des notes
Numérique sur 20Littérale/grade américainPour les étudiants du diplôme M2 BME - Ingénierie BioMédicale
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 7
- Crédits ECTS acquis : 3 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Pour les étudiants du diplôme AUDITEURS - IP Paris
Le rattrapage est autorisé (Note de rattrapage conservée)- le rattrapage est obligatoire si :
- Note initiale < 7
- le rattrapage peut être demandé par l'étudiant si :
- Note initiale < 7
- Crédits ECTS acquis : 3 ECTS
La note obtenue rentre dans le calcul de votre GPA.
Programme détaillé
1-Introduction au fonctionnement cellulaire et à la motilité cellulaire, ordres de grandeur
2-Bases de la mécanique statistique : ensemble microcanonique, ensemble canonique. Fonction de partition. Distribution de Maxwell-Boltzmann. Pression comme force entropique.
3-Diffusion, équation de Langevin, introduction au transport actif
4-Réaction-diffusion, auto-organisation, formation de motifs
5-Mécanique statistique des polymères, chaîne gaussienne, chaîne librement articulée. Tension d’un polymère comme force entropique
6-Membranes cellulaires. Hamiltonien de Helfrich. Énergie de déformation. Force entre inclusions dans la membrane.
7-Motilité cellulaire. Écoulement du réseau d’actine. Tenseur des contraintes. Équation du mouvement de la cellule. Comportement d’un tissu.