Academic literature on the topic 'Forces mécaniques'

Introduction : L’application de forces mécaniques sur les dents constitue une part non négligeable du traitement orthodontique. La mécanique la plus utilisée, l’« Edgewise », née il y a 88 ans, s’est imposée à travers le monde. Son invention par E.H. Angle en 1928 représente, pour l’histoire de l’orthodontie, un évènement qui mérite d’être rappelé. Matériels et méthodes : Cet article expose brièvement les raisons qui ont poussé Angle à mettre au point une nouvelle mécanique. Résultats : Pour présenter le premier système mécanique agissant dans les trois plans de l’espace, Angle a montré des schémas et donner des modes d’emploi précis, rappelant à plusieurs reprises que sa mécanique n’est pas compliquée et qu’une étude attentive doit permettre d’en surmonter toutes les difficultés. Discussion : La conception thérapeutique d’Angle n’a été suivie que pendant une courte période, son auteur étant décédé peu de temps après sa présentation. Mais les mécaniques inventées par la suite conservèrent les principes de l’Edgewise, rendant ainsi hommage à une grande invention.

La région incisivo-canine mandibulaire est une clé de voûte mécanique sur laquelle s’exercent d’importantes forces centripètes musculaires et occlusales. En cas de faiblesse dentaire et/ou parodontale, et/ou de contraintes mécaniques exagérées, des situations de déséquilibres peuvent nuire à la stabilité de nos traitements orthodontiques et à la pérennité du parodonte. Nous proposons deux techniques chirurgicales pour prévenir et traiter ces situations : – l’affaiblissement labio-mentonnier chez l’enfant et l’adolescent en croissance; – les corticotomies avec allogreffe osseuse vestibulaire chez l’adulte. Ces deux techniques permettent une prise en charge fonctionnelle du déséquilibre mécanique, améliorent le biotype parodontal, et favorisent le repositionnement des incisives mandibulaires.

Les micro-organismes peuvent coloniser les surfaces environnantes et s’organiser en un film de plusieurs centaines de microns d’épaisseur, appelé « biofilm ». Ils sécrètent une matrice extracellulaire polymérique qui assure une véritable cohésion et protection physique de la colonie, avec des effets qui peuvent être aussi bien bénéfiques que mortels pour son environnement. Nous nous sommes intéressés aux forces mécaniques structurant cette matière vivante solide et contribuant à maintenir son intégrité. Nous avons travaillé sur des biofilms de bactéries flottant à la surface d’un liquide. Nous montrons que ces systèmes ont des propriétés mécaniques originales et remarquables, du fait de leur capacité à croître et proliférer.

La suite d’évènements menant à l’apparition de métastases est appelée « cascade métastatique ». L’étude récente de la composante biomécanique de cette cascade a révélé le rôle central des liquides biologiques dans la dissémination métastatique. Tout en participant au transport des cellules tumorales circulantes et des facteurs qu’elles sécrètent, ces liquides circulants influencent cette cascade par les forces mécaniques qu’ils génèrent. Les propriétés hémodynamiques et les contraintes topologiques de l’architecture vasculaire contrôlent la formation de niches métastatiques et le potentiel métastatique des cellules tumorales.

Introduction : La mécanobiologie, à l’interface entre biologie et biophysique, étudie l’incidence des forces mécaniques sur les tissus, les cellules et les biomolécules. L’application de forces orthodontiques, suivie du déplacement dentaire provoqué, est un exemple marquant de son application clinique. Objectif : L’objectif de cet article était de dresser une revue de la littérature sur le sujet de la mécanobiologie ; de sa mise en évidence au niveau osseux à l’exposé des voies intracellulaires stimulées. Matériels et méthodes : La recherche bibliographique a été menée sur la base de données Pubmed en avril 2018, avec les associations des termes « mechanobiology », « orthodontics », « cell culture », « physiopathology ». Résultats : Trois axes majeurs ont été retenus : la mise en évidence du phénomène et son application dans le domaine de la biologie osseuse, les effecteurs cellulaires de la mécanobiologie et l’exploitation clinique de celle-ci. L’application de la mécanobiologie à l’orthopédie dento-faciale ouvre un champ de réflexion au clinicien sur les futures avancées en orthodontie.

David Julius, 65 ans, professeur à l’université de Californie à Los Angeles (UCLA), et Ardem Patapoutian, 54 ans, professeur à l’institut de recherche Scripps à la Jolla (Californie), ont reçu le prix Nobel de physiologie ou médecine 2021 pour « leurs découvertes des récepteurs de la température et du toucher ». Leurs travaux sur la somesthésie, un sens global qui nous renseigne sur les forces physiques s’exerçant au sein de notre organisme et sur notre peau, ont permis de répondre à une question fondamentale : comment les stimulations thermiques et mécaniques sont-elles converties en signaux électriques dans le système nerveux ? Ces travaux ont conduit à l’identification des canaux ioniques qui sont à l’interface entre notre corps et son environnement.

Les dysfonctionnements vasculaires ou les blessures induites par l'âge, le tabac, les traumatismes ou une hyperlipidémie font partie de la myriade de facteurs de risques qui contribuent à la pathogénèse de nombreuses maladies cardiovasculaires. Un objectif important de la biologie vasculaire est de comprendre les processus cellulaires qui favorisent ou protègent contre ces maladies vasculaires. Cette pathogénèse est étroitement associée avec le dysfonctionnement de la paroi interne des vaisseaux sanguins. Cette paroi est constituée par une monocouche de cellules endothéliales qui forment l'endothélium vasculaire. La réparation de l'endothélium implique le remodelage des adhésions focales (AF) et des jonctions adhérentes (JA). Des modifications dans la composition protéique de ces structures adhésives génèrent des forces qui sont à la base du remodelage et de la réparation de l'endothélium. Dans la littérature, les forces cellulaires sont étudiées sur des cellules isolées, des doublets de cellules ou des ilots de cellules en croissance mais les forces mécaniques qui s'exercent au sein d'un tissu doivent encore être caractérisées. Dans cette thèse, nous utilisons la Microscopie à Traction de Force (TFM) sur des substrats en polyacrylamide pour étudier l'équilibre mécanique entre les jonctions intercellulaires et les adhésions cellule/substrat. Nous analysons dans quel mesure la TFM peut être utilisée pour étudier des monocouches cellulaires et présentons une nouvelle approche pour extraire les forces contractiles exercées par un tissu endothéliale. Finalement, nous utilisons cette méthode pour caractériser les forces transmises par les cellules à leur substrat et les forces contractiles pour une monocouche endothéliale. Cette méthode fournit un outil intéressant pour étudier la contribution de certaines protéines des jonctions adhérentes sur les forces transmises au sein de l'endothélium
Vascular dysfunction or injury induced by aging, smoking, inflammation, trauma, hyperlipidaemia are among a myriad of risk factors that contribute to the pathogenesis of many cardiovascular diseases. An important objective in vascular biology is to understand cellular processes that promote or protect against cardiovascular diseases. This pathogenesis is very closely associated with dysfunction of the inner face of the vessel wall. The inner face of the vessel wall is lined by a monolayer of endothelial cells forming the vascular endothelium. Reparation of the endothelium involves remodelling of focal adhesionns (FA) and adherent junctions (AJ). Modifications in the protein composition of these adhesive structures generate forces at the basis of endothelium remodelling and reparation. In the literature, cellular forces are studied on single cells, epithelial cell doublets or cell aggregates in growth but mechanical forces inside tissues remains to be characterized. In this thesis, we use traction force microscopy (TFM) on polyacrylamide substrates to study the mechanical equilibrium between intercellular junctions and cell/substrate adhesion. We analyse to which extent TFM can be used for studying monolayers and present a novel approach to extract contractile forces exerted by an endothelial tissue. Finally, we use this methodology to characterize forces transmitted to the substrate and the contractile forces of endothelial monolayers. This method provides an interesting tool to study the contribution of some proteins of the adherent junctions to force transmission within the endothelium

Candida albicans est un champignon pathogène de l’Homme qui provoque des infections potentiellement mortelles chez les patients immunodéprimés. J'ai étudié la croissance filamenteuse invasive de C. albicans, en collaboration avec des physiciens, - en particulier les forces mécaniques lors de ce processus -, et quantifié les effets de ces forces sur la morphologie cellulaire. En outre, j'ai examiné la fonction d'un cluster de vésicules à l’apex du filament, appelé Spitzenkörper, dans la régulation de la croissance et de la morphologie cellulaire. Les forces physiques générées par la croissance filamenteuse de C. albicans sont critiques pour pénétrer les tissus de l'hôte et pour échapper aux cellules immunitaires. Nous avons utilisé le polymère polydiméthylsiloxane (PDMS) pour générer des micro-chambres de rigidité différente, similaire à celle des tissus de l’hôte. J'ai examiné la croissance filamenteuse de C. albicans dans ces chambres confinées, afin de déterminer les propriétés biophysiques de la croissance invasive. En utilisant la microscopie en temps réel, j'ai montré que le pourcentage de filaments invasifs diminuait avec une augmentation de la rigidité du PDMS, et déterminé un seuil de rigidité pour lequel les filaments sont incapables d'envahir - probablement la « growth-stalling force ». Pendant la croissance invasive, la vitesse d'extension du filament est réduite, par rapport à une croissance en surface non invasive, en fonction de la rigidité du PDMS. De plus, au cours de ce processus, j'ai observé un changement de morphologie cellulaire, avec une augmentation significative du diamètre et une diminution concomitante de la longueur du compartiment cellulaire, résultant en un volume similaire à celui des cellules en croissance non invasive. Ce changement de morphologie est associé à une augmentation dramatique du taux de Cdc42 activé, régulateur clé de la polarité, à l'apex du filament et à une dépolarisation de Rho1 activé, régulateur de la glucan-synthase. Ces résultats indiquent que les changements de morphologie cellulaire pendant la croissance invasive ne sont pas dus à la dépolarisation ou à la déstabilisation de Cdc42 activé. Au contraire, des analyses complémentaires suggèrent que des forces mécaniques, en particulier la compression, sont largement responsables de ces changements morphologiques.Le Spitzenkörper, cluster de vésicules situé à l’apex du filament, est observé chez une variété de champignons filamenteux. Chez C. albicans, des études de microscopie électronique ont révélé que le Spitzenkörper est composé d'une population uniforme de vésicules, mais la fonction de cette structure pendant la croissance filamenteuse est peu connue. J'ai montré que ce Spitzenkörper est entièrement composé de vésicules de sécrétion et étudié sa fonction en utilisant des mutants et des approches d'interactions forcées. Perturber cette structure entraîne une modification de la morphologie du filament et de la vitesse de croissance; l’augmentation du diamètre du filament est associée à une augmentation concomitante de la vitesse de croissance. En outre, la délétion d'un des composants du Spitzenkörper réduit considérablement la croissance invasive. Dans l’ensemble, ces résultats indiquent que cette structure régule la région d'insertion de nouveau matériel membranaire, donc focalise la croissance, et suggèrent qu'une augmentation du flux de vésicules de sécrétion compense pour une moindre focalisation de l’ajout de matériel membranaire. Dans l’ensemble, mes études révèlent que les forces mécaniques affectent la morphologie de C. albicans et sa capacité d‘invasion, et que le Spitzenkörper est le lien central entre morphologie du filament d’une part et vitesse de croissance et invasion filamenteuse, d’autre part
The dimorphic fungi Candida albicans is a major human pathogen that causes life-threatening infections for immunocompromised patients. I have investigated C. albicans invasive filamentous growth, in collaboration with physicists, in particular the mechanical forces during this process, and quantitated the effects of these forces on cell morphology. Furthermore, I have examined the function of a filament tip cluster of vesicles, known as a Spitzenkörper, in the regulation of growth and cell morphology. Physical forces generated by C. albicans filamentous growth are likely to be critical for host tissue penetration, as well as escape from host immune cells. We have used the polymer polydimethylsiloxane (PDMS) to generate microchambers with different stiffness, similar to that of host cells and tissues. I have examined C. albicans filamentous growth in these confined chambers, in order to determine the biophysical properties of growth and substrate invasion. Using time lapse microscopy, I showed that the percentage of invasive hyphae decreased with an increase in PDMS stiffness, and determined a stiffness threshold, in which hyphae are unable to invade - likely the growth-stalling force. During invasive growth, there was a striking reduction in filament extension rate, compared to surface growth, which was dependent on PDMS stiffness. Furthermore, during this process, I observed a cell morphology change, i.e. a significant increase in cell diameter and a concomitant decrease in cell compartment length, resulting in cell volumes that were largely indistinguishable from that of surface growing cells. This morphology change was associated with a striking increase in the level of active Cdc42, the master regulator of polarity, at the hyphal tip and a concomitant depolarization of active Rho1, the glucan-synthase regulator, during invasive growth. These results indicate that changes in cell morphology during invasive growth are not due to depolarization or destabilization of active Cdc42. Rather, additional analyses suggest that mechanical forces, i.e. compression, are largely responsible for these morphological changes. The Spitzenkörper, which is a cluster of vesicles located at the filament apex adjacent to the plasma membrane, has been observed in a range of filamentous fungi. In C. albicans, electron microscopy studies have revealed that the Spitzenkörper is comprised of a uniform population of vesicles, however little was known regarding the function of this structure during filamentous growth. I have shown that the C. albicans Spitzenkörper is composed entirely of secretory vesicles. I have investigated the function of the Spitzenkörper using mutants and synthetic physical interaction approaches. Perturbation of the Spitzenkörper resulted in altered filament morphology and growth rate, strikingly an increase in filament diameter and concomitant increased growth rate was observed. Furthermore, deletion of a Spitzenkörper component dramatically reduced invasive growth. Together these results indicate that the Spitzenkörper regulates the region of new plasma membrane insertion, i.e. the ability to focus growth, and suggest that an increase in the flux of secretory vesicles compensates for less focused membrane addition. In summary, my studies reveal that mechanical forces affect C. albicans morphology and substrate invasive ability, and that the Spitzenkörper is the central link between filament morphology and growth rate, as well as substrate invasion

L'efficacité des traitements conventionnels du cancer est en partie limitée par l'acquisition de résistances par les cellules cancéreuses. Ces résistances ont longtemps été considérées comme étant le seul fait du génotype des cellules cancéreuses. Cependant, ces dernières années, les chercheurs ont prouvé que la progression et la résistance du cancer n'étaient pas uniquement déterminées par les caractéristiques inhérentes aux cellules cancéreuses, mais également par leurs interactions avec le microenvironnement tumoral. Les fibroblastes associés au cancer (CAFs), font partie du microenvironnement tumoral, et leur rôle clé dans la modification des autres composants du microenvironnement (vaisseaux sanguins, matrice extracellulaire, acteurs de l'immunité) ainsi, que leurs interactions avec les cellules cancéreuses, participent grandement à la baisse d'efficacité des traitements anti-cancéreux. Il semble donc que la destruction des CAFs soit une stratégie intéressante pour inhiber le développement de la maladie. Tandis que des nanoparticules magnétiques (NPMs) soumises à un champ magnétique hautes fréquences produisent de la chaleur, elles génèrent un couple mécanique en réponse à des champs magnétiques rotatif basse fréquence (RMF). Nous avons choisi d'utiliser les RMF afin de mettre au point une stratégie thérapeutique dirigée contre les CAFs. Le principe de cette stratégie est de cibler les CAFs à l'aide de NPMs vectorisées, puis d'appliquer un RMF permettant de générer suffisamment de stress mécanique pour induire la mort cellulaire. Ainsi, le premier objectif a été de développer des NPMs ciblant les CAFs pancréatiques. Pour cibler les CAF pancréatiques exprimant le récepteur à la cholécystokinine de type 2 (RCCK2), nous avons vectorisé des NPMs avec de la gastrine (NPM@Gastrine), un agoniste du RCCK2. Nous avons montré que les NPM@Gastrine se lient au RCCK2, s'internalisent et s'accumulent dans les lysosomes des CAFs exprimant le RCCK2. Nous avons ensuite testé différentes amplitudes et fréquences de champ magnétiques et mis en évidence qu'une exposition des CAFs après internalisation des NPM@Gastrin dans les lysosomes entraine la mort cellulaire. L'exposition des CAFs à un RMF de fréquence 1Hz et d' amplitude de 40mT a permis d'obtenir l'effet maximal sur la mort des CAFs observé dans cette étude, à savoir environ 40% de mort cellulaire. De plus, nous nous sommes penchés sur le mécanisme de mort cellulaire à l'œuvre et nous avons montré que la mort cellulaire fait intervenir les lysosomes. En effet la membrane des lysosomes se perméabilise, entrainant la fuite de leurs contenus dans le cytoplasme. Les cathepsines B sont impliquées dans le processus de mort. La mort cellulaire à l'œuvre semble être dépendante de la caspase-1. Pour finir nous avons utilisé un générateur de champ magnétique nous permettant d'observer les réactions cellulaires pendant l'application du traitement en microscopie confocale. Nous avons notamment pu observer une rétractation cellulaire, un mouvement général des lysosomes en direction du noyau et une variation de l'adhésion cellulaire. Ces travaux ont permis d'établir une preuve de concept : les NPMs ciblant le microenvironnement peuvent perturber son fonctionnement via l'action de forces mécaniques. Ceci ouvre un nouveau champ des possibles pour les thérapies anti-cancéreuses
Efficiency of anti-cancer treatments is limited by development of resistance to treatments, which has long been considered to depend solely on the genotype of cancer cells. However, these past few years, researchers proved that cancer progression and resistance are not only determined by the inherent characteristics of cancer cells, but also by their interactions with tumor microenvironment. Among other components of the tumor microenvironment, cancer-associated fibroblasts (CAFs) promote tumor growth and cancer cell resistance to treatments. CAFs modify the components and properties of tumor microenvironment (blood vessels, extracellular matrix or tumor immunity) and interact with cancer cells; those actions take a great part in the loss of treatment efficacy. Thus, as CAFs seem to be key players in cancer cell resistance to treatment, their eradication is an interesting strategy to inhibit cancer progression. While magnetic nanoparticles (MNPs) under a high frequency magnetic field produce heat, they generate a mechanical torque in response to low frequency rotating magnetic fields (RMF) Here, we chose this last property to elaborate a nano-therapeutic strategy directed against CAFs. The principle of this strategy is to target CAFs using vectorised MNPs and then apply a RMF that generates enough mechanical stress to induce cell death. The first objective was to target pancreatic CAFs that express the type 2 cholecystokinin receptor (CCK2R). For this, we synthesized gastrin-decorated MNPs (MNP@Gastrin). We showed that MNP@Gastrin bind to the CCK2R on the cell membrane of CAF-CCK2R, then internalize and accumulate in the lysosomes. Then, we tested different amplitudes and frequencies of RMF and demonstrated that RMF exposure induces the death of CAFs having accumulated MNP@Gastrin into their lysosomes. The optimal effect on cell death, namely the death of about 40% of CAFs, was obtained with 40mT and 1Hz RMF. Moreover, we investigated the cell death mechanism involved and we showed that cell death occurs through lysosomal damage. Lysosomes undergo membrane permeabilization, releasing their content, including cathepsin B which are involved in the observed cell death process. On top of that, the engaged cell death pathway seems to be caspase-1 dependent. Finally we used a magnetic setup under a confocal microscope in order to observe real-time cell reaction to RMF. We noticed cellular retraction, lysosomal movements towards the nucleus, and changes in cellular adhesion. This study establishes the proof-of-concept that targeted MNPs can disrupt tumor microenvironment through mechanical forces upon RMF exposure, and thus open new opportunities for cancer therapy

Les travaux effectués dans cette thèse concernent la mécanique des gels d'actine branchés in vitro ainsi que leur processus de génération de forces contre des parois. Pour étudier ces effets, nous avons développé un nouveau montage expérimental, basé sur des mesures via l'auto assemblage de microcylindres superparamagnétiques sous un champ magnétique. Cela nous permet d'en déduire les relations entre force et vitesse des réseaux d'actine branchés, ainsi que de faire le lien entre force et mécanique, des sujets cruciaux en mécanique et en migration cellulaire
The work done during this tesis concerns the mechanics and force generation processes of branched actin networks reconstructed in vitro. To study these effects, we’ve developped a new experimental setup, based on self assembly of supermaramagnetic microcylinders under a magnetic force. This allows us to obtain relations between force and growth velocity of branched actin networks, as well as linking force generation with mechanics, which are crucial to understand cell mechanics and migration

Ce travail présente une méthode de calcul rapide de déformations et de forces mécaniques destinée à la simulation d'applications chirurgicales. La simulation de chirurgie vise à offrir aux praticiens des outils leur permettant de pratiquer des entraînements intensifs et de pouvoir planifier avec précision certaines interventions. La conception de tels simulateurs nécessite de disposer de modèles géométriques et mécaniques précis des organes du corps humain, et d'algorithmes de calcul suffisamment rapides pour être capable d'utiliser ces modèles dans des conditions de temps réel. La plupart des simulateurs existants utilisent des modèles mécaniques extrêmement simples, basés sur les lois de l'élasticité linéaire. Or de nombreux résultats de biomécanique indiquent que les tissus biologiques se comportent selon des lois beaucoup plus complexes, incluant des effets non-linéaires et visco-élastiques importants. Pour cette raison, nous avons développé une méthode permettant le calcul rapide de déformations et de forces incluant des effets mécaniques non-linéaires et visco-élastiques. Cette méthode utilise la théorie des éléments finis et a été conçue comme une extension de l'algorithme dit des masses-tenseurs pour l'élasticité linéaire. Son principe consiste à pré-calculer un certain nombre de tenseurs dépendant des caractéristiques géométriques et mécaniques de chaque élément fini, qui sont ensuite combinés dans la phase de simulation proprement dite. Notre modèle non-linéaire ne présage d'aucune forme particulière de loi mécanique, de sorte que la méthode proposée est suffisamment générique pour s'appliquer à une grande variété de comportements et d'objets. Après la description de l'algorithme, de ses performances en terme de temps de calcul et de ses conditions de stabilité numérique, nous démontrons que cette méthode est capable de reproduire avec précision le comportement mécanique d'un tissu biologique mou. Ce travail s'inscrivant plus spécifiquement dans le cadre du développement d'un système de simulation de la cryochirurgie du foie, nous avons étudié expérimentalement les propriétés du foie lors de sa perforation par une aiguille à biopsie. Le modèle de masses-tenseurs non-linéaire et visco-élastique construit à l'aide des paramètres expérimentaux a pu reproduire avec une bonne précision les propriétés observées.
This work presents a method for the fast computation of mechanical deformations and forces for the simulation of surgical applications. Surgery simulation aims at providing physicians with tools allowing extensive training and precise planning of given interventions. The design of such simulation systems requires accurate geometrical and mechanical models of the organs of the human body, as well as fast computation algorithms suitable for real-time conditions. Most existing simulation systems use very simple mechanical models, based on the laws of linear elasticity. Numerous biomechanical results yet indicate that biological tissues exhibit much more complex behaviour, including important non-linear and visco-elastic effects. For this reason, we developed a method allowing the fast computation of mechanical deformations and forces including non-linear and visco-elastic effects. This method uses finite element theory and has been constructed as an extension of the so-called tensor-mass algorithm for linear elasticity. It consists in pre-computing a set of tensors depending on the geometrical and mechanical properties of each finite element, which are later combined in the simulation part itself. Our non-linear model does not assume any particular form of mechanical law, so that the proposed method is generic enough to be applied to a wide variety of behaviours and objects. Following the description of the algorithm, of its performances in terms of computation time, and of its numerical stability conditions, we show that this method allows to reproduce the mechanical behaviour of a biological soft tissue with good precision. As this project is part of a broader effort aiming more specifically at developing a simulation system for liver cryosurgery, we experimentally characterized the properties of liver in perforation by a biopsy needle. The non-linear and visco-elastic tensor-mass model constructed from experimental parameters succeeded in accurately reproducing the observed properties.

Le but du travail de recherche presente dans ce memoire est d'apporter des contributions a l'identification de structures mecaniques. Ces contributions portent d'une part, sur l'amelioration de modeles analytiques de structures mecaniques et d'autre part sur l'identification des forces excitatrices exterieures appliquees a une structure. Le memoire est compose de deux parties. La premiere partie est consacree a deux aspects incontournables dans les procedures de recalage et d'ajustement de modeles elements finis, a savoir: ? localisation des defauts dominants de modelisation. On propose ici un elargissement a la technique dite de sous-espaces basee sur la selection du plus petit nombre de parametres permettant de minimiser la distance entre le modele et la structure, et ceci par la prise en compte de familles de solutions selectionnees par cette technique. ? reanalyse de structures mecaniques modifiees. On propose d'illustrer a partir d'un exemple academique les limites de quelques methodes introduisant des residus statiques et/ou dynamiques pour reduire les effets de troncature de bases modales. Dans le cas de modifications massiques pures on propose une variante conduisant a des ameliorations significatives de la precision. Dans la deuxieme partie du memoire on propose une methode d'identification des forces excitatrices exterieures appliquees a une structure. Cette technique est fondee sur l'observation des comportements de la structure dans sa configuration initiale et dans des configurations modifiees obtenues par blocage ou rigidification fictifs d'un ou de plusieurs degres de liberte. Cette methode presente deux avantages significatifs: 1) une reduction importante du nombre de conditionnement des matrices a pseudo-inverser, notamment autour des frequences de resonances ; 2) l'exploitation d'essais fictifs (pseudo-tests) sur la structure. Les performances de toutes les methodes proposees sont evaluees et comparees par des applications a des cas tests de simulation numerique

La morphogénèse épithéliale est une caractéristique clé du développement des organismes multicellulaires. Parmi les différents types d'évènement morphogénétique, la capacité à créer des invaginations est cruciale pour la mise en forme des organismes. Un aspect fondamental de la morphogénèse repose sur la capacité des cellules à exercer, échanger et résister aux stress mécaniques pour permettre la mise en forme des tissues. Au cours des décennies passées, l'importance des forces mécaniques générées au niveau des jonctions adhérentes et notamment sur le plan parallèle au plan apical a été largement démontrée. Cependant, le rôle des forces mécaniques générées sur un plan perpendiculaire au plan apical (dans l'axe apico/basal) est loin d'être aussi bien compris. Récemment, l'équipe a montré que les cellules apoptotique au sein de l'épithélium de patte de drosophile sont capables de générer une force apico/basale qui est requise pour la formation des plis distaux, préfigurant les articulations de la future patte. Même si le rôle d'une structure verticale d'acto-myosine (nommée câble) dans la génération de cette force, a été clairement démontré, rien n'est connu à propos de sa régulation ou du point d'ancrage que ce câble d'acto-myosine pourrait utiliser pour générer cette force. De plus, seuls les effets apicaux de cette force ont été étudiés. Mes travaux de thèses se sont articulés autour de deux objectifs principaux : (1) Déchiffrer les mécanismes intracellulaires requis pour le processus de génération de force apico-basal via le câble, en étudiant en parallèle les effets de la génération de force sur le processus apoptotique lui-même. (2) Etudier les conséquences de l'application de cette force mécanique sur le pôle basal de l'épithélium. Au cours de ma thèse, j'ai montré que pour exercer une force apico-basale, les cellules apoptotiques créent une structure apico-basale comprenant, de l'apical vers le basal : les jonctions adhérentes, un câble d'acto-myosine, le noyau et les jonctions basales.[...]
Epithelium morphogenesis is a key feature during the development of multicellular organism. Within morphogenetic events, the ability to create a fold is crucial to shape multicellular organism. A fundamental aspect of morphogenesis lies on the ability of cells to exert, exchange and resist mechanical stress in order to shape the tissue. During the past decades, the importance of mechanical force generated at the level of adherent junctions, parallel to the apical plan has been greatly elucidated. However, the role of mechanical forces generated perpendicular to the apical plan (in the apico/basal axe) is far from being understood. Recently, the team demonstrated that apoptotic cells in the leg disc epithelium of the drosophila, are able to generate an apico/basal force that is required for the fold formation that foreshadows the future articulation of the adult leg. Even if the role of acto-myosin structure in the generation of this force has been demonstrated, nothing is known about other regulators or even anchoring points that could help this structure in generating this force. Moreover, the effects of this force have only been observed for the apical side of the epithelium. My Phd aims at two goals: (1) Deciphering the intracellular structure that are required for this force generation process and the possible effect of force generation for the apoptotic process per se.(2) Analysing the consequences of those forces on the basal side of the epithelium. During my Phd, I have shown that in order to exert an apico/basal force, the apoptotic cell needs to generate an apico/basal structure comprising from the apical to the basal: adherent junctions, acto-myosin cable, nucleus and basal adhesions. More precisely, I observed that acto-myosin structures called "cables" that have been implicated in the force generation process, spawn from the adherent junctions and grows progressively until reaching the nucleus of the cell. I observed that apoptotic cells have a basally localised nucleus. Following that, I observed that nucleus is anchored by a basal actin meshwork, that restraints apoptotic nucleus movements. What is more, I observed that apoptotic cells maintain basal cell/matrix adhesions. [...]

Ce travail étudie comment la mesure des forces hydrodynamiques exercées par un liquide confiné entre une sphère et une surface d'intérêt permet de sonder à distance et sans contact les propriétés mécaniques de cette surface. Nous présentons tout d'abord le principe de cette technique originale de sonde fluide et la machine à forces de surface dynamique que nous utilisons pour mettre en oeuvre ces expériences de nano-rhéologie. Puis nous nous intéressons à deux applications que nous avons plus particulièrement étudiées. D'une part, l'étude des propriétés de friction des bicouches lipidiques. Nous mettons en évidence une très faible friction mesurée sur certaines bicouches fluides et son potentiel rôle pour la bio-lubrification. D'autre part l'étude des propriétés élastiques de couche mince d'élastomère. Nous développons pour cela une théorie de l'élasto-hydrodynamique à géométrie sphère-plan en mode dynamique et présentons des résultats expérimentaux en très bon accord. Nous sommes capables de mesurer le module d'Young de films mince de PDMS d'épaisseur allant jusqu'à 600~nm. Enfin, nous présentons les développements instrumentaux réalisés pour optimiser les performances de la machine à forces de surfaces comme sonde fluide.

L'évaluation du comportement de structures de béton armé est une problématique cruciale dans le domaine du génie civil : l'objectif de cette thèse est la mise en place d'un modèle mécanique capable de décrire l'évolution des paramètres physiques qui régissent l'évolution de la perméabilité de ce matériau. Le béton (initialement micro-fissuré) est modélisé comme un milieu fia microstructure : la cinématique du corps est enrichie par une variable caractéristique de la taille et de l'orientation du champ de fissure. La théorie des forces configurationnelles est utilisée afin de tenir compte des évolutions irréversibles des micro-défauts. Ces deux approches nous permettent de déterminer les équations d'équilibre régissant la déformation du milieu ainsi que la propagation des fissures. Les paramétres utilisés pour décrire la microstructure ont été choisis de faficon fia schématiser le milieu poreux : la résolution des équations de Stokes sur le volume élémentaire représentatif (microstructure) permettra d'évaluer la perméabilité intrinsèque en tout point du corps. Un exemple a été détaillé : on détermine le comportement d'un solide en traction tout en considérant des conditions d'étude simplifiées (champ de fissures homogène, isostaticité, application de la mécanique linéaire de la rupture). Déformation, propagation des fissures et perte de rigidité sont déterminées en fonction du chargement. On présente par ailleurs l'évolution de la perméabilité du milieu : une fois amorcée, la propagation du champ de fissure devient la cause principale de la perte d'étanchéité.

L'adhésion et la migration des cellules jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes cellulaires qui vont de la morphogenèse à la prolifération tumorale en passant par la réparation des tissus. Il est maintenant bien établi que l'environnement physique et mécanique des cellules a une grande influence sur de nombreuses fonctions cellulaires comme l'adhésion et la migration ainsi que sur leur devenir et donc leur différentiation. Pour contrôler les propriétés de l'environnement cellulaire, nous avons choisi de combiner des méthodes de micro-fabrication issues de la microélectronique aux techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Nous nous sommes notamment intéressés à l'influence de la rigidité du support sur la migration cellulaire et les forces mécaniques exercées par les cellules, des fibroblastes, sur la matrice. Pour cela, nous avons utilisé un substrat constitué de micro-piliers flexibles, qui ont servi de micro-capteurs de force. Nous avons montré que les cellules employées adaptent les forces qu'elles exercent sur leur support à la rigidité de ce dernier. Nous avons ensuite étudié l'influence de la topographie du substrat sur la migration cellulaire. Nous avons pour cela également utilisé des micro-piliers, mais dont le diamètre est 5 à 10 fois supérieur aux précédents. Les cellules, en migrant, rencontrent donc alternativement des surfaces lisses et rugueuses. Nous avons montré que dans ces environnements, les cellules adoptent un comportement s'approchant de celui observé dans un gel tridimensionnel et que le noyau joue un rôle dans cette migration. Enfin, nous avons abordé l'étude de l'étalement cellulaire dans ces environnements texturés.

La mécanique de l’endommagement permet de décrire la fissuration de structures quasi-fragiles, à condition d’opter pour une formulation non locale ; plusieurs variantes sont examinées en termes de forces et limitations. On aborde ensuite l’impact numérique de certaines caractéristiques phénoménologiques : anisotropie, unilatéralité, transition endommagement / rupture. Enfin, des techniques de résolution numérique sont présentées, en insistant sur les écueils éventuels.

Ce chapitre décrit les lois générales de la mécanique céleste et leur application dans le cas des objets du Système solaire (problèmes des deux corps, des trois corps, perturbations et résonances, effets de marée, forces non gravitationnelles). Puis il décrit les mécanismes à l’origine de la formation des planètes et des petits corps ainsi que leur évolution dynamique en fonction du temps.

Ce chapitre aborde l’estimation de probabilités faibles utiles pour l’analyse de la fiabilité de systèmes à fortes exigences de sûreté. La présentation inclut les méthodes FORM et SORM connues en fiabilité structurale, mais également les méthodes basées sur un échantillonnage naïf (Monte-Carlo) ou préférentiel (tirage d’importance, subset simulation). La sensibilité de la probabilité de défaillance calculée est également introduite.

Résumé . La thèse soutenue dans cet essai est qu’il n’existe pas de voie royale vers la découverte scientifique, mais une multiplicité de voies vers l’innovation scientifique. La spontanéité, l’imagination et l’intuition sont souvent vues comme essentielles à la créativité scientifique. Cet accent mis sur des hypothèses ambitieuses est basé sur la démarche hypothético-déductive de la méthode scientifique, d’après laquelle la formulation d’hypothèses ne procède pas de règles, mais plutôt de « devinettes heureuses ». Il est vrai que l’histoire des sciences nous apporte des exemples de découvertes qui ont obéi à cette stratégie ; ce qui fait qu’en somme, l’idée que la formation des hypothèses implique une créativité et une pensée audacieusement visionnaire n’est pas sans fondements Toutefois cette conception en appelle une autre, à savoir une approche plus systématique de la découverte qui met l’accent sur l’observation systématique ou sur l’expérimentation. Cette stratégie appartient au cadre de l’induction et pose comme principe que les hypothèses sont formulées grâce à un processus plus régulé, centré sur les variations systématiques des conditions impliquées. « Une expérimentation exploratoire » et « un screening schématique» sont deux exemples de classes d’expérimentation effectuées en vue de formuler des hypothèses, fondées sur l’expérience et gouvernées par des règles. Ces procédures de création d’hypothèses, quasi-mécaniques, et soumises à des règles, se rapprochent de l’idéal Baconien de « remplacer l’ingénuité par le recours à des méthodes sophistiquées ». Il est un autre mode de formulation d’hypothèses qui ne concorde pas avec l’accent mis sur la spontanéité, l’imagination et l’intuition. La créativité scientifique est parfois basée sur la capacité d’explorer systématiquement la portée de principes théoriques. Aini que l’ont souligné Lakatos et d’autres, de tels principes arrivent typiquement comme une heuristique toute faite. Déduire des hypothèses spécifiques de principes théoriques en suivant une heuristique fondée sur la théorie exige habileté et ténacité, ce qui est bien loin de la spontanéité, de l’imagination et de l’intuition. Dans la science lourde actuelle, d’importants groupes de scientifiques collaborent pour poursuivre un projet. En sorte qu’un des importants problèmes de la découverte scientifique est de savoir si la créativité de groupes représente l’addition des contributions individuelles ou si elle implique des formes particulièrement étroites d’interactions entre les membres du groupe. Cette dernière idée nous ramène à Fleck, qui affirme que les nouveautés émergent dans des groupes grâce à de permanentes mauvaises compréhensions qui se poursuivant sans être perçues, créent une nouvelle compréhension. L’interaction est essentielle à ce mode de créativité, puisqu’aucune initiative individuelle vers la nouveauté ne suffit à elle seule pour que l’on puisse la mettre au crédit d’une seule personne. La conclusion est qu’une multiplicité de chemins mène à la découverte scientifique, certaines exigeant la spontanéité, l’imagination et l’intuition, et d’autres non. Parfois les découvertes peuvent être faites en appliquant des procédures mécaniques ou en pesant sur la ténacité et la persévérance, d’autres fois un éclair de génie est indispensable.

Flow constituted by drops appears in a wide range of natural, biological and engineering situations. For example, liquid-liquid two phase flow inside capillaries constitutes a model commonly used to represent fluid flow in a petroleum reservoir. The typical modeling approach considers inertial forces negligible in comparison to viscous forces, allowing the use of Stokes equation to study flow dynamics. Very few numerical simulations have been made considering inertial effects. In this project, the flow of a periodic train of drops in a viscous suspending fluid, due to the influence of a fixed pressure gradient, was studied by numerical simulation considering the full Navier-Stokes equations. A numerical approach based on a Volume of Fluid (VOF) formulation was employed using JADIM software, developed by the Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse, France. JADIM solves Navier-Stokes equations using a VOF finite volume method, second order in space and time using structured mesh. This two-fluid approach without reconstruction of the interface allows simulating two-phase flows with complex interface shapes. Densities of the drops equal to those of the suspending fluid and a constant interface tension were assumed. The effect of drop size, viscosity ratio, interfacial forces and system pressure gradient on the flow dynamics was studied. Parameters values were chosen to be representative for some particular viscous oil. The result validation shows an excellent agreement between both numerical results. However, there are relative differences between them due to the increase in flow velocity when drop relative size increase and validity of Stokes approach is questionable. Results show non-symmetric eddies in the continuum phase, in a referential frame fixed to the drop. The shape of eddies is strongly influenced by viscosity radio. Drop mobility decreases with increasing size. Additionally, drop mobility also decreases when the viscosity ratio increases. Extra pressure gradient of the system due to the presence of the drop shows a strong dependency on the size ratio between the drop and the pore. For size ratio lower than 0.5, the extra pressure gradient required to move the continuum phase is small. However, when drop to micro-channel ratio exceeds 0.5, the extra pressure gradient significantly increases when the drop size increases. Also, viscosity ratio affects on the system pressure loss, especially in cases where the viscosity ratio is high. The analysis of the capillary number effect on the dynamics of the two-phase system shows that it does not influence drop mobility for the drop sizes considered.

Introduction u cours des deux derniers millénaires, il y a eu plusieurs façons de conserver, transmettre et même créer la connaissance ; la tradition orale, l’écrit manuscrit, l’écrit imprimé et l’écrit numérisé. La tradition orale et le manuscrit ont dominé pendant plus de 1400 ans, et ce, jusqu’à l’apparition du livre imprimé en 1451, résultant de l’invention mécanique de Gutenberg. Il faudra attendre un peu plus de 550 ans, avant que l’invention du support électronique déloge à son tour le livre imprimé, prenant une ampleur sans précédent grâce à la révolution numérique contemporaine, résultat du maillage des technologies de l’informatique, de la robotique et de la science des données. Les premières universités qui sont nées en Occident, au Moyen Âge, ont développé cette tradition orale de la connaissance tout en multipliant l’usage du manuscrit créant ainsi de véritables communautés de maîtres et d’étudiants ; la venue de l’imprimerie permettra la multiplication des universités où l’oral et l’écrit continueront de jouer un rôle déterminant dans la création et la transmission des connaissances même si le « support » a évolué du manuscrit à l’imprimé puis vers le numérique. Au cours de toutes ces années, le modèle de l’université s’est raffiné et perfectionné sur une trajectoire somme toute assez linéaire en élargissant son rôle dans l’éducation à celui-ci de la recherche et de l’innovation, en multipliant les disciplines offertes et les clientèles desservies. L’université de chaque ville universitaire est devenue une institution florissante et indispensable à son rayonnement international, à un point tel que l’on mesure souvent sa contribution par la taille de sa clientèle étudiante, l’empreinte de ses campus, la grandeur de ses bibliothèques spécialisées ; c’est toutefois la renommée de ses chercheurs qui consacre la réputation de chaque université au cours de cette longue trajectoire pendant laquelle a pu s’établir la liberté universitaire. « Les libertés universitaires empruntèrent beaucoup aux libertés ecclésiastiques » : Étudiants et maîtres, qu'ils furent, ou non, hommes d'Église, furent assimilés à des clercs relevant de la seule justice ecclésiastique, réputée plus équitable. Mais ils échappèrent aussi largement à la justice ecclésiastique locale, n'étant justiciables que devant leur propre institution les professeurs et le recteur, chef élu de l’université - ou devant le pape ou ses délégués. Les libertés académiques marquèrent donc l’émergence d'un droit propre, qui ménageait aux maîtres et aux étudiants une place à part dans la société. Ce droit était le même, à travers l'Occident, pour tous ceux qui appartenaient à ces institutions supranationales que furent, par essence, les premières universités. À la fin du Moyen Âge, l'affirmation des États nationaux obligea les libertés académiques à s'inscrire dans ce nouveau cadre politique, comme de simples pratiques dérogatoires au droit commun et toujours sujettes à révision. Vestige vénérable de l’antique indépendance et privilège octroyé par le prince, elles eurent donc désormais un statut ambigu » . La révolution numérique viendra fragiliser ce statut. En effet, la révolution numérique vient bouleverser cette longue trajectoire linéaire de l’université en lui enlevant son quasi monopole dans la conservation et le partage du savoir parce qu’elle rend plus facile et somme toute, moins coûteux l’accès à l’information, au savoir et aux données. Le numérique est révolutionnaire comme l’était l’imprimé et son influence sur l’université, sera tout aussi considérable, car cette révolution impacte radicalement tous les secteurs de l’économie en accélérant la robotisation et la numérisation des processus de création, de fabrication et de distribution des biens et des services. Ces innovations utilisent la radio-identification (RFID) qui permet de mémoriser et de récupérer à distance des données sur les objets et l’Internet des objets qui permet aux objets d’être reliés automatiquement à des réseaux de communications .Ces innovations s’entrecroisent aux technologies de la réalité virtuelle, à celles des algorithmiques intelligentes et de l’intelligence artificielle et viennent littéralement inonder de données les institutions et les organisations qui doivent alors les analyser, les gérer et les protéger. Le monde numérique est né et avec lui, a surgi toute une série de compétences radicalement nouvelles que les étudiants, les enseignants et les chercheurs de nos universités doivent rapidement maîtriser pour évoluer dans ce Nouveau Monde, y travailler et contribuer à la rendre plus humain et plus équitable. En effet, tous les secteurs de l’activité commerciale, économique, culturelle ou sociale exigent déjà clairement des connaissances et des compétences numériques et technologiques de tous les participants au marché du travail. Dans cette nouvelle logique industrielle du monde numérique, les gagnants sont déjà bien identifiés. Ce sont les fameux GAFAM (Google, Apple, Facebook, Amazon et Microsoft) suivis de près par les NATU (Netflix, Airbnb, Tesla et Uber) et par les géants chinois du numérique, les BATX (Baidu, Alibaba, Tenant et Xiaomi). Ces géants sont alimentés par les recherches, les innovations et les applications mobiles (APPs) créées par les partenaires de leurs écosystèmes regroupant, sur différents campus d’entreprises, plusieurs des cerveaux qui sont au cœur de cette révolution numérique. L’université voit donc remise en question sa capacité traditionnelle d’attirer, de retenir et de promouvoir les artisans du monde de demain. Son aptitude à former des esprits critiques et à contribuer à la transmission des valeurs universelles est également ébranlée par ce tsunami de changements. Il faut cependant reconnaître que les facultés de médecine, d’ingénierie et de sciences naturelles aux États-Unis qui ont développé des contacts étroits, abondants et suivis avec les hôpitaux, les grandes entreprises et l’administration publique et cela dès la fin du 19e siècle ont été plus en mesure que bien d’autres, de recruter et retenir les gens de talent. Elle ont énormément contribué à faire avancer les connaissances scientifiques et la scolarisation en sciences appliquées ..La concentration inouïe des Prix Nobel scientifiques aux États-Unis est à cet égard très convaincante . La révolution numérique contemporaine survient également au moment même où de grands bouleversements frappent la planète : l’urgence climatique, le vieillissement des populations, la « déglobalisation », les déplacements des populations, les guerres, les pandémies, la crise des inégalités, de l’éthique et des démocraties. Ces bouleversements interpellent les universitaires et c’est pourquoi leur communauté doit adopter une raison d’être et ainsi renouveler leur mission afin des mieux répondre à ces enjeux de la civilisation. Cette communauté doit non seulement se doter d’une vision et des modes de fonctionnement adaptés aux nouvelles réalités liées aux technologies numériques, mais elle doit aussi tenir compte de ces grands bouleversements. Tout ceci l’oblige à s’intégrer à des écosystèmes où les connaissances sont partagées et où de nouvelles compétences doivent être rapidement acquises. Le but de ce texte est de mieux cerner l’ampleur du défi que pose le monde numérique au milieu universitaire et de proposer quelques idées pouvant alimenter la réflexion des universitaires dans cette démarche d’adaptation au monde numérique. Or, ma conviction la plus profonde c’est que la révolution numérique aura des impacts sur nos sociétés et notre civilisation aussi grands que ceux provoqués par la découverte de l’imprimerie et son industrialisation au 15e siècle. C’est pourquoi la première section de ce document est consacrée à un rappel historique de la révolution de l’imprimerie par Gutenberg alors que la deuxième section illustrera comment les caractéristiques de la révolution numérique viennent soutenir cette conviction si profonde. Une troisième section fournira plus de détails sur le défi d’adaptation que le monde numérique pose aux universités alors que la quatrième section évoquera les contours du changement de paradigme que cette adaptation va imposer. La cinquième section servira à illustrer un scénario de rêves qui permettra de mieux illustrer l’ampleur de la gestion du changement qui guette les universitaires. La conclusion permettra de revenir sur quelques concepts et principes clefs pour guider la démarche vers l’action. L’université ne peut plus « être en haut et seule », elle doit être « au centre et avec » des écosystèmes de partenariats multiples, dans un modèle hybride physique/virtuel. C’est ainsi qu’elle pourra conserver son leadership historique de vigie du savoir et des connaissances d’un monde complexe, continuer d’établir l’authenticité des faits et imposer la nécessaire rigueur de la science et de l’objectivité.