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François Graner - site personnel
hydre d'eau douce
Hydre d'eau douce

Résumé de mes travaux

Mes recherches depuis 1990 sont motivées par l'observation de la régénération d'un petit animal, l'hydre d'eau douce. Pour comprendre les divers aspects de ce fascinant phénomène, j'ai choisi de le subdiviser en questions de physique traitables. Pour cela, j'ai mené des recherches de physique statistique: en biophysique, ainsi que sur des systèmes modèles plus simples en physique de la matière molle.

Je cherche à comprendre les relations entre les différentes échelles :

  • d'une part le niveau microscopique, celui des molécules ;
  • ensuite le niveau des parois, comme les films de savon ou les membranes de cellules ;
  • enfin notre échelle quotidienne, celle des mousses et des tissus de cellules.


Matériaux cellulaires fluides

J'ai particulièrement étudié les mousses de savon : tant pour leurs applications, que comme système modèle de milieu désordonné élastique, plastique et fluide. Nos résultats permettent de mieux comprendre la structure et la dynamique des matériaux cellulaires complexes. Nous avons pu ainsi établir des prédictions et les soumettre avec succès à des tests expérimentaux détaillés. Nous avons également étudié avec précision les analogies entre les tissus et les mousses, pour distinguer ce qui est superficiel de ce qui est réellement une analogie féconde.

Grâce à ces progrès du côté de la physique, le sujet m'a paru suffisamment mûr pour pouvoir enfin aborder des problèmes pertinents avec les biologistes. En parallèle, les biologistes ont développé les outils de génétique et d'imagerie dont nous avons besoin. Ils sont également désormais motivés pour étudier les comportements collectifs des cellules.

De 2008 à 2012 j'ai rejoint l'équipe de Yohanns Bellaïche, équipe de biologie du développement incluant des physiciens. Nos résultats, combinant les approches biologique et physique de la morphogenèse, permettent de relier la génétique et la mécanique, tant à l'échelle du tissu que de la cellule. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'enchaînement entre : la distribution intracellulaire de protéines jouant un rôle dans la mécanique des cellules; la forme et l'arrangement mutuel des cellules; les changements de nombre, de formes, et de position des cellules; et les écoulements qui permettent au tissu d'atteindre sa forme adulte.


Démarche interdisciplinaire

La physique statistique, ma spécialité, est une discipline transversale à de nombreux domaines. La circulation d'idées d'un domaine à l'autre est essentielle pour les fécondations mutuelles. Ceci se traduit par de nombreux congrès et séminaires concernant des sujets frontières.

C'est pourquoi j'ai toujours tenu à collaborer, et surtout à encadrer les étudiants en commun, avec des spécialistes des disciplines et techniques concernées :

  • biologie du développement
  • turbulence hydrodynamique, phénomènes critiques, planétologie
  • biophysique, chimie, grands instruments
  • physico-chimie, matériaux, mathématiques .

Ces études s'appuient sur des techniques adaptées selon chaque problème :

  • de petites expériences de laboratoire ;
  • des grands instruments : neutrons, synchrotron ;
  • des modélisations analytiques
  • l'outil numérique.

Dans chaque cas, l'interaction entre l'expérience et la théorie, et les simulations si besoin, a été aussi étroite que possible.


Programme de recherche : De la cellule au tissu

Mon programme de recherches consiste à appliquer une démarche progressive pour comprendre comment, lors du développement, un tissu se forme à partir de cellules, c'est-à-dire d'objets eux-mêmes complexes, qui s'organisent et interagissent aussi de façon complexe.

L'enjeu à long terme est de répondre à nos doubles questions:

  • pour le physicien: comment les cellules déterminent-elles la morphogenèse (forme et taille) des tissus, et donc comment passer de la description discrète des cellules à la modélisation continue des tissus?
  • pour le biologiste: comment la régulation au niveau cellulaire des différents processus, et en particulier des divisions et des réarrangements (changement de cellules voisines), permet de déterminer de façon précise la forme observée des tissus adultes?

Enseignement

Je consacre un effort important à l'enseignement et à la vulgarisation. Je cherche à développer l'analyse et l'intuition physique, ainsi que le lien entre la théorie et la réalité ; je cherche également à rapprocher la démarche scientifique et la vie quotidienne.