Construction réelle et virtuelle de modèles biologiques de paroi végétale – ANALOGS

Le projet consiste à proposer une stratégie plus simple que l'investigation directement sur la paroi cellulaire, et ce, par deux voies différentes : - Accroître fortement les compétences en construction de systèmes modèles - Progresser vers une modélisation multiéchelle prédictive Travailler de manière conjointe sur les systèmes modèles (objets réels) et sur la modélisation multiéchelle (objets virtuels) constitue l'originalité et la nouveauté du projet. On peut noter que chaque partie de cette approche pluridisciplinaire amène, en elle-même, à proposer des innovations scientifiques significatives. La structure générale du projet se découpe comme suit : Une étape de construction des systèmes modèles de paroi cellulaire végétale (WP1 : Elaboration) et une modélisation multiéchelle (WP3 : Modélisation multiéchelle) dont la finalité est de relier l'échelle discrète atomique et l'échelle continue des films. Une étape d'investigation expérimentale (WP2 : Caractérisation et mesure), organisée en tache susceptibles de maintenir une connection forte entre la construction réelle et la construction virtuelle tout au long du projet. Enfin, un travail de synthèse (WP4 : Convergence des constructions réelles et virtuelles) jouera le rôle de fil directeur et commencera la seconde année du projet, afin de maintenir la cohérence entre les trois autres WP et de garantir que des conclusions claires pourront être tirées du projet. En termes de modélisation, l'objectif de ce projet est de franchir le fossé entre l'échelle discrète des atomes et l'échelle continue de la paroi cellulaire végétale. Les systèmes étudiés au moyen de la dynamique moléculaire restent très petits par comparaison avec la complexité de la paroi cellulaire et l'échelle de temps des phénomènes prédits ne dépasse pas quelques nanosecondes. Dans de telles conditions, un scale-up des simulations à l'échelle atomistique vers les paramètres de l'échelle macroscopique n'est pas possible aujourd'hui. Pour résoudre cette difficulté, nous proposons une approche en deux étapes (de l'échelle atomique au mésoscopique et du mésoscopique aux films). Ce but est très ambitieux et innovant, et nous pensons être à même d'y réussir pour plusieurs raisons : - En travaillant sur des systèmes modèles de la paroi cellulaire plutôt que sur des systèmes biologiques, nous serons capables de contrôler certains paramètres et, sinon tous, du moins d'en faire varier certains - Le projet combine les compétences des deux équipes : l'une monte depuis l'échelle atomique et l'autre descend, depuis l'échelle du tissu - Nous avons choisi des méthodes numériques adaptées à chaque échelle (dynamique moléculaire, gros grain, MPM) - La stratégie proposée indique clairement comment les échelles seront connectées. Au-delà de la compréhension des propriétés de la paroi cellulaire, ce projet amène à relever un défi concernant la fabrication de nanocomposites, qui est la capacité réaliser des matériaux qui permettent le transfert des exceptionnelles propriétés mécaniques à l'échelle du nanomètre vers l'échelle du matériau macroscopique. C'est clairement une thématique de recherche actuelle très active dans le domaine des nanocomposites organique-inorganique. De plus, les nanocomposites fabriqués à partir de ressources naturelles et renouvellables sont plus rares. Par ailleurs, l'originalité du projet de construire de telles structures est de considérer simultanément la géométrie enchevêtrée et les interactions chimiques entre les constituants en vue de l'optimisation des propriétés. Pour atteindre ce but, nous allons développer une approche intégrée incluant plusieurs échelles de longueur, depuis moins que le nanomètre à quelques dizaines de micromètres dans une stratégie coordonnée. En dépit des goulets d'étranglement auxquels nous aurons à faire face, l'automatisation des systèmes et le développement de dispositifs spécifiques pour l'orientation et l'organisation multicouche sont les plus critiques. Lorsque le but aur