Rupture de SYMétrie dans les cristaux BIOgéniques : une approche innovante pour élucider le rôle des hétérogénéités nanométriques – SymmBio

Les organismes vivants forment une grande diversité d’architectures tridimensionnelles grâce à la biomminéralisation, un processus de dépôt et de façonnage précis de blocs minéraux constitutifs. Certaines espèces induisent une croissance anisotrope dans des monocristaux et contrôlent leur morphologie finale. Par exemple, la calcite est censée croître sous la forme d’un simple rhomboèdre présentant des faces {104} symétriques et identiques. Pourtant, des algues unicellulaires appelées coccolithophores parviennent à transformer la calcite en des formes fascinantes constituant leurs écailles, connues sous le nom de coccolithes. Malgré de nombreuses recherches, les mécanismes à l’origine de la rupture de symétrie dans les coccolithes demeurent mal compris.
Je formule l’hypothèse que les organismes manipulent des hétérogénéités élémentaires et structurales à l’échelle nanométrique pour contrôler la rupture de symétrie dans la phase minérale. Pour explorer cette idée, je développerai une approche innovante d’imagerie à l’échelle nanométrique intégrant des techniques de pointe en laboratoire et en synchrotron, telles que l’imagerie diffractive cohérente de Bragg (BCDI) et la tomographie par fluorescence X, en repoussant la résolution de ces méthodes vers le domaine du nanomètre profond. Cette approche permettra de caractériser les déformations du réseau cristallin et les impuretés élémentaires dans les coccolithes, et d’examiner leur corrélation avec les changements de morphologie cristalline. Je concevrai également des modèles numériques pour simuler l’évolution des propriétés physiques au cours de la croissance cristalline.
La combinaison de l’imagerie nanométrique et de la modélisation computationnelle offrira une compréhension inédite des mécanismes de rupture de symétrie, apportant une vision détaillée du développement des cristaux biogéniques, de la nucléation à la maturité. Dans le cadre du projet SymmBio, je mettrai en évidence les conditions intracellulaires menant à une régulation des contraintes nécessaire pour obtenir des propriétés et des formes cristallines spécifiques. En reliant nano-caractérisation, biologie et physique, nous pourrons envisager un avenir où des matériaux fonctionnels avancés et durables seraient conçus avec la précision des processus naturels, pour des applications telles que les composants hiérarchiques de prochaine génération, les catalyseurs et la récolte d’énergie.