Programme

Téléchargez l'Emploi du temps provisoire

- Cours du lundi matin au vendredi midi. 5 cours de 3-4 h + 5 TP de 3h

- Des conférences sur des thèmes complémentaires

- Une session d'échange avec des clinicien·ne·s,  permettant d'appréhender les modalités de collaboration avec le monde clinique, ses attentes, les contraintes associées.

Contenu des cours

Cours 1 : Mécanique cellulaire et migration

La mécanique se révèle jouer un rôle essentiel dans les comportements dynamiques des cellules, que ce soit au niveau des interactions de la cellule avec son environnement, ou des mécanismes d'expression génétique.

Première partie : fondements de la mécanique cellulaire, mécanique subcellulaire, migration cellulaire.

Orateur : Martial Balland, LIPhy, Grenoble

Seconde partie : modèles de contact en mécanique (Hertz…) permettant de déterminer les propriétés visco-élastiques des échantillons à partir de mesures d’indentation et standardisation des mesures sur des cellules micro-patternées.

Orateur : Felix Rico, LAI, Marseille

Travaux pratiques (F. Rico, C. Valotteau, LAI, Marseille) : Etude des propriétés mécaniques de gels de différentes rigidités et de cellules fixées par nanoindentation (par microscopie à force atomique ou nanoindenteur). Nous apporterons un set-up afin de pouvoir faire une démonstration complète de l'acquisition des mesures. Le choix de la sonde et des paramètres d'acquisition seront discutés, de même que l'étape de calibration. Nous espérons pouvoir apporter un set-up afin de pouvoir acquérir des cartes d'indentation sur des échantillons. Ces données (ou des données pré-enregistrées) seront ensuite utilisées pour expliquer comment déterminer le module d'Young des échantillons.

Cours 2 : Suspensions cellulaires sous écoulement

Première partie : dynamique de cellules sous écoulement (globules rouges, globules blancs, objets biomimétiques tels les capsules et vésicules lipidiques) : couplage entre le fluide et la cellule déformable. Techniques de simulations numériques de ces problèmes (méthodes intégrales de frontières, frontières immergées, éléments finis, ...), approches théoriques.

Oratrice : Anne-Virginie Salsac, BMBI, Compiègne 

Seconde partie : dynamique collective d'une suspension et écoulement en réseau. Interactions cellules-parois et cellules-cellules. Diffusion induite par le cisaillement. Agrégation. Microstructure des suspensions sanguines non confinées et diffusion ultrasonore. Rhéologie de la suspension confinée. Distribution dans un réseau. Non-linéarités, instabilités et oscillations dans un réseau.

Orateurs : Gwennou Coupier, LIPhy, Grenoble ; Thomas Podgorski, LRP, Grenoble ; Emilie Franceschini, LMA, Marseille 

Travaux pratiques (G. Coupier, T. Podgorski, E. Franceschini) : expérimentations réelles.

a) Etude de l'écoulement du sang dans le réseau capillaire. Expérimentation réelle sur puces microfluidique avec du sang humain certifié enseignement (accord avec l'EFS – Etablissement Français du Sang). Mesures de champ de vitesse et de concentration. Comparaison avec des modèles d'écoulement. Discussion des limites des modèles continus aux échelles du capillaire, où la taille des cellules est comparable à celle des canaux.

b) Etude de la microstructure de suspensions modèles cisaillées. Expérimentation réelle de diffusion ultrasonore sur des suspensions modèles afin de mesurer la microstructure (i.e. l’arrangement spatial des diffuseurs). Mesures du facteur de structure lié à la transformée de Fourier de la fonction de corrélation de paires.

Cours 3 : Mécanique des tissus biologiques

A l’échelle microscopique, l’intégrité structurelle des tissus mous biologiques repose sur des assemblages de protéines entourant les cellules. Leur comportement mécanique est dominé par des effets entropiques ou énergétiques, ce qui permet de maintenir à l’échelle macroscopique une rhéologie cible et ainsi assurer les fonctions essentielles recherchées (résistance, élasticité, amortissement). L’objectif de ce cours sera de faire le point sur la théorie et les méthodes expérimentales concernant les relations entre structures et fonctions dans les tissus biologiques, avec des exemples dans le domaine cardiovasculaire (artères, valves cardiaques).

Cours : Structure des tissus mous biologiques, principes de micromécanique et de changement d’échelles, mécanique des milieux continus et lois de comportement hyperélastiques (isotropes et anisotropes), mécanismes de croissance et de remodelage des tissus, essais mécaniques multiaxiaux sur tissus biologiques, méthodes optiques de mesure de champ, méthodes d’identification.

Orateur : Stéphane Avril, Sainbiose, Saint-Etienne

Travaux pratiques (Stéphane Avril et Aline Bel-Brunon, LaMCos, Lyon) : Réponse mécanique d’une artère soumise à un test de gonflement, résolution d’un problème inverse pour accéder aux paramètres des lois de comportement à partir de champs de déplacements expérimentaux fournis, lien avec la structure du tissu.

Cours 4 : Poro-mécanique des tissus biologiques

Les tissus biologiques sont sensiblement impactés par les stimuli mécaniques qu’ils reçoivent. La compréhension de leur évolution spatio-temporelle trouve une pertinence clinique significative notamment dans les pathologies du vieillissement, les défauts de croissance et l’oncologie. L’approche poromécanique constitue un cadre pertinent pour prendre en compte les couplages multiphysiques et mécano-bio-chimiques à l’échelle du tissu. La mécanique des milieux continus (fluide et solide) associée aux développements mathématiques spécifiques aux milieux poreux permettent de proposer des équations modèles décrivant les couplages multi-échelles des phénomènes de transport, des effets mécaniques et des couplages réactifs.

Cours : Caractérisation de l’architecture des milieux poreux biologiques par l’image, introduction au changement d’échelle en milieux poreux, poromécanique des tissus biologiques appliquée aux pathologies osseuses.

Orateurs : Pauline Assemat et Pascal Swider, IMFT, Toulouse 

Travaux pratiques (Pauline Assemat et Pascal Swider) : Mise en équation d’un système modèle (silicone-tissu axisymétrique, poroélastique), simulation numérique (logiciel Comsol®). Exploitation critique des résultats en regard du cadre théorique. Exploitation de données expérimentales (précédemment obtenues en laboratoire).

Cours 5 : Scientific Machine Learning et IA pour la Mécanique

Orateur : Florian De Vuyst (BMBI, UT Compiègne) 

Cours : Le « Scientific Machine Learning » est la branche de l’apprentissage machine appliquée aux sciences, à la modélisation physique/biologique et aux problèmes d’ingénierie. Dans ce cours, on aborde les concepts fondamentaux d’apprentissage machine (classification, régression), puis on discutera plus en détail des réseaux de neurones artificiels. Le cours sera illustré de travaux pratiques sur machine. 

Concepts généraux : classification et régression, apprentissage supervisé et non supervisé. Problèmes et données de grande taille : réduction de dimensionnalité. SVD, ACP et algorithmes « gloutons » (greedy). Fonctions multivariées : décompositions tensorielles.Réseaux de neurones artificiels, réseaux profonds, fonctions de perte, back-propagation. Fonctions d’activation, rectificateurs. Lien entre ReLU et approximation P1 EF. Apprentissage : données d’apprentissage et de test. Systèmes dynamiques et réseaux de neurones récurrents. ODENet. 

Enjeux importants en modélisation : identification d’équations à partir de données, modèles physiques augmentés par les données.

Travaux pratiques (Florian De Vuyst et Claire Dupont, BMBI Compiègne) : Identification d’équations différentielles à partir de données. Identification d’un système dynamique et reproduction de la dynamique d’une capsule déformable en suspension à partir de résultats de calculs haute-fidélité.