Computational modeling of internal mechanical structure of plant cells

Résumé : Dans le cadre de l'étude de la morphogénèse des plantes, bien que la génétique soit intensivement étudiée, le concept clé de rhéologie à différentes échelles : cellulaire, tissulaire ou de l'organisme entier, qui gouverne directement la croissance des organismes et devrait permettre la connaissance de l'évolution de la plante reste encore très pauvrement analysé.Ce travail porte ainsi sur la description des paramètres mécaniques des cellules de plantes, à travers la réalisation de modèles numériques physiques et réalistes de différents sous-domaines de l'organisme Arabidopsis thaliana. Dans ce projet, une approche systématique sera développée pour la réalisation de ces modèles où nos structures s'appuieront sur des données expérimentales (images des différents organes de la plante) décrivant précisément la structure interne d'A. thaliana, ce qui permettra l'obtention de structures et maillages réalistes.Ensuite l'étape de modélisation permettra d'une part de retrouver, à travers le champs de déformation de l'organe décrit, les caractéristiques mécaniques sous-jacentes au modèle, ce qui constitue une forme de problème inverse biologique complexe. Nous appliquerons cette méthodologie à différents sous-domaine de notre plante archétype, commençant par les jeunes tiges, puis les racines et enfin le meristème qui constitue la zone première de croissance de la plante.D'autre part, nous développerons un cadre théorique, sur lequel pourront s'appuyer les biologistes, décrivant un modèle d'organe d'A. thaliana réaliste, typiquement le meristème, et qui permettra de valider ou d'infirmer certaines hypothèses de manipulations encore sujettes à débat, notamment dans le cadre d'utilisation de microscope à force atomique afin d'extraire expérimentalement les propriétés mécaniques des tissus.Enfin, nous présenterons une nouvelle approche mécanique hiérarchique couplant des modèles de simulation à différentes échelles : Multifarious Hierarchy of Mechanical Models. Cette nouvelle approche est à la fois éclectique, car elle permet de coupler des modèles physiques variés (sans maillages, physique modale, éléments finis...), mais aussi flexible, car elle autorise la modularité des différents domaines des modèles sous-jacents, et enfin efficace par l'obtention de gains de performance et de temps face à des simulations éléments finis s'appuyant sur le même niveau de détail. Cette approche devrait permettre le développement d'algorithmes rapides pour les simulations physiques où un niveau de détail local est requis. Par exemple, elle pourrait s'appliquer aux simulations de microscope à force atomique décrites dans la partie précédente.
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Thèse
Biomechanics [physics.med-ph]. Université Grenoble Alpes, 2015. English. 〈NNT : 2015GREAM068〉
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Soumis le : lundi 22 mai 2017 - 14:37:09
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Richard Malgat. Computational modeling of internal mechanical structure of plant cells. Biomechanics [physics.med-ph]. Université Grenoble Alpes, 2015. English. 〈NNT : 2015GREAM068〉. 〈tel-01237033v2〉

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