Ecole Centrale de Lyon - INSA de Lyon - Université Lyon 1
L’objectif de ce travail de thèse est de baser l’identification des caractéristiques
électromagnétiques de la cellule sur un modèle plus complexe de cellule, qui devra donc
être traité numériquement. Plusieurs étapes sont ainsi envisagées :
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Dans un premier temps, après une étude bibliographique, une analyse critique des
différents logiciels existants pour modéliser le phénomène d’électrorotation sera
menée. Cette analyse devra mener à la définition de la formulation et du modèle
numérique les mieux adaptés, couplant en particulier les équations de
l’électromagnétisme et de la mécanique des fluides.
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Il conviendra ensuite de développer le code numérique permettant de calculer le
spectre d’électrorotation d’une cellule de forme quelconque. Les résultats seront
validés par comparaison d’abord avec le modèle analytique de la cellule sphérique,
puis avec des résultats obtenus expérimentalement. Suivant le type de cellule, le
modèle numérique sera 2D ou 3D. La cellule sera considérée d’abord comme
uniquement constituée d’une membrane et d’un cytoplasme, mais la présence d’un
noyau et d’organites devra aussi être étudiée.
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On s’attachera ensuite à rendre la modélisation plus réaliste, l’objectif étant de
modéliser le microsystème complet : prise en compte d’électrodes de forme
quelconque, modélisation de plusieurs cellules dans la solution et de leur
interactions. Éventuellement, les phénomènes thermiques seront également pris en
compte. Chaque étape de développement logiciel fera l’objet d’une validation
expérimentale.
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Les modélisations numériques de cellule intégreront une approche stochastique
(éléments finis stochastiques par exemple), permettant de prendre en compte la
variabilité des paramètres géométriques et électromagnétiques inhérentes aux
cellules biologiques. Cette approche est nécessaire pour estimer la sensibilité du
spectre d’électrorotation à ces paramètres.
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Enfin, le problème inverse sera traité : à partir du spectre d’électrorotation mesuré et
d’une connaissance de la forme de la cellule, il faudra être capable de recaler les
résultats expérimentaux sur des résultats numériques afin de remonter aux valeurs
des caractéristiques électromagnétiques de la cellule.
Ce travail fait l’objet d’une collaboration entre les équipes « Modélisation » et
« Microsystèmes et microbiologie » du Laboratoire Ampère. Il s’inscrit dans le cadre du
développement de la plate-forme logiciel de modélisation de l’interaction champ-cellule, et
s’appuie sur la mini plateforme expérimentale de culture de cellules eucaryotes en cours de
développement.
Les compétences requises pour ce travail relèvent principalement de l’analyse numérique.
Des compétences supplémentaires en électromagnétisme seraient les bienvenues, mais
elles pourront être acquises lors de la thèse. Ce poste conviendra particulièrement à un
ingénieur généraliste titulaire d’un master recherche.
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Ecole Doctorale EEA de Lyon, ED 160
Laboratoire Ampère, UMR CNRS 5005
Ecole Centrale de Lyon
Directeurs de thèse : Laurent Nicolas, François Buret