Physique bioinspirée

Comment la sève monte-t-elle jusqu'au sommet des séquoias géants ? Comment les membranes biologiques  se forment-elles et quelles rôles peuvent-elles jouer ? Quelle est l'origine du repliement des protéines en une structure 3D qui assure leurs fonctions biologiques ? Comment l'ADN s'enlace-t-il pour occuper un minimum de place ? Quelles sont les différents moyens de locomotion des micro-organismes, des pollens ou en encore des petites araignées ? Quels processus physiques sont à l'origine de la motilité cellulaire ? Comment fonctionne le bouclier thermique de la fourmi argentée saharienne ? Qu'est-ce qui fait la  résistance des éponges siliceuses qui n'ont rien à envier à nos meilleurs blindages ? Qu'est-ce qui donne les propriétés incroyables de résistance et d'élasticité aux fils d'araignées ? Comment le reptile appelé basilic commun fait-il pour marcher sur l'eau ? Pourquoi le pic vert n'a-t-il pas mal à la tête ?

La plupart des réponses à ces questions font l'objet de recherche d'actualité. Dans les explications de ces différents phénomènes se cachent d'astucieux processus et concepts physiques.

En s’appuyant sur l'universalité des concepts et des lois physiques, nous analyserons les grands principes qui décrivent la fascinante complexité du vivant.
 

Dans ce cours, les étudiants apprendront à

• Modéliser des phénomènes biologiques à l’aide de concepts et méthodes issus de la physique, en identifiant les variables pertinentes, les hypothèses et les limites du modèle.
• Mobiliser les notions fondamentales de la physique et les outils théoriques (lois d'échelles, ordres de grandeur, analyse dimensionnelle...) pour analyser un système vivant.
• Concevoir et réaliser des expériences permettant d’étudier un phénomène physique lié au vivant, en utilisant des instruments adaptés et en assurant la qualité des mesures.
• Traiter et interpréter des données expérimentales ou issues de la littérature scientifique, en mobilisant graphiques, ajustements, statistiques élémentaires et analyse critique.
• Communiquer une argumentation scientifique claire, structurée et étayée, à l’oral comme à l’écrit.
• Adopter une démarche réflexive sur l’ensemble du processus scientifique : choix méthodologiques, analyse, interprétation et limites.

Cours pré-requis

Dans ce cours, nous aborderons l’étude des objets biologiques par des méthodes physiques pratiques et conceptuelles. Par exemple, l’analyse dimensionnelle d’une situation, basée sur l’observation et l’expérience, sera privilégiée par rapport à une approche de dérivation mathématique formelle. Un autre exemple est que, pour comprendre les systèmes naturels complexes, nous aurons recours, aussi souvent que possible, à des “expériences modèles”.  Simplifiées et bien maîtrisées par le physicien, ces expériences permettent de modéliser les particularités du vivant.

Tout au long du cours, les étudiants mettront en pratique, seul et/ou en groupe, les savoir et savoir-faire appris dans le cours au travers d'exercices et d'expérimentation DIY illustrant les concepts théoriques. En groupe, ils élaboreront un projet final de physique bio-inspirée. En partant de l’inspiration biologique de leur choix, les étudiants tâcheront d'expliquer le phénomène biologique observé à l'aide d'arguments physiques pertinents et d'expériences modèles.

Des travaux pratiques permettront aux étudiants d'apprendre à observer, se questionner, formuler une question physique, faire une mesure, analyser et présenter leur résultat.

Au terme de ce module, ils auront appris comment une approche faite d’arguments physiques simples permet d'expliquer des phénomènes complexes dans le monde du vivant.

Références, bibliographie et lectures recommandées

Livres de physique de références :

• Séon T. (2018). Les Lois d'échelle: La Physique du petit et du grand. Odile Jacob.
• Kane J. et Sternheim M. (2018). Physique (4è éd.) Dunod, Paris.

Support(s) de cours

• Université virtuelle

Contacts

Denis.Terwagne@ulb.be

Campus

Plaine, Hors campus ULB

Méthode(s) d'évaluation

• Travail personnel
• Présentation orale
• Travail de groupe
• Autre
• Rapport écrit

Travail personnel

Présentation orale

Travail de groupe

Autre

Rapport écrit

Construction de la note (en ce compris, la pondération des notes partielles)

Note individuelle 60% (travail personnel)
Note de groupe 40% (travaux pratiques)

La présence aux travaux pratiques est obligatoire ; elle conditionne la réussite de l'étudiant pour l'unité d'enseignement. Un.e étudiant.e non présent.e aux séances de TP sera noté.e ABSENT.E comme cote globale tant pour la 1ere que la 2de session.

Si l'étudiant.e obtient une note individuelle < 8/20, cette note constituera la note globale et unique de l'UE.
D'autre part, en cas de dysfonctionnement entre les membres d'un groupe, les notes peuvent être éventuellement dissociées pour chacun des membres du groupe.

Langue(s) d'évaluation

• français