PHY565 - Physique du vivant : fluctuations, auto-organisation et matière active
Plan:
1- Introduction: les systèmes vivants comme systèmes hors équilibre
2- Diffusion et transport actif dans les systèmes vivants
3- Auto organisation et formation de patterns
4- Fluctuations, équilibre et hors d’équilibre dans les systèmes vivants
5- Forces entropiques et fluctuations : polymères
6- Forces entropiques et fluctuations : membranes et interfaces
7- Introduction à la physique de la matière active
8- Physique de la migration cellulaire : nageurs et rampants
9- Migration collective et formation de patterns dans la matière active
D'un point de vue physique, les systèmes vivants sont des systèmes complexes dotés de propriétés spectaculaires : par exemple, les cellules vivantes peuvent exercer des forces sur leur environnement, se diviser, s'autopropulser ou s'assembler en organes de formes complexes. Ces propriétés physiques inhabituelles proviennent du fait que les cellules vivantes - et plus généralement les systèmes vivants - consomment constamment de l'énergie à l'échelle microscopique, et sont donc des systèmes hors équilibre (aussi appelés actifs).
L'objectif du cours est de comprendre certaines propriétés remarquables des cellules et des collectifs cellulaires - migration, forme, comportements collectifs, formation de patterns - qui correspondent à des fonctions biologiques cruciales, comme émergeant de mécanismes physiques de base qui sont génériques aux systèmes hors équilibre.
Le cours présentera les outils théoriques nécessaires à la description de la matière vivante, issus de la physique de la matière molle, de la physique statistique à l'équilibre et hors équilibre, et présentera une introduction à la physique de la matière active. Les développements théoriques seront systématiquement replacés dans un contexte biologique et illustrés par des résultats expérimentaux récents.
Cours prérequis : Aucun prérequis strict en physique comme en biologie, même si des bases en physique générale (physique statistique) sont utiles. Ce cours est indépendant et complémentaire de PHY552B.
Langue du cours : Anglais et/ou Français suivant le public.
Crédits ECTS : 5
PHY565 - Physics of living systems: fluctuations, self-organization and active matter
Outline:
1- Introduction: living systems as out-of-equilibrium systems
2- Diffusion and active transport in living systems
3- Self-organization and pattern formation
4- Fluctuations, equilibrium and out-of-equilibrium processes in living systems
5- Entropic forces and fluctuations: polymers
6- Entropic forces and fluctuations: membranes and interfaces
7- Introduction to active matter physics
8- Physics of cell migration: swimmers and crawlers
9- Collective migration and pattern formation in active matter
From a physical point of view, living entities are complex systems with spectacular properties: for example, living cells can exert forces on their environment, divide, self-propel, or assemble into organs of complex shapes. These unusual physical properties arise from the fact that living cells - and more generally living systems - constantly consume energy at the microscopic scale, and are therefore non-equilibrium systems (also called active).
The objective of the course is to understand some remarkable properties of cells and cellular collectives - migration, shape, collective behaviors, pattern formation - that correspond to crucial biological functions, as emerging from basic physical mechanisms that are generic to non-equilibrium systems.
The course will present the basic theoretical tools needed to describe living matter, from soft matter physics, from equilibrium and non-equilibrium statistical physics, and will present an introduction to the physics of active matter. Theoretical developments will be systematically placed in a biological context and illustrated by recent experimental results.
Prerequisites: No strict prerequisites in physics as well as in biology, although a basic knowledge in general physics (statistical physics) is recommended. This course is independent and complementary to PHY552B.
Language: English and/or French depending on audience
ECTS : 5
- Teaching coordinator: Voituriez Raphaël