Le 30 juin dernier, le premier prix de thèse en sciences des systèmes complexes, organisé par l’Institut des Systèmes Complexes de Paris Île-de-France à distingué les travaux de jeunes chercheurs et chercheuses particulièrement prometteurs. 

Les 7 candidats ont présenté leurs travaux devant un jury composé de Marc Barthélémy (CEA), Paul Bourgine (CSS / RNSC), Patrick Flandrin (ENS Lyon), Cédric Gaucherel (INRA) et Alan Kirman (EHESS).

Le premier prix a été décerné à Alice della Penna de l’Université Paris Diderot pour sa thèse : “Living in a fluid-dynamical landscape: how do marine predators respond to turbulence?” ; le deuxième prix a été décerné à Pierre Roncerey de l’Université Paris Saclay pour son travail sur la “Contraction active de réseaux de fibres biologiques” et enfin Etienne Fodor de l’Université Paris Diderot a reçu le troisième prix pour a thèse sur les “Signatures hors de l’équilibre dans les systèmes vivants et actifs”. 

Cet événement Prix de Thèse Systèmes Complexes a été réalisé avec le soutien du DIM Problématiques transversales aux Systèmes Complexes.

Premier Prix

ALICE DELLA PENNA
Université Paris Diderot / Frontières du Vivant
LOCEAN-IPSL

Living in a fluid-dynamical landscape: how do marine predators respond to turbulence?

Marine top predators play a fundamental role in maintaining the structure and functioning of healthy marine ecosystems. In the last decades the development of bio-logging (i. E. Deployment of autonomous recording tags on free-living animals) has radically changed the study of top predators and their interactions with their environment. Combinations of sensors measuring position (Argos and GPS), environmental properties (water temperature, light) and proxies for foraging behavior (accelerometers) have enabled relating migrations of large fish, marine mammals, sea turtles and seabirds to basin scale patterns of ocean currents, temperature, and productivity. However, what influences marine predators’ movement at smaller spatial and temporal scales, such as the ones they experience during their foraging trips, is still largely unknown. This project analyses the interaction between marine top predators (elephant seals and macaroni penguins) and sub-mesoscale (few days-months, 10-100 km) ocean dynamics. This is achieved by combining in-situ observations, bio-logging data, remote-sensing, ecological modelling and a Lagrangian approach (i. E. Based on the tracking of water parcels). The study is conducted in the sub-Antarctic region around the Kerguelen Plateau (Indian Sector of the Southern Ocean).

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Deuxième Prix

PIERRE RONCEREY
Université Paris-Saclay
ED 564 Physique en Île-de-France
Laboratoire de Physique Théorique et Modèles Statistiques.

Contraction active de réseaux de fibres biologiques

Le fonctionnement des organismes vivants requiert la production de forces à grande échelle, pour des processus biologiques aussi divers que la motilité cellulaire, le développement embryonnaire, la cicatrisation ou encore la contraction musculaire. Dans de tels systèmes, les forces générées à l’échelle moléculaire par des moteurs protéiques sont transmises par des réseaux de fibres désordonnés, menant à des tensions actives à grande échelle. Les propriétés macroscopiques passives de ces réseaux de fibres sont bien caractérisées. En revanche, ce problème de production de stress par des unités actives microscopiques n’est pas résolu.

Cette Thèse présente une étude approfondie, par des méthodes théoriques et numériques, de la transmission de forces dans les réseaux élastiques de biopolymères. Je montre que la réponse linéaire, à faible force, des réseaux est remarquablement simple : elle est déterminée par la seule la géométrie des unités actives exerçant les forces. Au contraire, lorsque les forces actives sont suffisamment importantes pour provoquer le flambage non-linéaire des fibres, ces forces sont rectifiées par le réseau, et deviennent isotropiquement contractiles. La contraction émergente qui en résulte est amplifiée par la transmission de forces non-linéaire à travers le réseau. Cette amplification du stress macroscopique est renforcée par le caractère désordonnée du réseau, mais sature lorsque la densité d’unités actives est grande.

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Troisième Prix

ETIENNE FODOR

Université Paris Diderot
ED Physique en Ile-de France
Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Signatures hors de l’équilibre dans les systèmes vivants et actifs

Les systèmes vivants évoluent hors de l’équilibre par l’injection permanente d’énergie fournie par l’ATP. La dynamique des composants intracellulaires, tels que les protéines, organelles et filaments du cytosquelette, est contrôlée par des fluctuations thermiques d’équilibre ainsi que des forces actives aléatoires produites par les moteurs moléculaires. Des traceurs sont injectés dans les cellules pour étudier ces fluctuations. Pour distinguer les fluctuations hors de l’équilibre des effets purement thermiques, des mesures de fluctuations spontanées et de réponse sont combinées. Nous récapitulons théoriquement les fluctuations observées à l’aide d’un modèle phénoménologique. Cela nous permet de quantifier les échelles de temps, de longueur, et d’énergie des fluctuations actives dans trois systèmes expérimentaux : des mélanomes, des ovocytes de souris, et des tissus épithéliaux. Les particules auto-propulsées extraient de l’énergie de leur environnement pour effectuer un mouvement dirigé. Une telle dynamique conduit à une riche phénoménologie qui ne peut être capturée par la physique d’équilibre. Un exemple frappant est la possibilité pour des particules répulsives de subir une séparation de phase. Pour un modèle spécifique d’auto-propulsion, nous explorons à quelle distance de l’équilibre opère la dynamique. Nous quantifions la rupture du renversement temporel, et nous délimitons un régime d’équilibre effectif. L’identification de ce régime est basée sur l’analyse des fluctuations et réponse des particules.

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