• PRIX DE THÈSE 2019

Le 17 juin 2019 , le jury du Prix de Thèse Systèmes Complexes à distingué les travaux de jeunes chercheurs et chercheuses particulièrement prometteurs. 

Les  candidats ont présenté leurs travaux devant un jury composé de Marton Kersai, Assistant Professor in Computer Science (ENS Lyon-IXXI Rhône Alpes), Annick Lesne, Directrice de recherche (LPTMC-UPMC), Giuseppe Longo, Directeur de recherche (ENS), et Clémence Magnien, Directrice Adjointe du LIP6 (CNRS – Sorbonne Université).

Le prix de thèse a été  décerné à trois jeunes docteur.e.s ex-aequo :

Anaïs Abramian de l’Institut de Physique du Globe de Paris pour son travail intitulé : “Auto-organisation du transport sédimentaire dans les rivières alluviales.”

Alexandre Génin de l’Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier (Université de Montpellier) pour son travail intitulé : “Réseaux d’interactions écologiques, stabilité et résilience des écosystèmes.”

Tanguy Fardet, du Laboratoire Matière et Systèmes Complexes de l’Université Paris Diderot, pour son travail intitulé : “Growth and activity of neuronal cultures: emergence of organized behaviors”.

Les lauréats 2019

Anaïs ABRAMIAN

Institut de Physique du Globe de Paris

Auto-organisation du transport sédimentaire dans les rivières alluviales ?

Les rivières alluviales construisent leur propre lit avec les sédiments qu’elles transportent. En effet, l’écoulement qui les parcourt entraîne, transporte et dépose des sédiments, déformant ainsi le lit qui le conduit. Ce couplage sélectionne la forme d’équilibre d’une rivière.Dans cette thèse, nous étudions l’influence du transport sédimentaire sur la forme et la stabilité d’une rivière alluviale. Pour ce faire, nous reproduisons des rivières en laboratoire en laissant s’écouler un liquide visqueux sur un lit granulaire. L’aspect du chenal ainsi formé dépend des débits de liquide et de sédiment injectés en entrée.A l’aide de ces expériences, nous mettons en évidence les deux mécanismes qui contrôlent l’équilibre d’une rivière. D’abord, la gravité entraîne les grains vers le centre du chenal. Ce mécanisme érode continuellement les berges de la rivière, et tend donc à l’élargir. Cependant, les collisions d’un grain avec le lit dévient sa trajectoire dans la direction transverse à l’écoulement. Les grains se comportent ainsi comme des marcheurs aléatoires, qui, collectivement, diffusent vers les berges de la rivière. A l’équilibre, cette diffusion compense la gravité, et fixe ainsi la forme de la rivière.Lorsque la diffusion prend le dessus sur la gravité, elle peut induire une instabilité. En effet, si on perturbe un lit sédimentaire avec des stries longitudinales, le cisaillement fluide est plus faible là où l’écoulement est moins profond. Par conséquent, les grains diffusent depuis les creux de la perturbation vers ses crêtes. Cette rétroaction déstabilisante pourrait générer de nouveaux chenaux, et expliquer la formation des rivières en tresses.

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Alexandre GENIN

Institut des Sciences de l’Evolution de Montpellier
Université de Montpellier

Réseaux d’interactions écologiques, stabilité et résilience des écosystèmes.

Les systèmes écologiques sont complexes car composés d’une multitude d’éléments en interaction. Ces interactions, entre espèces par exemple, forment des réseaux qui présentent des propriétés structurelles déterminantes pour la réponse du système écologique entier aux perturbations.Pour mieux identifier cette réponse, il est donc important de cartographier les interactions présentes dans les communautés écologiques et de comprendre leurs variations dans le temps et l’espace.Dans ce travail, nous avons utilisé les communautés de plantes comme systèmes écologiques modèles afin (i) d’identifier à partir de patrons spatiaux certains motifs présents dans les réseaux d’interaction écologiques (les boucles de rétroaction) et (ii) de cartographier les réseaux d’interactions (tels que mesurés par les associations spatiales entre plantes)le long de gradients de stress. Pour ce faire, nous avons utilisé deux jeux de données documentant des communautés de plantes de clairières subalpines (Etats-Unis) et méditerranéennes (La Crau, France). Nos résultats montrent que les boucles de rétroaction peuvent être inferées à partir des patrons spatiaux présents dans les communautés de plantes, permettant ainsi d’identifier des communautés pouvant répondre de manière abrupte aux perturbations. Les interactions entre plantes (déduites de leurs associations spatiales) dépendent fortement du stress appliqué à la communauté, et présentent une résilience faible aux évènements de perturbation.Ce travail montre que les interactions entre plantes peuvent être cartographiées in situ à partir des associations spatiales. Il ouvre la voie vers une meilleure compréhension et capacité d’anticipation de la réponse des communautés écologiques face aux perturbations.

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Tanguy FARDET

Laboratoire Matière et Systèmes Complexes
Université Paris Diderot

Growth and activity of neuronal cultures: emergence of organized behaviors

In this thesis, I provide models and numerical tools to better understand and predict the behavior and development of neuronal cultures and devices.Neuronal cultures have proven invaluable in improving our understanding of how the brain processes information, by enabling researchers to investigate neuronal and network response functions to various perturbations and stimuli.Furthermore, recent progress in microfluidics have opened the gate towards more elaborated neuronal devices, bringing us one step closer to complex signal processing with living in vitro neurons.In a first part, I propose a mechanism to explain the epileptiform bursts of activity present in cultures, mechanism which I formulate as a concise theoretical model. I subsequently test the predictions of this model on cultures and show that they are indeed compatible with the behavior observed in vitro.I further develop this description in the second part of the thesis, where I analyze its spatiotemporal dynamics and the fact that burst nucleate in specific areas in the network.Since predictions and analysis of these nucleation centers strongly depends on the network structure, I develop a simulation platform to enable efficient modeling of the network development. This software takes into account the interactions between the neurons and their environment and is the first platform to provide versatile and complete models to simulate the entire growth process of neurons. I demonstrate that this simulator is able to generate valid neuronal morphologies, then use it to propose new network topologies to describe neuronal cultures, as well as to reproduce existing neuronal devices. I then show that the activities sustained by these structures are compatible with the experimental recordings.Eventually, I discuss several future directions for which the use of neuronal devices would enable to circumvent current limitations of neuronal cultures, thus providing new information on the processes which underlie brain development and plasticity.

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COORDINATEURS

  • Laurence Amar, DR, HDR, Institut de Neurosciences Paris Saclay, Université Paris Sud.
  • Guillaume Darrasse-Jèze, Maître de conférences, chaire Inserm-Biothérapies, Université Paris Descartes.
  • Laura Hernandez, maîtresse de conférences habilitée à diriger des recherches au LPTM/CNRS de l’Université de Cergy-Pontoise.
  • Annick Vignes, Directrice adjointe de formation à l’ENPC, CAMS/EHESS

ORGANISATEURS

Le Prix de Thèses Systèmes Complexes 2019 est co-organisée par l’Institut des Systèmes Complexes en Normandie – ISCN, l’Institut des Systèmes Complexes de Paris IdF – ISC-PIF, et l’Institut Rhônalpin des Systèmes Complexes – IXXI.