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Modélisation physique pour le vivant

Modélisation physique pour le vivant

En pratique :

Volume horaire de cours : 24
Volume horaire global de TD : 19
Volume horaire global de TP : 10
Volume horaire pour d'autres type d'enseignement : 2
Langue principale : français
Nombre de crédits européens : 6

Description du contenu de l'enseignement

L'UE comprend deux modules intitulés Modélisation du vivant (MVI1) et Concepts Physiques pour la Cellule (CPC) avec des enseignements dispensés sous la forme de cours, TD et TP.

Programme du module Modélisation du vivant :

Cours

  • Introduction à la démarche de modélisation : Est-ce que les chiens font de l’optimisation ?
  • Modélisation, exemple 1: Dynamique d’une épidémie dans une population
  • Visualisation et exploration du modèle par simulations numériques
  • Modélisation, exemple 2: Comment prédire l’évolution de concentrations dans la cellule ou au cours d’une réaction chimique ?
  • Étude mathématiques des modèles et prédictions biologiques
  • Étude des équilibres de phénomènes du vivant
  • Introduction à la notion de bifurcation dans les phénomènes du vivant

Travaux dirigés
Une large partie des séances de TD aura lieu en salle informatique afin de tester les prédictions sur le système biologique obtenues à partir les modèles mathématiques. L’idée est de partir de phénomènes du vivant connus, d’en extraire les principaux facteurs biologiques puis de construire des modèles mathématiques qui les représentent. Ces modèles sont ensuite étudiés théoriquement et numériquement, via l’outil informatique.

Travaux pratiques
Les séances de TP seront exclusivement réservées à l’exploration numérique des modèles (simulations). En pratique, il y aura peu de différences entre TP et TD.

Programme du module Concepts Physiques pour la Cellule :

Cours

  • Diffusion de particules : mouvement brownien, lois de la diffusion, coefficient de diffusion, perméabilité membranaire
  • Mécanique du ressort, amortisseur : constante de raideur, oscillations, notion de phase.
  • Microscopie à fluorescence: optique géométrique, fluorescence, résolution spatiale.
  • Un cours de 2H (FOAD) dispensé en anglais sera dédié à la mécanique cellulaire. Il sera composé d’une brève introduction à une problématique de recherche, d’une expérience filmée et commentée ainsi que d’une série de questions-réponses.

Travaux dirigés
Au cours des séances de TD, de nombreux exercices seront proposés aux étudiants sur les différents points abordés en cours. L'objectif est de développer l’aptitude à raisonner sur des problèmes de biologie cellulaire et d'apprendre à appliquer les concepts vus en cours aux données expérimentales. La manipulation d’un microscope à fluorescence pour l’analyse et l’interprétation de processus de diffusion sera faite en démonstration par l’enseignant lors d’une séance.

Travaux pratiques
Au cours des deux séances de TP qui leur seront proposées les étudiants apprendront :
oà analyser et quantifier les images obtenues par un microscope à fluorescence
oà modéliser in-silico la diffusion de matière dans une cellule et regarder l’influence des différents paramètres du problème.


Compétences à acquérir

Objectifs :

Le but de cette UE est de donner des notions solides sur la modélisation de phénomènes physique pour le monde du vivant.

Les objectifs du Module Modélisation du vivant sont plus précisément de :

  • Proposer une étude interdisciplinaire des phénomènes du vivant
  • Interpréter des phénomènes connus en biologie sous l’angle de la modélisation, par exemple la dynamique d’une épidémie dans la population
  • Guider les étudiants dans l’exploration des interactions entre biologie - mathématiques - simulation informatique

Le module Concepts Physiques pour la Cellule a pour ambition de présenter l'influence de deux phénomènes physiques classiques, la diffusion de molécules et la mécanique, dans la vie de la cellule. Les principes de ces deux phénomènes physiques seront décrits et leur implication dans les processus cellulaires sera étudiée par l'intermédiaire de la microscopie à fluorescence.
I
Compétences acquises :

À la fin de ces enseignements l'étudiant doit :

  • Comprendre les bases de la modélisation d’un phénomène biologique et son exploration mathématique
  • Être capable de simuler le modèle construit via l’outil informatique
  • Proposer des conclusions biologiques étant donnés les résultats mathématiques et les simulations informatiques correspondantes. L’interprétation biologique de résultats théoriques est au centre du cours.
  • Comprendre les notions de diffusion de molécules dans le contexte cellulaire
  • Comprendre les modèles mécaniques classiques décrivant le comportement d’une cellule individuelle ou au sein d'un tissu

Modalités pédagogiques

  • hybride
  • en présence

Pré-requis

Pré-requis obligatoires

Pré-requis
Les notions de Physique et Mathématique du programme de TS sont demandées. Une forte motivation et une implication personnelle importante de l'étudiant sont essentielles, cette UE abordant des thématiques transverses par rapport aux UE de biologies fondamentales.


Profils attendus

Pré-requis
Les notions de Physique et Mathématique du programme de TS sont demandées. Une forte motivation et une implication personnelle importante de l'étudiant sont essentielles, cette UE abordant des thématiques transverses par rapport aux UE de biologies fondamentales.