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Fiche détaillée Thèses
Université Paris-Diderot - Paris VII (12/07/2005), Ben Amar Martine (Dir.)
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Instabilités des membranes lipidiques inhomogènes. Implications biologiques.
Jean-Marc Allain1

Cette thèse est consacrée à l'étude analytique et numérique d'instabilités de forme de vésicules lipidiques à deux phases. Les vésicules sont un système modèle de choix pour étudier les propriétés mécaniques et physico-chimiques de la membrane cellulaire. Aussi, elles ont été largement étudiées depuis une trentaine d'années et, dans le cas d'une bicouche homogène, leurs propriétés sont désormais bien comprises. On sait maintenant réaliser des vésicules formées d'un mélange de lipides. Il peut alors se produire une séparation de phase conduisant à la formation de domaines de composition différente. Des structures similaires de très
petite taille, appelées 'rafts', existeraient dans les membranes cellulaires. Différentes expériences sur des vésicules multiphasiques montrent que cette inhomogénéïté latérale favorise des instabilités de forme. Nous avons modélisé trois instabilités différentes, observées expérimentalement, pour mieux comprendre comment les propriétés mécaniques des vésicules sont affectées par l'existence d'un domaine. Deux instabilités concernent des déformations hors du plan de la bicouche : la rupture d'un tube de membrane, provoquée par les contraintes mécaniques internes, et l'éjection d'un domaine d'une vésicule tendue, soit par l'absorption de molécules soit par un changement de pression osmotique. Enfin, nous avons modélisé une instabilité illustrant le comportement hydrodynamique de la bicouche, qui justifie le concept de viscosité associé à celle-ci tout en soulignant son caractère bidimensionnel.
1 :  LPS - Laboratoire de Physique Statistique de l'ENS
Instabilité – Physique de la membrane – Vésicules – Rafts – Fission – Elasticité – Capilarité – Fluide bidimensionnel

Instabilities of inhomogeneous bilayers of lipids. Biological implications.
Lipid vesicles are a paradign for the study of mechanical and physicochemical properties of cellular membranes. They have been widely studied for about thirty years and, in the case of double-layered homogeneous vesicles, their properties are well understood. It is now possible to create vesicles with a mixture of lipids. In such systems, phase separation can occur leading to the formation of domains of different composition. Similar structures of small size, called ' rafts', can exist in the cellular membranes. Various experiments on multiphasic vesicles show that this inhomogeneity tends to destabilize the shape. We have modelled three different instabilities observed in experiments to gain insight on the mechanical properties of the vesicles and how they are affected by phase doamins. Two of these instabilities are associated with deformations out of the bilayer plane: the rupture of a tube of membrane, caused by internal mechanical constraints, and the ejection of a domain of a stretched vesicle, either by the absorption of molecules or by a change of the osmotic pressure. Finally, we have modelled the hydrodynamic behavior of the bilayer and introduce a concept of viscosity associated with its two-dimensional character.