Thèse Mécanique des Tissus Fibreux Réponse Active aux Temps Courts H/F - 38

Établissement : Université Grenoble Alpes
École doctorale : I-MEP² - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production
Laboratoire de recherche : Laboratoire Interdisciplinaire de Physique
Direction de la thèse : Jocelyn ETIENNE ORCID 0000000218665604
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-03T23:59:59Les tissus mous relient, entourent ou soutiennent les organes internes et les os. Ils présentent une grande variété de microstructures et de propriétés mécaniques, qui varient d'un organe à l'autre et selon les conditions patho-physiologiques. Dans ces tissus, les cellules sont dispersées les unes par rapport aux autres au sein d'une matrice à base de collagène, appelée matrice extracellulaire (MEC). Il est établi que les cellules peuvent réorganiser le collagène, tant par des actions biochimiques que par des forces mécaniques, sur une échelle de temps de l'ordre de quelques heures, et que leur action peut entraîner des changements drastiques dans l'organisation et les propriétés mécaniques de la matrice [1,2,3]. La manière dont les cellules orchestrent collectivement ces changements reste une question complexe et non résolue.
Afin de commencer à aborder ces questions, nous nous concentrerons sur la mécanique passive et active à court terme d'un micro-tissu reconstitué in vitro. Nous utiliserons un modèle mécanique de réseau fibreux actif capable de reproduire la réponse plastique des tissus fibreux à la compression, à l'échelle de quelques heures.

Preliminary data obtained and analyzed by the collaborators in Sorbonne Université evidence distinct timescales in model fibrous tissues, potentially associated to different biophysical processes. The fastest timescale, around 1 to 10s, is consistent with a poroelastic characteristic time, corresponding to the rate at which medium can enter/exit ECM pores under mechanical stress. A slower timescale, of around 100-1000 s, is still present under a drug treatment that prevents cell activity, suggesting it is a viscoelastic relaxation time of the collagen itself. Then, at the time scale of one hour or more, tissues exhibit an active flow rate mediated by cell contractility.

Using a kinetic model of statistical physics, inspired by previous work [4] and models of active gel models for cytoskeletal networks and molecular motors [5], the PhD student will propose a mechanical model of active collagen network.
The model will focus on the fiber-scale of the collagen matrix, describing the statistics of their orientation and stretch, the dynamics of establishment and release of physical - and, when relevant, chemical - crosslinks, and finally the deformations induced by cells, in order to recapitulate at the tissue-scale the different behaviors observed experimentally. We will then ask whether the characteristic time over which remodelling takes place naturally emerges from the dynamics that we describe or whether additional effects should be considered.

- analytical derivation of a microstructure model
- analytical and numerical investigation of model predictions
- systematic comparison with experimental results of controlled spatio-temporal mechanical perturbations