L’énergie lumineuseau service de la dépollution

de l’eau !

Microscopie électronique :un fascinant voyage au cœur

des matériaux

L’objectivité à la rencontrede la subjectivité

Mesurer le temps : du grainde sable au grain de lumière

Le décryptage des séquencesbiologiques

Que contient une imagenumérique ?

Des molécules pourles vaisseaux malades ?

Des prothèses et des implantstels qu’on en rêve…

La fourmi, l’hommeet le bigbang

Institut Galilée

octobre 2004 - n°1

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LIMH

P

3

L’énergie lumineuseau service de la dépollutionde l’eau !Cet article présenteun procédé dans lequel l’énergielumineuse, fournie par une lampeou le soleil, active la surfaced’un matériau aux propriétésphotocatalytiques pour dégraderles polluants dans l’eau.

contactLaboratoired’Ingénieriedes Matériauxet des HautesPressions (LIMHP)CNRS UPR 1311DirecteurJean-FrançoisBocquet� 01 49 40 34 37Institut Galilée

Réacteurde dépollutionde l’eau à litfluidisédéveloppéau LIMHP

L e dioxyde de titaneTiO2 est le pig-ment blanc utilisé dans les pein-tures, revêtements, plastiques et

papiers. L’activité photocatalytique du TiO2

a été observée pour la première fois en 1972sur la réaction de photodécomposition del’eau. Cette activité a tout d’abord étéconsidérée comme néfaste car elle condui-sait à une dégradation, observable par unjaunissement, des matrices organiques danslesquelles le pigment était incorporé. Lespremières études sur la photocatalyseavaient donc pour but son inhibition.L’utilisation possible de ces propriétés dansdes applications liées à l’environnement,comme l’élimination de polluants orga-niques dans l’eau et dans l’air, a conduit à denombreuses études dont le but était demesurer l’activité de TiO2 et d’augmenterson efficacité. De plus, depuis peu, de nou-velles applications, liées à l’autonettoyagedes surfaces couvertes par TiO2, sont appa-rues.Lorsque TiO2 est soumis à une illuminationUV, la surface du matériau est activée etpeut dégrader tout polluant organique sousforme d’eau et de gaz carbonique. Les pro-priétés particulières du TiO2 permettentainsi, par mise en contact entre de l’eau pol-luée par un produit organique, du photoca-talyseur, de l’oxygène et des photons UVd’obtenir un procédé original de dépollu-tion de l’eau utilisant l’énergie lumineusesolaire ou artificielle ; il peut être compactet consomme peu de réactifs.La recherche actuelle sur la dépollution parphotocatalyse pose plusieurs probléma-

tiques. Les deux principales sont focaliséesd’une part sur le matériau photocatalytiqueet d’autre part sur le design du réacteur dedépollution.Réaliser un réacteur de photocatalyseimplique de prendre en compte plusieursparamètres tels que l’immobilisation etl’irradiation du photocatalyseur, les fluxd’eau polluée et d’oxygène, le refroidisse-ment et la protection de la lampe et du cir-cuit électrique. L’optimisation de cesparamètres a pour but d’obtenir la dégrada-tion du polluant la plus totale et la plus rapi-de possible. Des procédés de dépollution del’eau et de l’air en réacteur à lit fixe et à litfluidisé sont actuellement en développe-ment au LIMHP.La photo montre un exemple de réacteur àlit fluidisé.�

Christophe Colbeau-Justincolbeau@limhp.univ-paris13.fr

éditoLa recherche à l’Université Paris 13 :

une exigence de qualité dans la pluridisciplinarité.

La recherche à l’Université Paris 13 s’organise actuellement sur

33 laboratoires bénéficiant tous d’une reconnaissance nationa-

le attribuée après évaluation. Le Conseil scientifique de

l’université concentre en effet ses efforts sur ces laboratoires tout

en soutenant des projets nouveaux ayant vocation à évoluer

vers des unités à label national (trois projets sont actuellement

soumis à l’agrément des instances nationales d’évaluation). Ce

choix de la qualité est appliqué indépendamment du champ

disciplinaire.

Il existe deux types de labels : ceux attribués par les agences

nationales de recherche (CNRS* et INSERM**) et ceux que

donne le Ministère de l’Education Nationale après une procé-

dure d’expertise qu’il organise. Les unités mixtes, recevant un

soutien des deux côtés sont fréquentes. L’Institut Galilée occupe

une place prééminente dans ce dispositif puisqu’il comprend à

lui seul la moitié des 12 unités de recherches reconnues par le

CNRS ou l’INSERM et qu’il draine les trois-quarts des cher-

cheurs de ces organismes exerçant dans l’ensemble des labo-

ratoires de l’université.

Pierre Jaisson,vice-président de l’Université Paris 13,

chargé de la recherche et des études doctorales.

* Centre National de la Recherche Scientifique.** Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale.

Institut Galilée - Université Paris 13Directeur : Jean-Pierre Astruc99 avenue J.B. Clément - 93430 VILLETANEUSE

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LPM

TML2

TI

L’objectivité à la rencontrede la subjectivité

contactLaboratoirede Traitementet de Transportde l’Information(L2TI)Directeur :Ken Chen� 01 49 40 28 58Institut Galilée

1. Image originale2. Dégradationstructurée3. Dégradationpar JPEG4. Dégradationpar ajout de bruit

P our tous ces maté-riaux, l’organisationde la matière – la

microstructure - influe fortement sur leurspropriétés (mécaniques, physiques ou chi-miques). Et c’est dans le but ultime de pré-voir ces propriétés à partir de la connaissancedu matériau, de sa microstructure, de sonhistoire que le LPMTM développe depuisplus de 20 ans une plateforme de caractéri-sation multi-échelle autour de la microsco-pie électronique, qui permet de coupleranalyse, caractérisation microstructurale etsollicitations mécaniques et/ou thermiquesafin d’étudier ces microstructures sous tousles angles, de les scruter à une échelle de plusen plus fine dans des situations diverses.

Depuis longtemps déjà, on sait effectivementcoupler la microscopie optique et la micro-scopie électronique pour visualiser à diffé-rentes échelles le caractère très hétérogènede la matière. Cependant, d’importants phé-nomènes responsables de la durée de vie etde la fiabilité des matériaux ( tels que la res-tauration, l’endommagement, la fatigue…)dépendent le plus souvent de caractéristiquesmicroscopiques. Il est alors important depouvoir aller au-delà de la simple observa-tion de ces hétérogénéités, et donc de lesquantifier et de comprendre leur origine.C’est pour cela que de nombreuses tech-niques d’examen expérimental sont déve-loppées au LPMTM : la microlithographieélectronique, par exemple, permet le dépôtde microgrilles d’or à la surface d’un échan-tillon, puis par analyse d’images après défor-mation, la caractérisation des déformationslocales (Figure 1) ; des micromachinesd’essais mécaniques conçues en laboratoireet installées dans le microscope électroniqueà balayage (MEB) permettent ensuite devisualiser in situ le développement de nou-

velles microstructures ou encore la propaga-tion de fissures lors de traitements thermo-mécaniques.Mais si le microscope électronique à balaya-ge, couplé aux essais mécaniques et à lamesure de déformations locales etd’orientations cristallographiques est unoutil relativement facile d’emploi et particu-lièrement bien adapté à l’étude d’une gran-de classe de matériaux cristallins, sa limite derésolution (de l’ordre du µm) ne permet pasd’étudier par exemple les nouveaux maté-riaux à grains ultrafins développés au labora-toire, ni les couches minces élaborées etétudiées dans plusieurs laboratoires del’Institut Galilée pour leurs propriétés ther-miques, magnétiques, opto-électroniques oumécaniques. C’est pourquoi une grosse opé-ration d’acquisition et de mutualisationd’équipements de caractérisation a étémenée ces trois dernières années au sein del’institut Galilée qui a permis notamment,grâce au soutien du CNRS, de la région Ilede France, du département de la Seine StDenis, du ministère de la Recherche et del’université Paris 13, d’acquérir un microsco-pe électronique en transmission (MET) quipermet désormais d’étudier la matière jus-qu’à une résolution de l’ordre du nm. Si leMEB permet de voir les grains d’un poly-crystal, le MET nous permet désormais devisualiser les colonnes atomiques àl’intérieur de ces grains (Figure 2).

Même si cette technique est délicated’utilisation, nul doute qu’elle permettra defaire des progrès énormes dans notre com-préhension des matériaux de plus en pluscomplexes que réclament désormaisl’industrie et la société. �

Rémi Chironremi.chiron@lpmtm.univ-paris13.fr

Microscopie électronique :un fascinant voyageau cœur des matériaux

Qu’y a-t-il de commun entre une tôle métalliquepour automobile, une couche mince de diamant,des nanopoudres d’oxydes ou encore des cristauxde nitrure de bore ?

contactLaboratoire

des PropriétésMécaniques et

Thermodynamiquesdes Matériaux

(LPMTM)CNRS UPR 9001

Directrice :Brigitte Bacroix

� 01 49 40 34 98Institut Galilée

Figure 1 : Alliagede Zirconiumutilisé dans

l’industrie nucléairedéformé dans le

MEB : grâce auxmicrogrilles, on peutvisualiser et quanti-fier précisément leshétérogénéités de

déformation.

Figure 2 : Diamantobservé au MET enhaute résolution ;on distingue nette-

ment les plansatomiques.

A ctuellement, avec le déploiement desmoyens de communication, la néces-sité de comparer les différents sys-

tèmes de traitement d’image est de plus enplus ressentie par les distributeurs d’outils detransmission d’information multimedia. Eneffet, la technologie actuelle ne permet pasd’acheminer l’énorme masse d’informationmultimedia : on a donc recours aux méthodesde compression dites irréversibles. L’idée estde sacrifier certains détails, jugés impercep-tibles, sans trop affecter la qualité du signal. Ilconvient alors de mesurer le niveau de quali-té des images reçues pour réagir au niveau ducodeur ou du décodeur.

Observons les quatre images et essayons de lescomparer visuellement. On constate rapide-ment qu’elles présentent des niveaux dedégradation assez différents. Si on se proposed’affecter à chacune d’elles un nombre quiindiquerait le niveau de qualité, on seraittenté de former la différence avec l’originale.Le résultat de cette soustraction peut êtreexprimé par une valeur moyenne qui indiquel’écart entre chacune et la version originale. Ilexiste d’autres mesures objectives plus com-plexes. Cependant, pour un grand nombre deces mesures connues, on constate que les troisimages correspondent au même niveau dequalité. Ce désaccord entre le SystèmeVisuel

Humain (SVH) et l’évaluation de la qualitéobjective, nous amène à nous poser la ques-tion suivante :Peut-on mesurer de façon objective et irré-prochable la qualité d’image ?La réponse n’est pas simple et à l’heureactuelle il n’existe pas de norme reconnuepour mesurer de façon objective la qualitéd’image. Les difficultés se situent à plusieursniveaux. D’abord, la notion de qualité estpurement subjective. Elle dépend de plusieursparamètres difficilement contrôlables pour entenir compte dans des modèles mathéma-tiques. Cependant, notre SVH nous permetd’évaluer de façon relativement rapide la qua-lité d’une image. Le désaccord assez flagrantentre les différentes mesures mathématiquesconnues et l’appréciation subjective humainea motivé les chercheurs à enrichir leursméthodes d’analyse d’images en s’inspirantdes connaissances sur le SVH. Les applica-tions et les retombées industrielles de cedomaine de recherche sont nombreuses :la compression d’image avec contrôle de qua-lité, la restauration d’images et de filmsdégradés, la régulation du flux vidéo,l’évaluation des tatoueurs d’images numé-riques... �

Azeddine Begdadiazeddine.begdadi@l2ti.univ-paris13.fr

Figure 2

Figure 121 3 4

La nécessité de diminuer la taille des images ou desflux vidéos pour pouvoir les stocker et les transmettresur des réseaux informatiques (Internet…) conduit àaccepter une dégradation de la qualité. L’évaluationobjective automatique de la perte de qualité, qui estune notion subjective, permet le contrôle des méthodesde compression dites « avec pertes ».

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LPM

TMLPL LIPN

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C hristophe Colomb, lui-même, afaussé le fonctionnement de sonsablier géant destiné à compter les

jours lors de son voyage en direction des Indesafin d’en sous-estimer la durée et de préserverle moral de ses marins. Ces grandes règlesimposées par le mouvement des astres (la rota-tion de la Terre et la révolution de la Terreautour du Soleil) expliquent pourquoi lamesure du temps a été jusqu’au début desannées 1960 une affaire jalousement gardéepar les astronomes. Aujourd’hui, l’utilisationdu temps s’est démocratisée : depuisl’apparition des montres à quartz, il nous paraîtnormal de disposer de l’heure exacte à laseconde près sur toute une année. Pourtantdans une année, il y a environ 32 millions desecondes.Chacun dispose d’un instrument quimesure le temps avec une précision de 6 ou 7chiffres significatifs : ce n’est pas rien ! Il seraitimpossible de mesurer simplement un mètreau micron près ou un kg au milligramme près.En fait, le temps (et son inverse, la fréquenced’un mouvement périodique 1) est la grandeurphysique qui peut être mesurée avec la plusgrande précision. En laboratoire, nous mesu-rons des fréquences non pas avec 7 mais 14 ou15 chiffres significatifs : une montre ayantcette précision ne se tromperait que d’une

seconde en 30 millions d’années !Comment peut-on y arriver ? Les ingrédientssont « simples » : il faut des atomes, desmolécules ou des ions bien isolés (dans notrelaboratoire, nous utilisons la molécule SF6),une source laser ou radiofréquence.Nous savons que les photons émis (grainsde lumière élémentaire) caractérisés par unefréquence lumineuse sont absorbés parl’atome si cette fréquence est exactementégale à une fréquence typique de l’atome oude la molécule qui se met à vibrer, à tourner.On peut « forcer » le laser à émettre de lalumière à cette fréquence caractéristique de lamolécule, infiniment stable. Seules, les imper-fections de l’expérience limitent l’exactitude.Ces limites sont repoussées très loin : depuisl’invention du laser en 1957, la précision a étémultipliée par un milliard et seulement parmille entre l’antiquité et les années 50.

Mais à quoi cela sert-il ?Grâce à une telle précision, nous arrivonsà étudier la matière dans sa plus stricte intimi-té ! Nous cherchons à répondre à des ques-tions fondamentales : les constantesfondamentales sont-elles vraiment constantes ?Pourquoi les êtres vivants sont-ils dissymé-triques avec un cœur à gauche et un foie àdroite ?Mais l’impact de cette précision exceptionnel-le peut être beaucoup plus concret. Ainsi, lesystème GPS est constitué d’un réseaud’horloges atomiques à bord de satellites quisondent la planète. Il permet aussi de mesurerles positions car si on connaît le temps de pro-pagation d’un signal allant du satellite à unpoint de la terre on en déduit la distance par-courue. C’est ainsi qu’on peut aujourd’huiconnaître instantanément la position de sa voi-ture à une dizaine de mètres près… grâce à despetits atomes qui veillent sur nous dansl’espace. Et ce n’est pas fini : la recherche fon-damentale nous réserve bien d’autres surprises! �

Christian Chardonnetchardonnet@galilee.univ-paris13.fr

1 Par exemple, le courant électrique a une fréquence de

Le décryptagedes séquences biologiquesLes programmes de séquençage de génomesont bouleversé la recherche en Sciences de la Vieet ont ouvert la voie à de nouveaux domainescomme la génomique comparative.

Mesurer le temps :du grain de sableau grain de lumière

contactLaboratoirede Physique

des Lasers (LPL)Directeur :Christian

Chardonnet� 01 49 40 34 01

Institut Galilée

contactLaboratoired’Informatiquede Paris Nord(LIPN)Directeur :ChristopheFouqueré� 01 49 40 35 90Institut Galilée

Ce systèmede deux lasers

permet decomparer

des fréquenceslumineuses avec

une précisionrelative de

un millionièmede milliardième.

E n effet, la compréhension des méca-nismes du Vivant passe d’abord parle séquençage lui-même, puis par le

décryptage, c'est-à-dire la segmentation dugénome en gènes et signaux biologiques dontil faut identifier le rôle. Ce décryptage estconstitué, comme toujours dans les sciencesexpérimentales, en un aller-retour entrehypothèse biologique et expérimentation.Cependant, le nombre d'objets biologiquesobservés, gènes et protéines, est tel qu'il n'estplus possible de comptersur la seule expérimenta-tion biologique. Ildevient essentiel de lescomparer et de les classerafin de les interpréter.Ainsi, une séquence denucléotides extraite d'unnouveau génome etreprésentant un gène estd'abord comparée auxséquences des gènesconnus, pris dans d’autresgénomes, afin de lui trou-ver une possible fonc-tion : c’est le premier pasdans l’annotation des nouveaux génomes.Pour aller plus loin, il faut cependant extrairede ces séquences des parties « signifiantes » :la fonction d’un gène est souvent associée àun ou plusieurs « motifs » particuliers, quisont conservés pendant l’Evolution, et qu’onretrouvera donc dans les gènes de mêmefonction.Une part importante du décryptagede l’information génétique consiste doncd’abord à identifier de tels motifs à partir degènes partageant la même fonction, puis à leslocaliser dans une nouvelle séquence lors del’annotation. Le LIPN mène des recherchessur ce thème depuis plusieurs années en col-laboration avec l'Atelier de Bioinformatiquede l’Université Paris 6.Dans le cas le plus simple un motif est un motdont on recherchera les occurrences dans laséquence.Mais pour rendre compte de ce quiest conservé dans l’Evolution, il faut assouplir

cette notion de mot, en autorisant parexemple certaines erreurs, ou en introduisantdes « trous » dans les motifs. Nous noussommes en particulier intéressés récemment àune nouvelle forme de motifs, nommés motsrelationnels, qui portent sur des séquencesdécrites à la fois par les propriétés de chaqueélément et par les relations entre ceux-ci.Nous avons ainsi développé une méthode,prolongeant des travaux classiques enAlgorithmique des Mots, de détection de

mots relationnels répé-tés et l'avons appliquéeen particulier à ladétection de fragmentsde structures tridimen-sionnelles de protéines.L’idée ici est qu’unfragment, constitué parune partie de la suc-cession des atomesde Carbone (ditsCarbone-Alpha) de lachaîne polypeptidiqueconstituant la protéine,est représenté parl’ensemble des dis-tances entre ses

Carbone-Alpha dans l’espace. Deux frag-ments seront donc semblables, c’est-à-diresuperposables, si ces distances internes sontproches deux à deux. On recherchera ainsides ensembles de fragments semblables, dansune famille de protéines partageant unemême fonction biologique dans le butd’associer à la fonction des invariants destructure (figure 1), de mieux comprendreainsi la relation entre la structure et la fonc-tion de la protéine, et enfin de faciliter par lasuite la prédiction de la structure de nouvellesprotéines de la même famille. �

Henri Soldanohenri.soldano@lipn.univ-paris13.fr

figure 1

figure 1 :Superposition defragments répétéssur 4 protéines dela famille des pec-tates et pectineslyases (de réfé-rences 1PCL, 1IDJ,2BSP et 1PLU dansla Protéin DataBank). Il y a iciquatre fragmentsrépétés, chacunassocié à une cou-leur, sur les quatresprotéines. La super-position est calculéesur l’un des frag-ments. Le fait quela superpositionest correcte surles autres fragmentsvient de ce que lemotif consititué desquatre fragments estlui-même bienconservé.

L’activité terrestre est rythméepar l’alternance du jour et de la nuit,l’agriculture par l’alternance dessaisons. De tous temps, les hommesont eu besoin de maîtriser le temps...

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LAG

A BPC

S i l’on prend le cas particulier de larestauration d’image, son but est decorriger les imperfections des appa-

reils de mesure (satellites, scanners, appareilsphoto numériques, webcam…) fournissantdes images. Ces imperfections sont bien sou-vent accentuées par la volonté du concepteurde ces appareils de les « pousser » au maxi-mum de leurs capacités et/ou d’en réduire lecoût. Les images obtenues sont ainsi biensouvent floues, bruitées et partiellementconnues. La recherche en restaurationd’image consiste ainsi à concevoir des algo-rithmes permettant de restituer une imagequi soit la meilleure possible. Les images pré-sentées sur la figure 1 montrent un exempled’une image ayant subi une dégradation trèsimportante ainsi que le résultat du traitementnumérique visant à l’améliorer.

Ce genre de sujet de recherche, s’il permet desoulever des problèmes mathématiques nou-veaux, donne aussi lieu à de nombreuses col-laborations entre chercheurs des secteurspublics et industriels. Ainsi, le LaboratoireAnalyse, Géométrie et Applications (LAGA)compte parmi ses membres des concepteursd’algorithmes et de méthodes de restaurationd’images utilisées par le CNES (notammentsur le satellite SPOT 5), le CEA (pour agran-dir des images médicales) ou reprises dans des

logiciels de traitement d’images et de vidéo(vidéo investigator, développé par la sociétéCognitech Inc., par exemple). Ils collaborentactuellement avec Alcatel Espace. �

François Malgouyresmalgouy@math.univ-paris13.fr

Lexique

La restauration d’image : il s’agit d’améliorerdes images dégradées lors de leur acquisition. Derrièrece nom générique se cachent l’amélioration de la net-teté, le débruitage, le zoom numérique, le remplissagedes zones effacées…

La compression d’images : il s’agit de garder lemoins d’information possible, sans que cela ne se voie.Les standards actuels sont JPEG et JEPG 2000.

La détection de structures : il s’agit de trouverdans l’image numérique et de façon automatique, desinformations ayant un sens précis (éléments caractéris-tiques d’empreintes digitales, logos, tumeurs cancé-reuses, textures…).

Le bruit sur une image : il s’agit de la différenceentre la vraie valeur que l’on aurait dû mesurer en unpixel de l’image et celle que l’on mesure effectivement.

Que contient une imagenumérique ?

C’est la question fondamentale àlaquelle nous sommes souvent confrontésen traitement d’images. Elle se poseparticulièrement pour des applicationstelles que la restauration d’images, lacompression ou la détection de structures.

Ces trois exemplesd’applications sontd’ailleurs souventabordés par desméthodes de mêmenature.

contactLaboratoireAnalyse,

Géométrie etApplications

(LAGA)Directeur :

Lionel Schwartz� 01 49 40 38 92

Institut Galilée

figure 1 : imagebruitée.

figure 2 : imageaprès traitement.

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Des molécules pourdes vaisseaux maladesLes maladies cardiovasculaires comme l’athéroscléroseet l’hypertension sont les premières causes de décès enEurope (5 millions de morts par an). Parmi celles-ci, lescrises cardiaques et les accidents vasculaires cérébraux,qui résultent majoritairement de l’athérosclérose (dépôtsdans les parois des artères qui diminuent progressive-ment leur diamètre), représentent 80%des décès.

contactBio-ingénieriede PolymèresCardiovasculaires(BPC)INSERMERIT-M 0204-Directeur :Didier Letourneur� 01 49 40 40 90Institut Galilée

D epuis plus de 15 ans, cardiologues,biologistes, chimistes, pharmaco-logues et ingénieurs ont travaillé

pour mettre au point avec des industriels desstents qui sont maintenant largement utiliséschez les patients. Ces stents (Figure) sont desmatériaux métalliques qui agissent commedes petits ressorts pour maintenir l’artèreouverte et conserver ainsi la circulation dusang. Ces stents sont introduits puis déployésrelativement facilement chez les patients chezqui l’on a rétabli au préalable, et dans lamême intervention, le flux du sang.Cependant, ces stents ne permettent pasd’éviter la «rechute» dans environ 15-20 %des cas, c’est-à-dire un nouveau rétrécisse-ment de l’artère (une resténose) qui peut êtreà nouveau à risques de complications gravesou mortelles.Des « stents actifs» viennent d’être testés chezl’homme. Il s’agit du même type de maté-riaux que précédemment mais recouvertsd’une molécule qui diffusant progressive-ment, limite l’inflammation locale et la proli-fération inadaptée de cellules qui conduisentà l’obstruction de l’artère. Le laboratoireINSERM-UP 13 travaille à la conception deces nouvelles générations de biomatériaux àlibération contrôlée soit de principes actifssoit de gènes pour la thérapie génique.Différentes familles de molécules ayant deseffets sur les pathologies cardiovasculairessont ainsi étudiées. Les essais avec des celluleshumaines et les études chez l’animal mon-trent que certains composés peuvent limiterle rétrécissement du diamètre des artères etrétablir le flux du sang dans des membres malirrigués. Sur la figure présentant une couped’artère, on voit l’efficacité d’un traitementavec une molécule qui permet d’empêcherl’artère de se boucher après la pose d’unstent. On mesure l’efficacité du traitement

dans cem o d è l een com-paraison avec un groupe en absence de trai-tement où le diamètre utile de l’artère pour lacirculation du sang est progressivement dimi-nué.Sur la base de ces travaux, des nouvelles pro-thèses vasculaires synthétiques sont égalementmises au point. L’objectif encore plus ambi-tieux de ce programme d’ingénierie tissulairedéveloppé au Laboratoire est non plus dechercher à soigner par un traitement pharma-cologique mais de remplacer entièrement desvaisseaux malades.Pouvoir délivrer localement des médicamentsou des gènes, et implanter des substituts devaisseaux ouvrent de nouvelles perspectivespour la compréhension et les traitements del’athérosclérose et d’autres maladies cardio-vasculaires. Chimistes, pharmacologues,radiologues et cardiologues travaillent doncensemble au Laboratoire pour des développe-ments industriels et des applications médi-cales importantes de traitement des vaisseauxmalades. �

Didier LetourneurBPC@galilee.univ-paris13.fr

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1

Un traitement parun composé étudiéau laboratoire limi-te de façon impor-tante lerétrécissement dudiamètre del’artère. Le modèleutilisé chez le lapinest proche desinterventions chezl’homme aprèsangioplastie (dila-tation pour rétablirle diamètre) etpose d’un stent(pour tenter demaintenir le dia-mètre). Deux et al.,Arterioscler ThrombVasc Biol. (2002)22:1604-9.

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LBPS

LEEC

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L a contribution des chercheurs chi-mistes, polyméristes et biologistes duLaboratoire des Biomatériaux et

Polymères de Spécialité (LBPS) de l’InstitutGalilée à cet édifice s’est traduite par de nom-breuses avancées dans le domaine des biomaté-riaux* implantables destinés principalement àla chirurgie ophtalmologique (implants intrao-culaires) et à la chirurgie orthopédique (liga-ment, prothèse de hanche). Le LBPS travailleen effet sur la mise au point de prothèsesou d’implants « biointégrables » c’est-à-direcapables d’être parfaitement tolérés par le sys-tème vivant sans déclencher de réaction hosti-le de l’hôte ou de rejet de l’implant. Cesnouveaux matériaux sont également capablesd’empêcher l’adhésion des bactéries impli-quées dans les « infections nosocomiales » etdonc de prévenir les infections per et post opé-ratoires et leurs conséquences dramatiques(décès, amputation).

Pourquoi et comment peut-on rendre unmatériau « biointégrable » ?Pourquoi ? Dans la majeure partie des cas,l’implant ou la prothèse lorsqu’ils sont placésdans le système vivant, sont considérés commedes « matériels étrangers » et déclenchent unesérie de réactions programmées débutant par laréaction inflammatoire et pouvant aboutir, siles différentes étapes ne sont pas contrôlées àune encapsulation de l’implant*.Comment ? Pour éviter ces réactions de rejet,il faut chercher à masquer l’origine synthétiquedes matériaux et les rendre « biomimétiques ».Cela est possible en synthétisant des poly-mères* porteurs des fonctions chimiques pré-sentes sur les entités biologiques constitutivesdu système vivant : protéines, enzymes… ouencore en greffant ces polymères biomimé-tiques sur des implants ou des prothèses. C’est

la nature, le nombre et la répartition de cesfonctions chimiques simples qui vont détermi-ner les propriétés biologiques du matériau. Lasurface d’un implant étant le sièged’interactions surface/protéines/cellules, lecontrôle de la chimie de la surface permettrad’orienter et donc de contrôler la réponse bio-logique (adsorption des protéines et réponsecellulaire).

Exemples d’implants ou de prothèses mis aupoint au LBPS :- implants intraoculaires « biointégrables »permettant d’éviter le phénomène de « cata-racte secondaire » *,- ligament « biointégrable » permettant dediminuer le risque de rupture grâce à uneadsorption « orientée » des fibres de collagèneet à une repousse contrôlée des fibroblastes,- prothèses métalliques « biointégrables » encours d’étude permettant une repousse osseusecontrôlée et une prévention de l’infection. �

Véronique Migonneyvmig@galilee.univ-paris13.fr

Lexique

* Un biomatériau : matériau destiné à être placéen contact avec le système vivant pour suppléer toutou une partie d’un organe déficient. Les biomatériauxpeuvent être métalliques (prothèse de hanche) ou poly-mères (ligament, lentille de contact).* Polymère ou macromolécule : moléculegéante constituée par la répétition d’un très grandnombre de fois d’une unité, appelée unité monomère.* Encapsulation : l’implant se recouvre d’unecoque fibreuse destinée à isoler ce corps, considérécomme étranger = rejet.* Cataracte secondaire : repousse de cellules surl’implant conduisant à une diminution de l’acuité

La fourmi, l’Hommeet le big-bang

Des prothèseset des implants telsqu’on en rêve…

Les progrès réalisés depuis quelques décenniesdans le domaine biomédical sont spectaculaires etl’amélioration de la qualité de la vie des patientsne cesse de progresser. Cela se traduit notammentlors de la pose d’un implant ou d’une prothèse,par une diminution substantielle de la duréed’hospitalisation et par un rétablissement accéléréparfois même quasi immédiat du patient.

contactLaboratoire

des Biomatériauxet Polymères

de Spécialité (LBPS)Le LBPS est une deséquipes de l’UMR

CNRS 7052Biomécaniques et

BiomatériauxOstéoarticulaires

dirigée parle Professeur

Laurent Sedel.Responsable

du LBPSVéroniqueMigonney

� 01 49 40 33 46Institut Galilée

contactLaboratoired’EthologieExpérimentale etComparée (LEEC)Directeur :Pierre Jaisson� 01 49 40 32 59UFR LSHS

Cellules(fibro-

blastes)adhérantsur unefibre deligamentsynthé-tique

photo ci-contre :Cette fourmi brési-lienne Ectatommatuberculatum établitdes sociétés à plu-sieurs reines quitoutes reproduisent.Sur ce cliché onvoit deux reines(de grande taille,au centre). Parmarquage indivi-duel et analysegénétique surl’ADN nous avonsmontré que lesouvrières nes’occupent pasplus de leur mèreque de la mère desautres ouvrières. Ils’agit d’un vraimutualisme dont lapérennité reposesur une propriétéfondamentale del’espèce : elleméconnaît la tri-cherie, qui favori-serait les ouvrièresqui ne jouent pasle jeu. Une raisonsupplémentaire dene pas faire deparallèle trop hâtifavec l’espècehumaine…

S i cette assertion traduit une certainenaïveté, la connaissance rend enrevanche difficilement contestable,

aujourd’hui, que l’émergence de niveaux decomplexité successifs marque les grandesétapes de la vie surTerre, à l’instar des niveauxemboîtés en « poupées russes » qui caracté-risent la structure de la matière. S’agit-ild’une spécificité terrienne ou bien la vie suit-elle, a-t-elle suivi et suivra-t-elle les mêmesétapes ailleursdans l’Univers ?La question pas-sionne etl’humanité enaura un jour laréponse… Maisquand ? La phy-sique étant appa-remment lamême partout,on peut toutefoisposer commehypothèse que lesgrandes étapes del’évolution de la vie sont en gros les mêmespartout. Et dès que la durée aura été suffisan-te, on devrait trouver ailleurs une successioncomparable dans les grandes lignes à cellequi, sur notre Terre, va de l’unité vivante laplus simple aux sociétés les plus complexes,comme la société pluri-culturelle humaine.La validation ou non de cette hypothèse seral’un des plus grands moments de l’histoire del’humanité.

Revenons sur Terre. Durant la plus grandepartie de l’histoire de la vie, la complexifica-tion des êtres a porté sur leur pland’organisation (anatomie) et leur fonctionne-ment (physiologie). Il en fut ainsi de la spé-cialisation des cellules, de la sexualité quiporte par exemple sur des cellules spécifiques,mâles ou femelles. Dans la période la plusrécente (les dernières 400 millions d’années),

la sélection naturelle s’est concentrée sur undomaine nouveau : le comportement.Comme si, à un certain moment, la conquê-te de paliers de complexité avait été plus faci-le via le comportement que par l’innovationdes structures. L’étude du comportement ani-mal, domaine de compétence de l’éthologie,apporte donc non seulement des informa-tions sur les mécanismes comportementaux(« comment ça marche ? ») mais aussi sur

le rôle joué parleur complexitécroissante dansl’évolution de lavie (« pourquoiça marchecomme ça et pasa u t r e m e n t ? » .L’éthologie mon-tre ainsi que lessociétés animales,celles des fourmispar exemple, ontaccédé par desvoies originales à

des systèmes aux propriétés analogues à cer-taines de celles de l’espèce humaine. C’est lecas du mutualisme non génétique,mis en évi-dence chez des espèces étudiées auLaboratoire d’éthologie expérimentale etcomparée (cf. photo). Evidemment, cela nesignifie pas que l’Homme se comportecomme une fourmi ou que l’on puisse pré-tendre en tirer une quelconque morale. Maismieux comprendre les sociétés animales c’estaussi mieux comprendre ce qu’il y a de spé-cifiquement humain chez l’Homme,même sini la fourmi, ni l’Homme, n’existeraient sansle big-bang.�

Pierre JaissonPierrre.Jaisson@leec.univ-paris13.fr

1. « Explosion qui aurait marqué le commencement de

Malgré l’immensité de notre ignorance, la biologieévolutive apporte aujourd’hui une somme suffisantede connaissances sur l’histoire de la vie sur Terrepour que certains se laissent aller avec enthousiasmeà affirmer que l’Homme était potentiellement dansle big-bang (1).

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