Physique du vivant

• La recherche en biophysique examine les interactions électrodynamiques entre protéines en milieu aqueux en utilisant des techniques de spectroscopie THz pour étudier les couplages internes des biomolécules, soutenue par le projet européen FET-OPEN Links.
• La recherche agro-environnementale, en collaboration avec le CIRAD, développe des outils THz pour analyser les vibrations moléculaires dans les plantes et leur réponse aux contraintes environnementales. Des capteurs THz en silicium, financés par le PEPR Electronique et le CPER Plantenvie, sont conçus pour ces études, avec un lien fort avec la startup Terakalis.

Biophysique

Ce thème étudie des systèmes vivants, typiquement des protéines, afin d’y démontrer l’existence de mécanismes typiques de la physique du solide tels que la condensation de phonons [I. Nardecchia et al., Phys. Rev. X 8, 031061 (2018)]. Dans ce cas, des interactions complexes au sein des modes normaux de la protéine, conduisent à une transition de phase hors de l’état d’équilibre thermodynamique qui se produit lorsque le taux d’apport d’énergie dépasse une valeur seuil. Lors de cette transition, l’énergie de la molécule n’est plus équitablement répartie entre ses différents modes normaux mais elle est canalisée dans le mode de plus basse fréquence qui accumule de l’énergie au détriment des autres modes excités. C’est l’état condensé (Fig. XX(a)) qui, sous certaines conditions de concentration et d’énergie, active des forces d’interaction électrodynamiques à longue portée (Fig. XX (b)) susceptibles de donner un éclairage nouveau sur les mécanismes régissant l’organisation intracellulaire [M. Lechelon et al., Science Adv., eabl5855 (2022)].

Les études expérimentales se concentrent sur la spectroscopie THz en phase aqueuse via le développement de Laboratoires-sur-Puce, basés sur la technique de photoconductivité THz, fonctionnant régime de champ proche.

Cette recherche est soutenue par le projet européen EIC LINkS (Grant# 964303) : https://project-links.eu/

Agro-environnement

Cette thématique explore, en collaboration avec le CIRAD, les vibrations intermoléculaires dans les plantes et développe des outils THz pour étudier leur réponse aux contraintes environnementales (hydrique, hyperaccumulation de métaux lourds, cycle circadien). Cette thématique, reposant sur les deux axes suivants, s’inscrit dans le cadre du programme d’excellence I-SITE « Nourrir, Soigner, Protéger »:

Surveillance de l’état hydrique des plantes

Bien qu’utiles et informatives, la plupart des méthodes couramment utilisées pour mesurer la teneur en eau dans les tissus végétaux, telles que le potentiel hydrique ou la teneur en eau relative, impliquent d’endommager ou de séparer les organes concernés de la plante. Ces procédures ne permettent pas de suivre les changements de la teneur en eau en temps réel ou pendant de courtes périodes sous l’effet de stimuli particuliers. L’eau étant absorbante dans la bande THz, il est possible de surveiller en serre – et éventuellement dans les champs – la dynamique de l’état hydrique de plantes spécifiques.

Rythme circadien dans les plantes

Le rythme circadien est un rythme biologique dans une plante qui a une période de 24 heures, qui affecte les activités de la plante telles que les processus du métabolisme, les processus physiologiques et le comportement. La recherche sur les rythmes des plantes a une longue histoire, mais l’utilisation technologies THz pour étudier les rythmes de flux ou d’ouverture/fermeture des stomates est totalement nouvelle et particulièrement intéressante. La haute sensibilité de la technique permet par exemple d’observer une dynamique de transitions jours-nuit, certainement liée à un processus biochimique interne, mais encore inexpliquée en détails aujourd’hui.