rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Formation de patrons hors de l’équilibre
Chercheur : Jorge Viñals
Étudiants : Adriano Ferrari, Mathieu Gaudreault, Françoise Lepine et Xusheng Zhang
Contact : Jorge Viñals; vinals@physics.mcgill.ca; www.physics.mcgill.ca/~vinals
L’évolution de systèmes conduits hors de l’équilibre thermodynamique est caractérisée par une nonlinéarité
marquée ainsi que par la formation de patrons spatio-temporels complexes. Nous poursuivons
des études théoriques et numériques visant le développement d’outils mathématiques destinés à
mieux caractériser ces systèmes, ainsi que d’autres applications dans les domaines de la physique de
la matière condensée, de la dynamique des fluides et de la science des matériaux.
Nos travaux, de nature théorique et numérique, portent sur les
phénomènes hors équilibre dans les systèmes étendus et sur
les applications de la mécanique statistique à la biophysique
et aux biomatériaux. Dans ce dernier cas, nous cherchons
à comprendre les mécanismes qui régissent la formation et
l’évolution de patrons spatio-temporels dans les systèmes
menés hors de l’équilibre thermodynamique, incluant la transition
vers le chaos spatio-temporel dans les systèmes étendus.
Les aspects fondamentaux de phénomènes non linéaires
sont étudiés sur des systèmes prototypiques et configurations
expérimentales similaires, ainsi que sur des configurations
d’intérêt pour leurs applications.
sur des réseaux, et des méthodes de simulation Monte-Carlo
sont utilisés pour analyser la relation entre la séquence et des
motifs structuraux caractéristiques des protéines repliées. Des
méthodes statistiques sont développées pour améliorer la
sensibilité de la détection de sites fonctionnels et calculer les
paramètres thermodynamiques des interactions entre protéines
(formation de dimères, trimères, etc.)
Copolymères biséquencés : un matériau structuré
Les copolymères biséquencés sont utilisés comme gabarits
nanométriques dans plusieurs applications comme la nanolithographie,
les composants photoniques, ou les systèmes
de stockage à haute densité. Toutefois, vu la courte longueur
d’onde des microphases (dixième ou centième d’Angstrom),
les échantillons de taille macroscopique ne s’auto-assemblent
pas spontanément de façon ordonnée. Des cisaillements
oscillatoires sont plutôt introduits afin d’accélérer le développement
de l’ordre sur la distance requise. Un modèle mésoscopique
de copolymère dimérique est utilisé pour étudier la
formation, la stabilité, et la formation de grains dans les phases
lamellaires, incluant leur réponse hydrodynamique aux cisaillements
externes. Notre objectif est de comprendre les mécanismes
qui contrôlent l’orientation et l’ordre sur des longues
distances, incluant les déplacements des joints de grains ou
autres défauts topologiques. Nous cherchons à définir un
modèle de théorie à l’échelle mésoscopique de la viscoélasticité
qui décrirait la stabilité et la réponse de ces matériaux aux
cisaillements, en tenant compte de la sélection d’orientation
particulière selon l’architecture du copolymère et des paramètres
de cisaillement.
Interactions protéine-protéine
Le séquençage du génome de plusieurs espèces, incluant l’humain,
laisse entrevoir des progrès énormes dans notre compréhension
des fonctions biologiques, notamment l’élucidation
des causes génétiques de nombre de maladie et la possibilité
de les guérir par manipulation génétique. Composées de
séquences d’acides aminés, les protéines se replient pour
adopter une structure tridimensionnelle complexe, de laquelle
dépendra leur fonction. Notre but est d’améliorer les méthodes
numériques qui prédisent la structure tridimensionnelle
des protéines, et interactions protéine-protéine, à partir de leur
séquence en acides aminés. Des modèles simplifiés, basés
Exemples de modèles développés. Gauche : copolymère séquencé. Droite : dimère
de la protéine GCN4.
Déplacement de défaut topologique
dans les phases modulées
Les phases modulées sont ubiquitaires dans la nature et
résultent en des systèmes où les forces d’attraction à courte
distance sont en compétition avec les forces répulsives à
longue portée. Elles sont généralement caractérisées par un
certain degré de bris dans la symétrie, intermédiaire entre
des cristaux ordonnés et les fluides désordonnés. Des modèles
de paramètres d’ordre général sont considérés pour faire
une description granulaire des phases modulées et aborder
des caractéristiques génériques hors de l’équilibre comme la
relaxation lente qui accompagne les déplacements de défaut
topologique, la rupture des lois continues régissant le déplacement
des défauts et la formation de verres structuraux, et leur
dépendance de la symétrie des phases.
Références
• “Stability of parallel/perpendicular domain boundaries in lamellar block
copolymers under oscillatory shear”, Z.-F. Huang et J. Vinals,
J. Rheol. 51, 99 (2007).
• “Structural rheology of microphase separated diblock copolymers”,
R. Tamate, K. Yamada, J. Vinals et T. Ohta,
J. Phys. Soc. Jpn. 73, 034802 (2008).
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