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Theses Year : 2020

Granular chains, an alternative to study confined polymer dynamics

Les chaines granulaires, une voie pour étudier la dynamique des polymères confinés

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Paul Rambach
  • Function : Author

Abstract

Chains dynamics, specially when repulsive interactions come at play, remains an unsolved problem of polymer physics, although understanding this dynamics could improve our knowledge about crucial phenomena at the cellular level. For instance, the transport of RNA across the nuclear pore or the injection of viral DNA plasmid by bacteriophages into a bacteria. Alas, studying repulsive polymers in confined geometries is as experimentally difficult as it is biologically relevant. In spite of recent advances in « nanorheology », from the Brownian motion of local probes, or in computer simulation, designing experiments matching the biological parameters is near impossible. All this leads to unchallenged theoretical tools. Even the straightforward problem of polymer translocation remains lively debated. As a way out of this impasse, we propose to use granular chain as a macroscopic equivalent of a polymer. First we were interested in the internal structure of a stack of granular chains at rest and we rationalized it with polymer analogy. Then we added energy in our experimental system via mechanical excitations which appears to be analogous to the equilibration with a thermal bath. Finally we studied the dynamics of chains in specific confined geometries and compared it to both molecular dynamics simulation and theoretical tools.
La dynamique des chaines est encore de nos jours une question ouverte en physique des polymères, tout particulièrement lorsque les interactions répulsives sont prises en compte. Néanmoins, répondre à cette question améliorerait nos connaissances sur la machinerie cellulaire. On peut penser, par exemple, au transport de l'ARN du noyau au cytoplasme ou encore à l'injection du matériel génétique de bactériophages dans les bactéries. Malheureusement, étudier ces polymères en situation confinée est aussi expérimentalement difficile que biologiquement pertinent. En dépit des récentes avancées en nanorhéologie et en simulation de dynamique moléculaire, concevoir des expériences reprenant les mêmes paramètres que rencontrés in vivo est proche de l'impossible. Les théories en place ne peuvent donc être contestées par l'expérience. Même le problème, simple en apparence, de la translocation est encore aujourd'hui âprement discuté. Nous proposons, pour sortir de l'impasse actuelle, d'utiliser un équivalent d'un polymère à l'échelle macroscopique : la chaine granulaire. Nous nous sommes tout d'abord intéressé à la structure interne d'un empilement de chaines granulaires, au repos, et nous proposons pour la comprendre d'adopter une analogie avec les polymères. Après quoi,nous introduisons, par le biais d'une excitation mécanique, de l'énergie dans notre système expérimental et nous montrons que c'est statistiquement analogue à l'équilibre thermique à l'échelle microscopique. Enfin, nous étudions la dynamique de chaines granulaires dans des géométries confinées et nous comparons nos résultats à ceux obtenus par simulation de dynamique moléculaire et ceux théoriquement attendus.
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tel-03115444 , version 1 (19-01-2021)

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  • HAL Id : tel-03115444 , version 1

Cite

Paul Rambach. Granular chains, an alternative to study confined polymer dynamics. Polymers. Université Paris sciences et lettres; Université de Mons, 2020. English. ⟨NNT : 2020UPSLS015⟩. ⟨tel-03115444⟩
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