. 22 décembre 2010 à 11h (Attention horaire inhabituel)
Michel De Lara
(CERMICS, Ecole des Ponts ParisTech, Université Paris-Est)
Titre : Théorie du contrôle et viabilité pour la gestion durable des ressources
naturelles
Résumé :
Nous présenterons des applications de la théorie du contrôle et de la viabilité en temps discret à des problèmes de gestion durable des ressources naturelles. Plusieurs des exemples proviennent de travaux effectués avec des collègues mathématiciens, économistes et biologistes dans le cadre de programmes de coopération internationale, avec le Chili et le Pérou pour la gestion des pêches.
Tout d’abord, nous présenterons quelques modèles de décision stylisés (atténuation du changement climatique, pêche), en soulignant leurs différences avec des modèles dits “de connaissance”. Nous verrons qu’il est courant que des contraintes écologiques et économiques soient exprimées par des seuils à ne pas dépasser. De manière générale, nous montrerons comment des objectifs a priori contradictoires — économique (production) versus écologique (conservation) — peuvent être formulés comme des contraintes à satisfaire par un système dynamique contrôlé.
L’analyse de viabilité fournit des conditions sous lesquelles existent des stratégies de gestion (dites viables) qui permettent la satisfaction de telles contraintes. Nous présenterons une analyse de viabilité du couple anchois-merlu dans l’écosystème de l’upwelling Péruvien. Lorsque des incertitudes affectent le système, nous montrerons comment adapter le cadre déterministe en présentant la viabilité stochastique.
Il s’agit d’exhiber des stratégies de gestion qui maximisent
la probabilité de satisfaire les objectifs (seuils à ne pas dépasser).
. 21 décembre 2010 à 16h
Philippe CHOLER
(Laboratoire d’Ecologie Alpine, UMR UJF-CNRS 5553)
Titre : Dynamique de l’allocation de biomasse dans les prairies tropicales semi-arides : un problème de contrôle optimal ?
Résumé :
La dynamique saisonnière et interannuelle des grands compartiments de biomasse
des écosystèmes terrestres reste mal comprise. Je présenterai le cas des
prairies tropicales semi-arides du nord de l’Australie, pour lesquelles
les deux principales variables contrôlant la production de biomasse végétale
sont les précipitations et l’intensité de pâturage. La question posée est
celle des stratégies de croissance et d’allocation de biomasse (aérienne /
souterrainne, végétative /reproductrice) qui maximisent la performance de plantes
soumises à une très forte variabilité saisonnières et interannuelle des régimes de
pluie.
L’exposé ouvrira sur les avantages, les difficultés et les limites à
considérer ce problème écologique comme un problème de contrôle optimal.
. 15 Décembre 2010 à 16h (Attention date inhabituelle)
Fabien Campillo
(EPI MERE INRA/INRIA, Montpellier, France)
Travail en commun avec Marc Joannides & Irène Larramendy-Valverde (I3M, UM2)
Titre : Modélisation stochastique du chemostat
Résumé : Nous reprenons la modélisation de la dynamique du chemostat à sa source. Le chemostat est classiquement représenté par un système d’équations différentielles. Notre objectif est d’établir un modèle stochastique qui est valable à l’échelle qui précède immédiatement celle qui correspond au modèle déterministe. Partant d’une échelle microscopique, nous présentons un modèle stochastique de sauts purs qui conduit, à l’échelle macroscopique, au modèle d’équation différentielle. à une échelle intermédiaire, une approximation diffusion nous permet de proposer un modèle sous la forme d’un système d’équations différentielles stochastiques. Nous détaillons les techniques qui permettent de passer d’une échelle à une autre ainsi que de simuler ces différents modèles. Nous décrivons également les domaines de validité des différents modèles.
. 23 Novembre 2010 à 16h
Denis Dochain
(CESAME, UCL, Louvain-la-Neuve, Belgium)
Titre : Modélisation de la croissance de plantes
Résumé :
Cet exposé présentera des résultats de modélisation obtenus dans le cadre
du projet MELISSA de l’ESA (Agence spatiale européenne). L’objectif de
MELISSA est de rendre les stations spatiales européennes autonomes, y
compris du point de vue alimentaire. Dans ce cadre, l’ESA envisage
d’embarquer des “serres” (“chambres”) où pousseront une sélection de
plantes destinées à fournir/produire au moins en partie la nourriture
nécessaire aux astronautes. Les contraintes imposées par la gestion
autonome de la croissance des plantes ont amenés l’ESA à demander le
développement de modèles de type bilans de matière et d’énergie, à
intégrer dans l’ensemble de la boucle MELISSA.
Le séminaire sera consacré à la présentation des premiers résultats de
modélisation sur deux types de plantes (laitue, betterave) qui tiennent
compte dans un premier temps d’une dynamique simple globale de la plante.
. 09 Novembre 2010 à 16h
Ariane Bize
(Equipe Sowaste, Unité Hydrosystèmes et bioprocédés, Cemagref, Antony, France)
Title : Statistical Study of Aging in an Organism that Reproduces by Morphologically Symmetric Divisions
Abstract :
In macroscopic organisms, aging is often obvious. In single-cell organisms, which have the greatest potential to allow us to identify the molecular mechanisms involved, identifying and quantifying aging is harder. For a long time, the question of aging in micro-organisms was addressed using cells which had both a visibly asymmetric division and an identifiable juvenile phase.
In this seminar, we will discuss a set of more recent papers dealing with aging in the bacterium Escherichia coli, which reproduces with a morphologically symmetric division. Both experimental results and their statistical analyses will be presented.
. 29 Octobre 2010 à 10h
Jean-Luc Gouzé
(COMORE Project-team, INRIA Sophia Antipolis, France.)
Title : A theoretical exploration of birhythmicity in the p53-Mdm2 network
(joint work with Wassim Abou-Jaoudé and Madalena Chaves)
Abstract :
[Background] Experimental observations performed in the p53-Mdm2 network, one of the key protein module involved in the control of proliferation of abnormal cells in mammals, revealed the existence of two frequencies of oscillations of p53 and Mdm2 in irradiated cells depending on the irradiation dose. These observations raised the question of the existence of birhythmicity, i.e. the coexistence of two oscillatory regimes for the same external conditions, in the p53-Mdm2 network which would be at the origin of these two distinct frequencies. A theoretical answer has been recently brought by Ouattara, Abou-Jaoudé and Kaufman who proposed a 3-dimensional differential model showing birhythmicity to reproduce the two frequencies experimentally observed.
[Methodology/Principal Findings] The aim of this work is to analyze the mechanisms at the origin of the birhythmic behavior through a theoretical analysis of this differential model. To do so, we reduced this model, in a first step, into a 3-dimensional piecewise linear differential model where the Hill functions have been approximated by step functions, and, in a second step, into a 2-dimensional piecewise linear differential model by setting one autonomous variable as a constant in each domain of the phase space. We find that two features related to the phase space structure of the system are at the origin of the birhythmic behavior: the existence of two embedded cycles in the transition graph of the reduced models; the presence of a bypass in the orbit of the large amplitude oscillatory regime of low frequency.
[Conclusions/Significance] Based on this analysis, an experimental strategy is proposed to test the existence of birhythmicity in the p53-Mdm2 network. From a methodological point of view, this approach greatly facilitates the computational analysis of complex oscillatory behavior and could represent a valuable tool to explore mathematical models of biological rhythms showing high enough nonlinearities.
. 28 Octobre 2010 à 16h
Hector Ramirez Cabrera
(Center for Mathematical Modeling, U. Chile-CNRS, Santiago, Chili)
Title : Evaluation of Management Procedures: Application to Chilean Jack Mackerel Fishery
Abstract :
This work develops a theoretical framework to assess resources
management procedures from a sustainability perspective, when resource
dynamics is marked by uncertainty. Using stochastic viability,
management procedures are ranked according to their probability to
achieve economic and ecological constraints over time. This framework is
applied to a fishery case-study, facing El Niño uncertainty. We
study the viability of constant effort and constant quota strategies,
when a minimal catch level and a minimal biomass are
required. Conditions on the sustainability objectives are derived for
the superiority of each of the two management methods.
. 26 Octobre 2010 à 16h
Bart Haegeman
(EPI MERE INRA/INRIA, Montpellier, France)
Title : Fast evolution in predator-prey interactions
Abstract :
In this seminar we will discuss the paper “Understanding rapid
evolution in predator-prey interactions using the theory of fast-slow
dynamical systems” by M.H. Cortez and S.P. Ellner, recently published
in the American Naturalist.
. 8 Juin 2010 à 16h
Patrick Tailliez
(EMIP, INRA-UM2, Montpellier, France)
Titre : Les nématodes entomopathogènes : une association symbiotique qui joue avec
les petites populations au service de la lutte biologique contre les
ravageurs des cultures.
Résumé :
L’objectif de cette présentation est de pouvoir engager une discussion
entre biologistes et modélisateurs autour de la modélisation du
comportement des petites populations appliquée aux nématodes entomopathogènes.
Ces nématodes sont de petits vers ronds microscopiques qui vivent dans les
sols où ils chassent des larves d’insectes. Ces nématodes se multiplient
exclusivement sur insectes (et autres petits arthropodes). Une fois qu’ils
sont entrés dans la larve d’insecte par les orifices naturels ou en
transperçant la cuticule, ils gagnent l’hémolymphe (sang) et libèrent
quelques cellules bactériennes qu’ils hébergent dans leur tube digestif.
Ces quelques cellules sont capables bien souvent d’échapper au système
immunitaire de l’insecte, puis se multiplient rapidement, provoquent une
septicémie, produisent des toxines insecticides qui tuent l’insecte en 2-3
jours. Ces bactéries dégradent les tissus du cadavre et les convertissent
en nutriments utilisés par le nématode qui, par ailleurs, se nourrit de ses
propres bactéries pour se développer et se multiplier. Ainsi, à partir de
quelques individus (nématode – bactérie), les populations atteignent, quand
tout se passe bien, 10E8, 10E9 individus par insecte. Lorsque la dépouille
est consommée, chaque nématode capture quelques cellules bactériennes (de 0
à quelques dizaines selon le cas) et repart à la chasse. Il s’agit d’un
modèle qui fonctionne selon un système de clonage naturel.
La modélisation peut être utile :
1) pour proposer de nouvelles hypothèses pour comprendre le processus
infectieux de la bactérie et notamment sur les premières étapes de ce
processus durant lesquelles des petites populations sont impliquées
2) sur l’évolution des petites populations de nématodes dans les
applications au champs en fonction des conditions environnementales.
. 1 Juin 2010 à 16h
Alain Vande Wouwer
(3BIO, Université Libre de Bruxelles, Belgique)
Title : On the derivation of macroscopic reaction schemes from the measurements of a few extracellular components
Abstract :
The purpose of this seminar is to report on the development of a procedure for inferring
black-box, yet biologically interpretable, dynamic models of bioprocesses based on sets
of measurements of a few external components (biomass, substrates, products of
interest). The procedure has three main steps: (a) the determination of the number of
macroscopic biological reactions linking the measured components, (b) the estimation
of a first reaction scheme, which has interesting mathematical properties, but might lack
a biological interpretation, and (c) the transformation of this reaction
scheme onto a biologically-consistent scheme. The advantage of the method is that it
allows the fast prototyping of models for the culture of micro-organisms that are not
well documented. The method is illustrated with a few examples.
. 25 Mai 2010 à 16h
Joshua Weitz
(Theoretical Ecology and Quantitative Biology School of Biology, Georgia Tech, USA)
Title : Molecular ins and outs of bacteriophage dynamics
Abstract :
Bacteriophages are the most abundant organisms on this
planet. It is no surprise that there is still much to learn about the
molecular mechanisms underlying phage traits which impact ecological
and therapeutic functions. In this talk, I discuss two recent studies
in my group aimed at understanding the molecular basis of how phages
exploit cells upon infection and escape cells when virion assembly is
complete. The first part of my talk addresses the following: can
viral genomes communicate intra-cellularly to collectively determine
cell fate? I propose a gene-dosage based explanation for the
observation that cell fate depends on the phage multiplicity of
infection. I use mathematical and computational analysis to explain
how the nonlinear effect of gene dosage on gene expression allows
phage lambda viruses to “communicate” and perform a form of quorum
sensing. The second part of my talk focuses on the following: how can
the microscopic properties of phage lytic enzymes be inferred from
macroscopic assays? Phage lytic enzymes are a promising means of
specifically killing pathogens in therapeutic contexts. However,
analysis of phage lytic enzymes acting on Gram-positive bacteria have
been limited by an inability to isolate and characterize the target of
the enzymes. I propose a unified theoretical mechanism to infer the
chemical kinetics of phage lytic enzymes along with the heterogeneous
susceptibility of cells to lysis. I validate this theoretical model
using a combination of synthetic data analysis and experiments on
well-characterized enzymes. Finally, I present preliminary results on
the characterization of phage lytic enzymes acting on streptococcus
cells.
. 18 Mai 2010 à 16h
Eladio Ocaña Anaya
(IMCA, Lima, Perou)
Title : Transversality condition for singular infinite horizon calculus
of variations
Abstract :
We consider an optimal infinite horizon calculus of variations problem
linear with respect to the velocities. In this framework the
Euler-Lagrange equation are known to be algebraic and thus non
informative for the general optimal solutions. We prove that the value
of the objective along the Most Rapid Approach Paths (MRAP), the
curves that connect as quickly as possible the solutions of the
Euler-Lagrange equation, is Lipschitz continuous and satisfies an
Hamilton-Jacobi equation in some generalised sense. We derive then a
sufficient condition for a MRAP to be optimal by using a
transversality condition at infinity that we generalize to our non
regular context.
. 11 Mai 2010 à 16h
Antoine Rousseau
(EPI MOISE, INRIA Grenoble, France)
Titre : Sur l’approximation traditionnelle en mécanique des fluides océaniques
Résumé :
On s’intéresse dans ce travail à l’influence d’une approximation classique (appellée “traditional approximation” dans la littérature) effectuée quasiment universellement sur les modèles de circulation océanique à grande échelle.
Cette approximation consiste (nous l’expliquerons) à simplifier la force de Coriolis
pour n’en garder que la partie horizontale.
Dans un travail effectué dans sa thèse, Carine Lucas a montré
que pour les équations de St-Venant (eaux peu profondes),
cette approximation pouvait ne pas être satisfaisante;
nous avons ensuite confirmé ensemble ces résultats
par une étude numérique.
Lors de mon exposé, j’expliquerai comment on peut généraliser
ce résultat aux équations dites “primitives” de l’océan (basées
sur une autre approximation, dite hydrostatique). Même si ce modèle
est plus général (donc plus complexe à étudier)
que le modèle de St-Venant, la justification du maintien de tous
les termes de Coriolis est plus aisée: nous nous concentrerons donc sur ce point,
et donnerons quelques résultats et perspectives.
Ce travail est le fruit d’une colalboration avec Carine Lucas et Madalina Petcu (Poitiers)
. 7 Mai 2010 à 11h
Brahim Cherki
(Laboratoire d’Automatique, Tlemcen, Algérie)
Titre : Observateur pour les systèmes dynamiques hybrides linéaires.
Résumé :
Un système dynamique hybride est caractérisé par une co-évolution continu et discrète, la synthèse d’observateurs pour de tels systèmes est un problème suffisamment compliqué même quand les dynamiques continues sont linéaires. En général à chaque état discret est associé une dynamique continue différente, aussi pour pouvoir synthétiser un observateur du système il faut déterminer l’état discret ce qui n’est pas très aisé surtout quand les commutations entre les différents états sont rapides. Nous proposons une approche algébrique pour déterminer l’état discret très rapidement et des observateurs de Luemberger pour les dynamiques continues. Des résultats de simulation montrent le bien fondé de la méthode proposée.
. 4 Mai 2010 à 16h
Robert Lortie
(Institut de recherche en biotechnologie du CNRC, Montréal, Canada)
Agropolis Senior Fellow
Titre :
La modélisation mathématique comme outil de mesure pour les enzymes immobilisées.
Résumé :
Un travail de modélisation et de simulation de réacteurs enzymatiques a permis de mieux caractériser les enzymes immobilisées utilisées dans ces réacteurs.
Le travail est basé sur la génération de résultats calculés en utilisant les modèles classiques du génie chimique qui tiennent compte du couplage entre les vitesses de réaction et les phénomènes de transfert de matière. Ces résultats sont ensuite analysés à l’aide de modèles simplifiés comportant un nombre réduit de paramètres qui regroupent plusieurs paramètres du modèle de départ. La signification physico-chimique de ces nouveaux paramètres est ensuite évaluée et comparée à celles des paramètres de départ.
Cette approche a par la suite été validée avec différents modèles expérimentaux.
. 27 Avril 2010 à 16h
Jean-Pierre Barbot
(Laboratoire ECS, ENSEA, et EPI ALIEN, INRIA, Cergy-Pontoise, France)
Titre : Une brève épistémologie de la théorie de l’observation et ses conséquences
sur l’observation des systèmes sous Zénon.
Résumé :
La première partie de l’exposé fera un historique,
forcément partial, de la théorie de l’observation
en partant des systèmes linéaires en allant vers
les systèmes non linéaires. Le premier parti pris sera,
ici, de ne pas parler des systèmes de dimension infinie.
A la suite de cet historique, nous en tirerons quelques idées
directrices pour observer les systèmes dynamiques hybrides
soumis à des phénomènes de Zénon.
La synthèse d’un observateur sur l’exemple académique
des deux bacs illustrera notre propos.
L’exposé ce terminera par une discussion sur les problèmes ouverts
en observation et inversion à gauche des systèmes hybrides.
. 26 Avril 2010 à 16h
Karim Yadi
(Laboratoire de Systèmes dynamiques et Applications, Tlemcen, Algérie)
Title : Coexistence of three predators competing for a single biotic resource.
Abstract :
We consider a model of three species competing on a single biotic resource (s).
The resource grows much faster than the top consumer (x1) which itself grows much
faster than the other two competing consumers (x2) and (x3).
The aim is to obtain coexistence of all the competitors.
The principle is to put some conditions on the the model
in such a way to obtain a slow evolution of competitors (x2)
and (x3) while (s) and (x1) perform permanent oscillations.
We explain how to build the model and obtain the equations
describing the slow dynamics of the couple (x2,x3) by the use of a mathematical
result which we established. It is a version of Pontryagin-Rodygin’s Theorem
adapted to problems with the so called slow and fast limit cycles.
We then propose to give sufficient conditions of coexistence
for the model by stating and proving a general result of persistence.
We give the conditions to be satisfied by the model to fit with
this result. Finally, we illustrate this work by some numerical simulations.
This work is in collaboration with C. Lobry and T. Sari (EPI MERE, Montpellier).
. 13 Avril 2010 à 16h
Sabine Peres
(SysDiag, UMR3145, CNRS-BIORAD, Montpellier, France)
Title : BioPsi: a formal description of biological processes based on elementary
bricks of actions
Abstract :
In the available databases, biological processes are described from
molecular and cellular points of view, but these descriptions are
represented with text annotations that make difficult to handle them for
computation. Consequently, there is an obvious need for formal
descriptions of biological processes.
A formalism that uses the BioPsi concepts to model biological processes
from molecular details to networks will be presented. This computational
approach, based on elementary bricks of actions, allows us to calculate
on biological functions (e.g. process comparison, mapping
structure-function relationships, etc.). Its application will be
illustrated with the functional description of the central carbon
metabolism network. This computational approach is compatible with
detailed biological knowledge and can be applied to different kinds of
systems of simulation.
. 6 Avril 2010 à 16h
Chloé Deygout
(EPI INRA/INRIA MERE, UMR MISTEA, Montpellier)
Title : Studying social interactions and food management in an individual-based
model of foraging behaviour
Abstract :
Vultures, the only terrestrial vertebrate obligate scavengers alive today,
are currently facing a dramatic worldwide decline. The availability of safe
food is one of the main issues behind this decline and the use of feeding
stations has been widely advocated in recovery programs. However, providing
food that is more predictable in time and space than natural food sources
could disrupt the ecological scavenging service provided by vultures. We
built an individual-based model (IBM) of the daily foraging of
Gyps vultures in order to investigate how food management affect
scavenging
service and foraging efficiency. We studied the possibility that vultures
could take into account feeding station location or conspecific direction in
addition of using local enhancement which is the main mechanism usually
taken into account. Some results and comparisons with information from the
main French Gyps fulvus colony will be discussed.
. 30 Mars 2010 à 16h
Pierre Comon
(I3S, CNRS, Nice, France)
Title : Tensor decomposition can help in separating variables
Abstract :
Matrices of rank R can be decomposed into a sum of R rank-1 terms in
infinitely many ways. Tensors of order 3 are represented by arrays
with 3 indices. One of the main striking differences between tensors
and matrices is that the decomposition of a rank-R tensor can often be
done in a unique way into a sum of R rank-1 terms. It is pointed out
that this property can be utilized to decompose a function of 3
variables into a sum of elementary functions whose variables separate.
Some applications are shown, including the identification of
elementary spectra from the fluorescence spectrum of a mixture.
A similar approach might apply for electrophoresis measurements.
Other surprising properties of tensors are also emphasized.
. 23 Mars 2010 à 16h
Benjamin Ivorra
(University Complutense of Madrid, Spain)
Title :
On The Modelling And Simulation Of High Pressure Processes And Inactivation
Of Enzymes In Food Engineering
Abstract :
High pressure processing has turned out to be very effective
in order to prolong the shelf life of some foods. This work deals
with the modelling and simulation of the effect of the combination
of high pressure with thermal treatments on food, considering the
enzymatic inactivation that may take place on certain enzymes. The
behaviour and stability of this model are checked by various
numerical examples. Furthermore, various simplified versions of
the model are presented and compared between each other in terms
of accuracy and computational time. The models developed provide a
useful tool to design suitable industrial equipments and optimize
the processes.
. 16 Mars 2010 à 16h
Clara Prats
(Universitat Politècnica de Catalunya, Spain)
Title : Individual-based modelling in microbiology: facing small populations and
microbial heterogeneity.
Abstract :
Microorganisms, as unicellular organisms, are mathematically discrete
entities: a fraction of a microbe looses its integrity. Therefore,
macroscopic continuous models in microbiology are only appropriate when
the systems under study are big enough. On the contrary, the behaviour
of microbial communities in the scales ranging from 10 to up to 10^5
cells must be tackled with a discrete perspective in order to obtain
realistic results. In addition, many phenomena associated with the
diversity of the cellular properties are also better explained with
bottom-up strategies, rather than by means of analytical models.
Individual-based Modelling (IbM) is a bottom-up approach to complex
systems that studies the emergent behaviour of communities starting from
the description of the individual behaviour and interactions. Thus, it
allows the study of the mesoscopic connection between the microbes and
the population, and it is especially indicated for facing small
microbial communities and/or the effects of microbial heterogeneity on
the evolution of a population.
INDISIM is an IbM simulator developed by MOSIMBIO research group
(Universitat Politècnica de Catalunya). It has been used to study
different microbial systems such as bacterial cultures, yeast cultures,
soil organic matter, composting and in vitro cultures of malaria
infected erythrocytes, among others. Some INDISIM simulation results
obtained for microbial cultures will be shown and discussed in order to
illustrate the soundness of this methodology when dealing with small
heterogeneous populations.
. 10 Mars 2010 à 16h
Olivier Bernard
(EPI COMORE, INRIA, Sophia-Antipolis, France)
Title : Coupling biological models and radiative transfer to predict microalgal growth in a photobioreactor.
Abstract :
Oleaginous microalgae are seen as a potential major biofuel
producer in the future since, under conditions of nitrogen deprivation,
they can contain high amounts of lipids. In order to optimize biofuel
producing photobioreactors, we propose a new model to predict biomass
productivity in conditions of nitrogen limitation and light gradient.
These models strongly couple the light gradient properties due to biomass
absorption and the adaptation of algal pigments to average light in the
photobioreactor. A model will be presented and validated. Some
consequences on the photobioreactor management will then be discussed.
. 9 Mars 2010 à 15h
Claude Lobry
(EPI INRA/INRIA MERE, Université de Nice, France)
Titre : Le problème “Atto-Fox” dans les équations de dynamique des
populations.
Résumé :
Les équations différentielles ordinaires, comme celles
de Lotka-Volterra, représentent par
des quantités continues (des nombres réels) des populations
constituées d’un nombre entier
d’individus. Ceci peut être justifié quand le nombre d’individus est
“grand” mais, même dans les
modèles les plus raisonnables, cette hypothèse est mise en défaut.Dans cet exposé on examine avec quelques détails ce qui se passe dans
une équation très simple
représentant une relation ressource-consomateur. Les simulations sur
ordinateur devraient permettre
de vaincre cette difficulté mais il reste du travail pour bien les
maîtriser.
. 9 Mars 2010 à 16h
Jean-Pierre Mazat
(Université de Bordeaux 2, INSERM U 688 – Physiopathologie Mitochondriale, Bordeaux, France)
Titre : Une modélisation multiniveaux du métabolisme énergétique mitochondrial. ANR BBSRC SysBio.
Résumé :
Les mitochondries jouent un rôle central dans le métabolisme énergétique aérobie des cellules eucaryotes. C’est pourquoi, elles ont fait l’objet de nombreuses études à tous les niveaux depuis le niveau moléculaire jusqu’au niveau cellulaire. En particulier, nous connaissons maintenant les composants de la chaîne respiratoire, leur architecture moléculaire, le détail des réactions d’oxydo-réduction qui ont lieu entre eux ou à l’intérieur même des complexes, les mécanismes par lesquels l’énergie libérée lors des réactions rédox est récupérée pour la phosphorylation de l’ADP en ATP. On connaît aussi les protéines qui gouvernent la fusion et la fission des mitochondries qui ont lieu dans le réseau mitochondrial en fonction de l’état énergétique des mitochondries. Ces études ont créé des îlots de connaissances isolés et on peut penser qu’il manque un cadre général théorique permettant de les relier.
Le but de notre projet est d’adopter une approche de modélisations multi-niveaux qui utilise des techniques appropriées à la modélisation du métabolisme énergétique mitochondrial à chaque niveau et qui permette le passage explicite entre des niveaux adjacents.
On décrira plus particulièrement
la modélisation de la chaîne respiratoire mitochondriale et du cycle de Krebs
par un système d’équations différentielles ainsi que des complexes qui la composent par modélisation stochastique (Gillespie).
. 2 Mars 2010 à 16h
Mamadou Lamine Diagne
(Université de Saint Louis, Sénégal and UMR MISTEA, Montpellier, France)
Titre : Un modèle mathématique de la prolifération du Typha.
Résumé :
On propose un modèle mathématique de la prolifération du Typha qui est une plante d’eau douce qui se développe grâce à deux modes de reproduction pouvant s’effectuer simultanément. Il s’agit d’une part d’une reproduction sexuée
caractérisée par la production de graines et d’autre part d’une multiplication végétative assurée par des rhizomes.
On analyse les équilibres et leur stabilité des modèles mathématiques obtenus en considérant chacun de ces mécanismes de reproduction.
On analyse par des simulations numériques le comportement du système hybride correspondant à l’alternance de périodes avec reproduction sexuée et de périodes sans cette forme de reproduction.
. 3 Février 2010 à 16h
Caroline Monteil
(INRA, Unité de Recherches de Pathologie Végétale, Avigon, France)
Titre : Modélisation de la dynamique des populations de la bactérie phytopathogène Pseudomonas syringae dans l’environnement alpin: des précipitations vers les premiers ruissellements de surface.
Résumé :
Notre travail est de modéliser le cycle de vie d’une bactérie phytopathogène Pseudomonas syringae dans les habitats non agricoles. Ce séminaire a pour objectif de présenter l’étude exploratoire qui a été menée jusqu’ici et qui a visé à déterminer l’impact du transfert de l’eau sur l’abondance et la diversité de la bactérie dans un système hydrologique alpin.
A cette occasion, il est question de réunir écologues microbiens et mathématiciens afin de discuter sur la démarche à suivre pour développer un modèle expliquant les phénomènes observés des précipitations vers les premiers ruissellements de surface. Est-ce que les précipitations de neige, le manteau neigeux, la végétation, le sol et les cours d’eau peuvent être considérés comme une succession de chemostats interconnectés, chacun caractérisé par une population de P. syringae, un taux de croissance et des flux entrants et sortants plus ou moins rapides? Dans un second temps, est il possible d’inclure dans le système un certain nombre de facteurs chimiques déterminants dans la survie de la bactérie?
. 29 janvier 2010 à 16h
Papa Ibrahima Ndiaye
(Université de Bambey, Sénégal)
Titre : Evaluation du risque de transmission d’une maladie vectorielle en
fonction des processus démographiques du moustique.
Résumé : Dans cet exposé nous présentons une modélisation du risque
épidémiologique de maladies transmises par les moustiques à partir de la dynamique vectorielle. Dans un premier temps nous donnes les modèles des processus démographiques (émergence, mortalité, vieillissements chronologique et physiologique) et de la dynamique d’une population naturelle de moustique. Ces modèles nous permettent de décrire la dynamique de l’âge moyen et l’écart-type physiologique caractérisant le potentiel d’infection-transmission des moustiques. Nous terminons par l’estimation des paramètres démographiques et une étude numérique de l’impact des processus démographiques sur les facteurs du risque potentiel d’infection et de transmission.
. 26 Janvier 2010 à 16h
Jérôme Coville
(INRA, Unité de Biostatistiques et Processus Spatiaux, Avigon, France)
Titre : Modèles hétérogènes non locaux en dynamique de population
Résumé :
Je présenterai des quelques résultats sur des modèles présentant une
interaction à longue distance. Dans un premier temps, je présenterai un
modèle ayant une dispersion nonlocale hétérogène et les principaux
effets que l’on peut identifié. Ensuite, je parlerai d’un critère simple
permettant de caractériser à partir de ce type de modèle la survie ou
l’extinction d’une espèce.
. 5 Janvier 2010 à 16h
Cristian Picioreanu
(Delft University of Technology, Faculty of Applied Sciences, Department of Biotechnology, Delft, The Netherlands)
Title : Mathematical modelling of biofilms
Abstract :
iofilm researchers face invariably the challenge of understanding complex relationships between physical, chemical and biological processes occurring at very different spatial and temporal scales. Powered by new observations of three-dimensional biofilms, and supported by significant advances in computational power and numerical methods, our group began to develop a radically new modelling approach. The novelty consisted in integrating processes such as solute and cell transport, metabolic reactions, hydrodynamics, biomass growth and detachment in a three-dimensional model of biofilm development in time. Multidisciplinary knowledge was essential because the problem involved a combination of methods used in chemical engineering, microbiology, ecology, mechanical engineering, computational physics and applied mathematics. Results showed that by using only generally valid laws of physics, regardless of the particular biological system studied, the formation of various heterogeneous biofilm structures can be logically explained. A significant step forward was made by introducing individual-based models (IbM), a bottom-up approach where the overall biofilm behaviour is derived from local interactions between individual microorganisms. Investigation of complex food-web interactions between multiple microbial species became easily possible, e.g. nitrifying biofilms, anaerobic methanogenic granules, heterotrophic-autotrophic, phototrophic or dental biofilms. Study of formation and function of extracellular polymeric substances (EPS, the slimy matrix embedding the biofilm cells) was also made possible. Biofilm control strategies based on the disruption of this matrix were further investigated. A structured biomass approach opened the way for including diverse cellular components, such as storage polymers, with the goal of designing strategies for the optimization of biological polymers production. Moreover, the role of filamentous microorganisms in formation of biological aggregates has begun to be studied.
Cell-to-cell communication and quorum sensing represent now some of the most rapidly evolving fields of research in microbial biofilms. Several biological processes of crucial importance for biofilm development are now beginning to be incorporated in biofilm models: cell-cell communication, gene transfer, pili and flagellum formation. On the other hand, other intriguing hypotheses such as the direct or mediated electron transfer to solid substrata or electrodes, with applications in microbial fuel cells or in bioleaching, are also investigated by computational approaches. Biofilm development in porous media and biofilm mechanics are two other spearheads in today’s biofilm modelling.
This lecture is intended to give an overview of all these new tendencies in biofilm modelling.
