appartement n° 156B

72 000 Le Mans

M. Daniel Chateigner me confie la mission de travailler au laboratoire du D.G.G., où l’on propose de m’accueillir pour une durée de 2 mois (juillet et août 1999) dans le cadre d'un stage de recherche.

L’intérêt de ce projet est expliqué en détails dans le dossier " Projet de recherche " ci-joint.

Mon projet pour l’été prochain est donc de travailler dans un laboratoire de Géophysique aux Etats-Unis.

Mes objectifs sont d’acquérir une bonne expérience de recherche dans un milieu universitaire non français, comme complément au stage que j'effectue actuellement en France, et de parfaire ma pratique de la langue.

Je profiterai de cet environnement pour visiter des entreprises (notamment celle de la "Silicon Valley") afin d'approcher les méthodes et la technologie américaine, dans le but d'accomplir des études de doctorat avec partenariat industriel.

Je suis persuadée que cette expérience se révélera prometteuse quant à mon avenir (à l'étranger ou en France), que je destine à la recherche en entreprise.

Je tiens à souligner que je ne possède pas de ressources financières propres, étant étudiante, et que par conséquent l’intérêt que vous porterez à cette demande conditionnera la réalisation de ce projet, et je vous remercie de l'attention que vous y portez.

(étudiante en Maîtrise de physique à la faculté du Maine)

Responsable du projet : Daniel Chateigner (Maître de conférence, Dr).

Department of Geology and Geophysics (DGG), University of California, Berkeley-CA.

Responsable du projet : Hans-Rudolf Wenk (Professor, Dr).

e-mail: wenk@seismo.berkeley.edu

Durée du Projet : 2 mois Début du projet : 01/07/99

Autres laboratoires et personnes impliquées dans le projet :

Professeur Dr Marc Laulier, Laboratoire de Biologie Animale (LBA).

Maître de conférence Dr Françoise Denis, même adresse.

Professeur Dr Evelyne Lopez, Laboratoire de Biologie et Physiologie Comparée (LBPC).

1. But de l’étude :

Les protéines et gluco-protéines impliquées dans la croissance des coquilles de monoplacophores, céphalopodes, bivalves et gastéropodes, stabilisent des orientations préférentielles des cristallites très variables à l'intérieur des coquilles. Ces "textures" varient en force et en nature d’une espèce à une autre, à travers l’épaisseur des coquilles, avec des similitudes remarquables pour des espèces proches. Nous proposons pour ce projet d’étendre les descriptions quantitatives des textures, qui se sont montrées récemment très prometteuses d’un point de vue phylogénétique [1-3], à plusieurs espèces dans et proches de la branche des Mytilidae.

Pour cela nous souhaiterions utiliser le Microscope Electronique à Balayage (MEB) en mode Kikuchi, qui a récemment été implanté au département de Géologie et de Géophysique de Berkeley.

 

 

2. Raisons justifiant l’étude :

Les coquillages marins sont faits d’aragonite et de calcite (deux phases cristallines différentes de CaCO₃) ou d'un empilement ou enchevêtrement des deux. Les textures jusqu’ici observées vont de cristallites dont l'orientation est parfaitement aléatoire jusqu'à, quasiment, des monocristaux. Puisque les protéines sont responsables de la croissance, analyser quantitativement les textures résultantes pourrait apporter de nouvelles informations phylogénétiques et servir de nouvelle base de discussion. D'une part, analyser des espèces de distances phylogénétiques importantes pourrait apporter des informations utiles dans l’interprétation et/ou la reconsidération d’arbres phylogénétiques global. D'autre part, les petites distances phylogénétiques (branches proches) pourraient tester les effets de l’environnement (mer calme ou agitée, profondeur, salinité, températures…) sur la croissance des coquilles. La première proposition nécessite cependant un grand nombre d'expériences, non réalisables dans la période de 2 mois décidée pour ce projet, nous avons donc choisi de nous concentrer sur des études à distances phylogénétiques courtes.

La diffraction des rayons X et des électrons sont des méthodes éprouvées pour la détermination des orientations préférentielles. En ce qui concerne les coquilles de mollusques, les rayons X sont utilisés pour donner une information à l'échelle globale (par rapport aux électrons). Cependant, pour des échantillons plus petits les rayons X ne sont pas utilisables, et pour dresser une cartographie des orientations, nous avons besoin d'une sonde de type MEB spécifique disponible chez nos collaborateurs.

Nous souhaiterions analyser la couche de nacre (aragonite) d’échantillons dans, et proches, de la branche des Mytilidae.

Les échantillons proviennent du Laboratoire de Biologie Animale du Mans, et complètent une première série d’analyses menées en 1996 et fin 1998 sur Mytilus californianus, qui ont démontré la capacité de l'analyse par MEB sur ce type d'échantillons et de microstructure.

 

Les nouvelles analyses seront réalisées sur :

- Bathymodiolus thermophilus : une moule provenant d’une profondeur de 2400 m d’une source thermale de l’océan pacifique, localisée à 13°N.

- Mytilus edulis : une moule prélevée sur la côte océanique Atlantique, Le Croisic, France.

- Anodonta cygnea : une moule d’eau douce (non saline), Château du Loir, proche du Mans, France.

- Ruditapes philippinarum : une palourde de la côte Atlantique, Brest, France.

- Tapes decussatus : espèce similaire à la précédente.

 

 

3. Utilité du projet :

Les études proposées font partie de thématiques pré-existantes, émanant de différents projets à long terme. Les raisons pour lesquelles nous désirons que Cathy Masson puisse bénéficier d'une aide d'études sont les suivantes:

 

a) Le premier projet est né en 1996 dans le cadre du fond France-Berkeley (entre le DGG et l’un de nous (DC), alors au Laboratoire de Cristallographie-CNRS de Grenoble) et se perpétue depuis entre le LPEC et le DGGB. Cette collaboration a pour but le développement de nouvelles techniques d'analyses de texture par diffraction de rayonnements (rayons X, neutrons, électrons, synchrotrons) [5] et l'amélioration des systèmes informatiques modernes pour l'exploitation des données [6,7], notamment par la mise à jours d'anciens codes de calculs dans des versions modernes "fenêtrées" (type programmation Visual Basic). Dans ce but les deux laboratoires se sont équipés de techniques différentes et ont resserré leur collaboration. Ainsi, le DGGB ne dispose pas de goniomètre de texture permettant l'analyse des diagrammes complets (récemment acquis par le LPEC, et modèle unique en France), et le LPEC ne possède pas de MEB pour la cartographie d'orientation en mode Kikuchi (disponible au DGGB). A cet égard, M^lle Masson contribuera à quelques transferts de programmes, nécessaires à l'exploitation des données acquises par microscopie électronique. En ce qui concerne l'analyse de texture, les échantillons choisis sont délicats à analyser, et ils permettront une comparaison entre diffraction des rayons X et électrons.

 

b) En deuxième lieu, le LPEC travaille en collaboration avec le LBPC dans le but de rechercher d'éventuels remplaçants pour la nacre de l'espèce Pinctada maxima (espèce rare et très localisée sur le globe) comme implants osseux [4]. Parmi les voies envisageables comme matériaux de comblement osseux (ciments, hydroxy-apathite synthétique, polymères, Ti ...), seule la nacre possède de manière intrinsèque des protéines animales qui peuvent être capables de régénérer l'os, en faisant un matériau bioactif. C'est une méthode originale développée par le LBPC qui a déjà fait ses preuves sur le lapin et le mouton. L'intervention du LPEC dans cette thématique est centrée autour de la modélisation des propriétés mécaniques (propriété importante des prothèses osseuses potentielles) à partir de l'analyse des orientations préférentielles et des tenseurs élastiques. L'étape préliminaire aux tests de biocompatibilité est la recherche de candidats à composante nacrée et à bonne propriétés physiques. La série des Mytilidae est entièrement composée d'espèces nacrées, nous pourrions ainsi bénéficier avantageusement du séjour de Cathy Masson à Berkeley pour satisfaire cette thématique.

 

c) Troisièmement, le LPEC et le LBA du Mans collaborent sur l'étude phylogénétique des mollusques depuis quelques mois. Les spécialistes des mollusques du LBA sont très intéressés par les nouvelles perspectives potentiellement offertes par l'analyse de texture en terme de phylogénie, en particulier sur deux branches phylogénétiques proches, les Mytilidae et les Tapeidae. Les premières (branche des moules) pour des questions liées à l'effet de l'environnement (pression, température ...) sur la croissance de l'animal, les deuxièmes (branche des palourdes) pour l'étude des maladies récemment apparues dans plusieurs régions côtières françaises et qui déciment certains élevages. Dans les deux cas, la caractérisation de la croissance des coquilles pourrait être une mesure de ces effets (variations de pressions, blocages de croissance dû à la maladie ...). Nous pensons profiter du séjour de Cathy Masson pour étayer nos connaissances sur cette thématique et renforcer la liaison transversale entre nos deux laboratoires par cette interface entre nos deux disciplines (physique et biologie). Notons que le LBA est le partenaire privilégié pour ce type d'étude, puisqu'il a accès à des réserves de coquillages d'expéditions internationales en eaux profondes.

 

En résumé, les équipes proposées sont les seules à travailler sur de tels thèmes au niveau international. C'est donc une opportunité unique, qui pourrait se perpétrer à l'avenir, d'apporter de nouvelles connaissances sur la classification des mollusques, sur le développement d'implants osseux bioactifs, et sur l'optimisation et le développement des méthodes d'analyses de la texture.

Ajoutons que beaucoup d'espèces sont éteintes, pour lesquelles seuls sont disponibles des fossiles. L’analyse de texture sonde la part cristalline de l’animal, la seule qui demeure dans les fossiles. Même si l'on imagine que la texture puisse être différente dans les fossiles et les êtres vivants, les deux pourraient être corrélées, et nous pouvons penser à une extension de l’utilité de l’analyse de texture dans l’archéologie.

 

 

4. Plan de recherche :

Les échantillons sont fournis par le LBA.

L’analyse de texture par diffraction des rayons X s'effectuera au Laboratoire de Physique de l’Etat Condensé (LPEC) du Mans au début de l’année 1999, période pendant laquelle l'étudiante concernée sera formée aux méthodes d'analyses requises pour son séjour à l'étranger. Nous étudierons au LPEC les échantillons suffisamment grands, analysables par cette technique. Le LPEC dispose d'un nouvel équipement acquis sur des fonds régionaux et universitaires.

La période de stage au LPEC de Cathy Masson permettra de réorienter éventuellement les études à mener au DGGB.

Les résultats des rayons X seront comparés aux expériences menées sur le microscope électronique du Département de Géologie et de Géophysique (DGG) de Berkeley, où nous pourrons aussi mesurer les échantillons plus petits, et réaliser les cartographies d'orientations. L'exploitation phylogénétique se réalisera a posteriori au LBA et au LBPC (relations protéines-croissance, adéquation protéines-os,...).

 

5. Plan de financement :

Nous désirons que l'étudiante obtienne un financement pour couvrir ses frais (déplacement, logement à Berkeley ...). Vu les meilleurs tarifs aériens pratiqués pendant les périodes estivales (environ 6000 FF aller/retour), les prix de logement pratiqués (environ 3000 FF/mois), nous estimons le financement total à environ 20 000 FF.

 

 

6. Références:

[1] Chateigner, D., Hedegaard C. & Wenk H.-R., 1996: Texture analysis of a gastropod shell: Cypraea testudinaria. In Z. Liang, L. Zuo & Y. Chu (eds.). Textures of Materials, vol. 2, 1221-1226.

[2] Chateigner, D., Hedegaard C. & Wenk H.-R., 1996: Texture analysis of mollusc shells, part I: a descriptive study. In prep.

[3] Hedegaard C., Chateigner, D. & Wenk H.-R., 1996: Texture analysis of mollusc shells, part II: phylogenetic interpretation. In prep.

[4] Lopez E. & al. (1992), Tissue & Cell 24, 667.

[5] D. Chateigner, H.-R. Wenk & M. Pernet: Orientation analysis of bulk YBCO from incomplete neutron diffraction data. J. Applied Crystallography, 30, 1997, 43-48.

[6] H.-R. Wenk, S. Matthies, J. Donovan & D. Chateigner: BEARTEX: A Windows based program for quantitative texture analysis. J. Appl. Cryst. 31, 262 - 269.

[7] D. Chateigner, L. Lutterotti & T. Hansen: Quantitative phase and texture analysis on ceramics-matrix composites using Rietveld texture analysis. ILL report 97 "Highlights" 1998, 28-29.

Maître de Conférences, LPEC, UPRES A 6087