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Institut de
Recherche sur la
Biologie de l'
Insecte
 
 
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Ecologie Quantitative

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Offre de thèse :  "La microphysique de l'olfaction antennaire chez les insectes"

L’olfaction des insectes est un phénomène multi-échelle, allant du décimètre auprès de l’animal au micromètre sur l’antenne. C’est aussi un processus physico-chimique, traitant du transport de molécules dans un flux turbulent et dans la couche limite. Le but global de ce projet est de quantifier les trajectoires prises par les substances volatiles, en particulier les phéromones depuis l’air libre jusque au contact avec l’antenne et la sensille, chez deux espèces de papillons nocturnes aux antennes très différentes, l’une plumeuse et l’autre plus classique, setacée. Ceci devrait nous permettre de mieux comprendre la capture d’odeurs chez ces animaux. Cette thèse ne traite pas des processus à partir du moment où la phéromone touche la cuticule, en particulier tous les problèmes de transduction au sein de la sensille et de comportements. Ancré résolument dans le contexte de l’olfaction de phéromones, ce travail est cependant un travail d’écologie physique, et plus spécifiquement de processus en dynamique de fluides à bas nombres de Reynolds.

Trois buts spécifiques seront poursuivis : (1) la visualisation et la quantification en 3D de la couche limite autour de la tête, antenne et poils sensoriels à haute résolution en fonction de la vitesse de l’air (2) la quantification de l’effet « canopée » par les poils en fonction de l’écartement des poils et de la vitesse du fluide. En effet, la haute densité de poils chez certaines espèces peut être comprise soit comme une aide à la capture d’odeurs de part la multiplicité des récepteurs, soit comme un frein, l’air ayant plus de mal à pénétrer une canopée trop dense. Finalement, nous (3) quantifierons l’importance de la perception active par mouvement rapides des antennes et des ailes. En effet, bien des insectes tremblent des antennes et parfois des ailes et l’hypothèse la plus couramment émise mais très rarement proprement testée (contrairement aux crustacés et mammifères pour lesquels le « renfilage » est bien étudié aero- et hydro-dynamiquement) est que l’air circulant plus vite, la capture des molécules en est facilitée. Or ceci dépend beaucoup du mélange physique provoqué et de la trajectoire prise par les panaches d’odeurs.

La technique principale utilisée sera la PIV (Particle Image velocimetry), dont nous sommes un des leaders en écologie, et le tracking de marqueurs par cameras rapides. Ces études se feront sur des poils naturels et biomimétiques. Ces derniers seront produits soit sous forme de MEMS (Micro-Electronical-Mechanical Systems) que nous avons déjà construits avec nos collaborateurs dans le passé (en particulier dans un projet EU IST-FET, coordinateur J. Casas) soit via le 3D nanoprinting avec de la photo-polymérisation par laser lithographie à double photons (meilleure précision possible). Cette technique permettra en plus d’utiliser les lois d’échelles en dynamique des fluides et de construire des antennes plusieurs fois plus grandes que les réelles afin de faciliter l’observation des microflux. Cette partie sera faite en étroite collaboration avec le groupe dirigé par le Prof. G. Krijnen, University Twente (Hollande), leader en micro-/nanotechnologies et qui dispose du matériel. L’étudiant passera de 3 mois à 1 an en Hollande pour construire ces micro-objets et la thèse sera faite en co-tutelle. La partie olfaction active utilisera des montages piézo-électriques. Le Dr. Rospars (INRA Versailles), spécialiste mondialement reconnu de la modélisation de l’olfaction chez les insectes, a également accepté de suivre le projet.

Ce projet fait partie du Projet IUF senior de J. Casas, marie harmonieusement l’écologie chimique et physique et a des implications pour les capteurs biomimétiques et secondairement en lutte biologique par utilisation de phéromones. L’étudiant pourra compter sur une aide technique forte et spécialisée et maitrisera à l’issue de sa thèse les concepts d’écologie physique de dynamique des fluides à bas nombre de Reynolds et les compétences suivantes : optique par lasers en dynamique des fluides, 3D printing, interfaçage d’instruments de haute technologie et prises de vue avec caméras rapides.

Les étudiants de formation biologique sont tout à fait aptes à postuler, dès l’instant où la programmation, la quantification et l’expérimentation ne les rebutent pas. Les étudiants de formation ingénieurs et physique expérimentale peuvent également postuler, pour autant que le travail avec la matière vivante ne les rebutent pas et qu’ils s’adapte à un environnement de biologistes.

Contact : Pr. Jérôme CASAS, jerome.casas@univ-tours.fr, tél : 06 32 63 11 69




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