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Mécanique des milieux continus : Introduction aux principes et applications Broché – 4 février 2013

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Extrait

Si j'ai appris une chose au cours de ma vie, c'est, que toute notre science, confrontée à la réalité, apparaît primitive et enfantine, et pourtant c'est ce que nous possédons de plus précieux.

Albert Einstein

Extrait de l'introduction

1.1 Mécanique des milieux continus

La matière est composée de molécules discrètes, qui elles-mêmes sont formées d'atomes. Un atome consiste en des électrons, des protons de charge électrique positive et des neutrons. Les électrons forment des liaisons chimiques. Un exemple d'objet matériel inerte (c'est-à-dire dénué de vie) est un nanotube de carbone (NTC), qui consiste en des molécules de carbone organisées selon un certain modèle géométrique et en équilibre les unes avec les autres, comme illustré par la figure 1.1.1.
Un autre exemple d'objet matériel est une cellule biologique, qui est l'unité fondamentale de tout organisme vivant. Il existe deux types de cellules : les procaryotes et les eucaryotes. Les cellules eucaryotes se trouvent en général dans les organismes multicellulaires et ont un noyau, contrairement aux cellules procaryotes. Structurellement, les cellules sont composées d'un grand nombre de macromolécules ou de longues molécules. Dans une cellule, ces macromolécules consistent elles-mêmes en un grand nombre d'atomes et forment des structures particulières, comme des chromosomes et des membranes plasmiques. Il existe quatre types principaux de macromolécules : les glucides, les protéines, les lipides et les acides nucléiques. Pour souligner la nature hiérarchique des structures formées par les macromolécules dans une cellule, analysons d'abord un chromosome.
Les chromosomes, qui sont les porteurs des traits héréditaires chez un individu, se trouvent à l'intérieur du noyau de tous les eucaryotes. Chaque chromosome consiste en une seule macromolécule d'un acide nucléique appelé acide désoxyribonucléique (ADN), chacune d'une largeur comprise entre
2.2 et 2,4 nanomètres. Ces acides nucléiques sont eux-mêmes des arrangements particuliers de monomères appelés mononucléotides, chacun d'une largeur de l'ordre de 0,3 à 0,33 nanomètre. Les briques qui constituent les nucléotides sont, quant à elles, un groupement phosphate, une base azotée et un sucre (glucide) organisés de manière spécifique. La nature hiérarchique d'un chromosome est représentée sur la figure 1.1.2(a). Tout comme les chromosomes, toutes les structures présentes dans une cellule sont formées d'une combinaison de macromolécules.
A l'échelle macroscopique, les cellules eucaryotes peuvent être divisées en trois régions distinctes : un noyau, une membrane plasmique et un cytoplasme où se trouvent diverses autres structures, comme on peut le voir sur la figure 1.1.2(b). Le noyau, constitué des chromosomes et d'autres structures protéiques, est le centre de contrôle de la cellule à laquelle il dicte son fonctionnement. La membrane plasmique enveloppe la cellule et sépare le matériel extérieur de l'intérieur de la cellule. Elle est responsable du maintien de l'intégrité de la cellule et agit également comme un ensemble de canaux pour le transport de molécules vers la cellule ou hors de celle-ci. La membrane de la cellule est faite d'une bicouche de phospholipides (macromolécules) dans laquelle sont incrustées des protéines transmembranaires. La région entre la membrane de la cellule et le noyau se nomme le cytoplasme, qui est constitué d'un fluide semblable à un gel appelé le cytosol, d'un cytosquelette et d'autres macromolécules. Le cytosquelette forme le cadre biomécanique de la cellule et consiste en trois structures de macromolécules protéiques primaires : les filaments d'actine, les filaments intermédiaires et les microtubules. La croissance, le développement et la reproduction cellulaires ont lieu dans le cytoplasme.
Les interactions entre les différents constituants de la cellule assurent sa cohésion structurelle. L'analyse de ces interactions afin de déterminer comment la cellule répond à un stimulus externe (mécanique, électrique ou chimique) se fait méthodiquement à l'aide de la mécanique cellulaire.

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