Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Séminaire interne du lundi 28 novembre ; Anne-Florence Bitbol et Giuseppe Pucci

Anne-Florence Bitbol : Deformation of a lipid membrane in response to a local pH modification.

During cell life, membranes are submitted to inhomogeneities and variations of their environment. These local variations of the membrane’s environment can be strongly related to biological processes. For instance, in the inner membrane of mitochondria, ATP synthesis is tightly coupled to the local pH. It is therefore interesting to study the response of a lipid membrane to a local modification of its environment. Microinjection experiments on lipid membranes show that a local pH increase causes a local dynamic deformation of the membrane. We have developed a theoretical description of the response of a membrane to a local injection of a reagent in the surrounding solution. We have shown that the local chemical modification of the external monolayer of the membrane results in a local change of its plane-shape equilibrium density and of its spontaneous curvature. We have studied the dynamics of a membrane subjected to such a local change of its physical properties. We have taken into account the specific profile of the concentration of the membrane-modifying reagent, and its time evolution when the reagent diffuses in the solution that surrounds the membrane. We have shown that the effect of the diffusion of the reagent is generally important, but that there are experimentally accessible cases where the dynamics is dominated by processes intrinsic to the membrane, such as the relative sliding of its two monolayers. We are currently comparing our theoretical predictions with experimental results.

Giuseppe Pucci : Turbulence to rest transition in nematic electrohydrodynamics

Les cristaux liquides nématiques les plus communs sont des molécules allongées qui peuvent s’orienter sous champ électrique, magnétique ou en contact avec des surfaces. Quand ils sont soumis à un champ électrique oscillant à basse fréquence, des domaines d’instabilité apparaissent. Pour des champs élevés le système devient turbulent et, au delà d’un certain seuil, une transition vers un état caractérisé par création continue de défauts topologiques est observée [fig. (a)] [1]. Un défaut est une zone qui connecte deux régions du nématique qui sont orientées différemment. La dimension caractéristique des défauts est la longueur de cohérence biaxiale [2]. Nous expliquons la transition en termes de reconstruction tri-dimensionnelle de l’ordre nématique [3]. Dans l’état turbulent, l’énergie de distorsion à petite échelle est responsable pour la création des défauts et le changement de topologie du nématique. Nous avons également étudié une variante de ce système, dans laquelle la longueur de cohérence biaxiale a été changée. Une nouvelle transition entre un état turbulent et un état de repos a été observée, l’état de repos étant atteint par nucléation et croissance de défauts topologiques [fig. (b)].

[1] Kai S. et al. Local Transition to Turbulence in Electrohydrodynamic Convection. Phys. Rev. Lett. 64, 10 (1990). [2] Schopol N. et al. Defect Core Structure in Nematic Liquid Crystals. Phys. Rev. Lett. 59, 22 (1987). [3] Barberi R. et al. Time resolved expérimental analysis of the electric field induced biaxial order reconstruction in nematics. Phys. Rev. Lett. 93, 13 (2004).