De Galileo Galilei et Robert Hooke, au XVIIe siècle, à David Julius et Ardem Patapoutian, prix Nobel de physiologie ou médecine 2021, la rigidité et l’élasticité ont été une pierre angulaire de la physique classique et maintenant de la biologie. Pour caractériser un rôle mécanique en biologie, l’une des tâches consiste à quantifier l’élasticité d’un échantillon. En termes communs, l’élasticité d’un matériau est caractérisée par la mesure de sa rigidité, ou encore la résistance d’un objet à la déformation sous l’effet d’une force extérieure.
Le module d’Young est la constante élastique qui relie la déformation d’un matériau aux contraintes subies par ce matériau élastique. Il existe plusieurs technologies pour mesurer l’élasticité des matériaux mous ou biologiques dont la plus utilisée est la microscopie à force atomique (AFM) et sa capacité de nano-indentation. La difficulté majeure est l’accès indirect à la valeur de la constante élastique au travers d’un modèle mécanique d’indentation qui impose un ajustement mathématique de la courbe force-distance (résultat expérimental des indentations AFM).
Le nouveau concept apporté par cette recherche de l’équipe AFM, du groupe Microscopie Electronique et Méthodes de l’IBS, est la théorie trimécanique [1], qui fournit un cadre mathématique permettant d’appliquer des modèles mécaniques appropriés tels que ceux définis par les solutions de Sneddon (1965) pour des formes données d’indenteurs. La théorie trimécanique fournit une nouvelle base pour disséquer la trajectoire de l’indentation en segments où chacun peut être adapté aux trois forces de rappel, une somme de contributions constantes, linéaires et non linéaires. Une étape critique dans cette théorie est la réinitialisation judicieuse des forces et surtout de la rigidité dans chaque segment.
Nano-structural stiffness measure for soft biomaterials of heterogeneous elasticity. Chen SwW, Teulon JM, Kaur H, Godon C, Pellequer JL. Nanoscale Horizons 2023 ; 8:75-82.
Contact : Jean-Luc Pellequer, chercheur CEA de l’IBS (Groupe Microscopie Electronique et Méthodes)