Etude théorique des interactions résonnantes, hors équilibre et électrodynamiques entre biomolécules

Les études et les résultats présentés dans ce manuscrit ont pour but de développer une meilleure compréhension des principes à la base de l'auto-organisation dans les systèmes biologiques. La théorie topologique des transitions de phase est l'un des approches possibles pour fournir une généralisation de la description des transitions de phase dans les systèmes petits ou mésoscopiques. Cette théorie a été rigoureusement enracinée dans deux théorèmes: un contre exemple à l'un de ces théorèmes a été récemment découvert. La première partie de ce manuscrit est donc consacré à mieux comprendre ce «contre-exemple » pour verifier si et comment la théorie peut être sauvé.Dans la deuxieme parte de ce manuscrit les résultats des recherches théoriques, numériques et expérimentales sur la condensation à la Fr "ohlich sont reportés. Ceci est une condition préalable à l'activation des oscillations dipolaires géantes qui entraînent des interactions électrodynamiques à long portée entre les molécules coresonnantes. Dans cette thèse, on montre que les interactions à longue portée affectent sensiblement les propriétés de diffusion des molécules en solution. Une empreinte des interactions à long portée pourrait être un phénomène de «transition» en ce qui concerne le coefficient de diffusion en fonction d'un paramètre de contrôle proportionnel à l’intensité d'interaction. Simulations analogues ont été réalisées afin de valider une approche expérimentale visant à trouver une telle «empreinte» dans les systèmes avec interactions à longue portée.The studies and results reported in this manuscript are aimed to develop a deeper understanding of the principles at the basis of self-organization in biological system.The Topological Theory of phase transitions is one of the possible approaches to provide a generalization of description of phase transitions in small or mesoscopic systems. This theory has been rigorously rooted in two theorems: a counterexample to one of these theorems has been recently found. The first part of this manuscript is devoted to investigation of the "counterexample" to understand if and how the theory can be saved. In the second part of this manuscript the results of theoretical, numerical and experimental investigations on Fr"ohlich-like condensation for normal modes of biomolecules are reported. This is a prerequisite for the activation of giant dipole oscillations in biomolecules which entail long-range electrodynamic interactions between coresonant molecules. In this thesis is shown that long-range interactions markedly affect the self-diffusion properties of molecules in solution. A fingerprint of long-range interactions could be a "transitional" phenomenon concerning the self-diffusion coefficient as a function of a control parameter proportional to interaction strength. Analogous simulations have been performed to validate an experimental approach aimed at finding such "fingerprint" in systems with built-in long-range interactions