Nous nous intéressons également au compromis entre optimalité et robustesse du poumon en tant qu’échangeur. Nos premiers travaux ont montré que, grâce à sa géométrie, le poumon est très proche d’une structure optimale vis-à-vis de la ventilation et de l’échange, mais qu’il dispose cependant d’une marge de sécurité importante face à de possibles altérations ou à des pathologies. Ce compromis optimalité-robustesse est présent non seulement dans les régions de l’échange gazeux (la taille des acini étant dimensionnée par la diffusion), mais également dans l’arbre trachéobronchique où les lois d’échelle dans l’arbre intermédiaire autorisent une variabilité géométrique sans accroissement notable de la résistance aérodynamique. Plus récemment, nous avons montré que l’ensemble des voies aériennes pulmonaires présente une optimalité multi-critères (faible résistance, faible volume mort, temps de parcours réduit) qui suggère qu’au cours de l’évolution, une même morphologie a pu être retenue pour une respiration ou une alimentation liquidienne, puis ré-utilisée par la suite lorsque la vie est sortie de l’eau pour permettre une ventilation aérienne.
Quelques publications significatives :
- B. Mauroy, M. Filoche, J.S. Andrade Jr., B. Sapoval, “Interplay between geometry and flow distribution in an airway tree”, Phys. Rev. Lett. 90, 14 (2003).
- B. Mauroy, M. Filoche, E.R. Weibel, B. Sapoval, “An optimal bronchial tree may be dangerous”, Nature 427, 633-636 (2004).
- E. Weibel, B. Sapoval, M. Filoche “Design of peripheral airways for efficient gas exchange”, Resp. Physiol. and Neurobiol. 148: 3-21 (2005).
- M. Florens, B. Sapoval, M. Filoche, “Optimal branching asymmetry of hydrodynamic pulsatile trees”, Phys. Rev. Lett., 106, 178104 (2011).
- B. Sapoval, M. Filoche, “Optimizations and evolution of the mammalian respiratory system”, Eur. Phys. J. E 36:105 (2013).