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La hausse des températures mondiales aura de graves répercussions sur la vie de milliards de personnes. Outre l'augmentation vertigineuse de la demande énergétique de l'industrie du refroidissement et de la climatisation, déjà responsable de 15 % de la consommation mondiale, le nombre de morts pendant les vagues de chaleur atteindra de nouveaux sommets catastrophiques. Avec CoolVest, nous nous attaquons à ces deux problèmes en développant un vêtement rafraîchissant pour la gestion thermique personnelle (PTM) basé sur un matériau électrocalorique. Il limite les risques associés au stress thermique pour le personnel travaillant à l'extérieur lors d'événements climatiques extrêmes. En outre, son utilisation dans les environnements intérieurs permet de réduire la température de fonctionnement des climatiseurs, ce qui se traduit par des économies d'énergie de l'ordre de 7 à 15 %. Cette percée du PTM sera réalisée en combinant l'effet électrocalorique (EC) efficace avec un actionnement à faible perte pour le transfert de chaleur, afin d'atteindre un niveau de compacité et d'efficacité sans précédent. Cette approche élimine la nécessité d'un échangeur de chaleur fluide/air, dont la taille et le coût étouffent en grande partie les progrès des technologies de refroidissement actuelles. CoolVest rassemble les principaux acteurs de la recherche européenne sur les technologies de refroidissement, depuis les matériaux (céramiques et polymères) jusqu'à la simulation, l'électronique et les prototypes de refroidissement, garantissant ainsi le succès grâce à une approche à deux volets : Premièrement, les performances de refroidissement des matériaux de la CE seront améliorées. En s'appuyant sur les matériaux de pointe, principalement développés par ce consortium, un réglage fin des propriétés sera obtenu grâce à l'ingénierie de la composition et de la structure des céramiques et des polymères sans plomb. Ensuite, des composants électroniques flexibles et de grande taille seront produits par des techniques à l'échelle industrielle et incorporés dans des prototypes de refroidisseurs innovants. Leur performance sera caractérisée in-operando et leur développement soutenu par une simulation avancée et une conception électronique intelligente pour la récupération d'énergie, pour une efficacité maximale, avant leur incorporation finale dans les démonstrateurs PTM. Par la suite, la tuile EC pourrait être déployée dans de nombreuses autres applications. Commencer par le PTM est un excellent point d'entrée pour la technologie, à la fois pour son impact et parce qu'il aidera la technologie à devenir mature, dans un domaine où la compacité est primodiale.

Les pays du bassin méditerranéen produisent environ 97 % des olives du monde, ce qui représente jusqu'à 3 millions de tonnes d'huile d'olive par an. Les différents processus d'extraction de l'huile d'olive génèrent d'énormes quantités de déchets solides et liquides. On estime que le traitement d'une tonne d'olives génère en moyenne 1 m3 d'eaux usées de moulin à huile (OMWW). Le projet 3D-STELLAR vise à traiter et à valoriser les OMWW toxiques selon les principes de la chimie verte et durable pour une économie circulaire. La réglementation actuelle n'autorise l'épandage direct de ces matières que dans une faible proportion des volumes générés, et les industriels cherchent d'autres moyens de gérer ces déchets liquides toxiques. Le consortium 3D-STELLAR explorera les possibilités de traitement de ces effluents et propose d'étudier les moyens d'accélérer leur évaporation/séchage pour mieux les transformer et les valoriser. Le projet 3D-STELLAR est basé sur deux technologies principales : Les distillateurs solaires 3D, qui ont l'avantage d'avoir un faible impact environnemental pour l'assainissement de l'eau et, la pyrolyse flash avec choc thermique qui ne génère pas de sous-produits et qui est très rapide. Un prototype mobile (semi-pilote) capable de traiter l'équivalent d'un réservoir de 1 m3 sera construit et installé sur le terrain pour valider le concept décrit dans le projet 3D-STELLAR. Notre proposition concerne la section 2.2 "Systèmes agricoles", Une étape vers des exploitations agricoles neutres en carbone : coupler les sources d'énergie renouvelables avec des systèmes agricoles circulaires. Ce projet propose une approche circulaire et à faible émission de carbone pour le traitement de l'huile d'olive. Avec la mise en œuvre de 3D STELLAR, l'eau sera recyclée et récoltée à l'aide de l'énergie solaire et les boues concentrées seront converties en produits nutritifs/à valeur ajoutée. Ainsi, les exploitations agricoles méditerranéennes bénéficieront de l'eau pour l'irrigation/la réutilisation, tandis que les boues restantes seront utilisées directement comme engrais et/ou seront transformées en biochars pour amender le sol.

SUPREM-MILK aims to provide concrete tools and propose customized and targeted solutions to support farmers of Egypt, Morocco, and Turkey to take a step towards a net zero carbon and greener and more circular farming. During the transition, the 3 forms of sustainability will be maximised and the resilience and self-sufficiency of the Mediterranean milk supply chain will be considered. In agreement with the specific challenges and scopes of the call, the main objectives are: 1 Preliminary inventory of the carbon cycle and characterization of sustainability of the milk supply chains studied. Life cycle assessment, sensors data, machine learning, remote sensing (Sentinel-2), and omics approaches will be used to evaluate the starting point of different scenarios and plan customized actions and solutions towards the desired direction(s). 2 Support the adoption and implementation of sustainable technologies, novel applications and best practices by local farmers. Transfer of knowledge, establishment of decision-support systems, definition of best practices/most recommended guidelines, and installation of open access digital applications/platforms will contribute to improve decision-making and informed choice of all stakeholders, especially those in underserved areas/condition with scarce access to technologies, e.g., smallholder farmers and women active in dairy. 3 End-point evaluation of the carbon balance, sustainability, self-sufficiency, and competitiveness of the milk supply chains considered. Multi-actor estimation of the impacts of the incorporated improvements; i.e. cost-benefit analysis, life cycle assessment, circularity level. All stakeholders of the chain will be considered: land (soil), animals, farmers, producers, and consumers. SUPREM-MILK will exploit an horizontal approach to customize and implement innovative tools that can rapidly improve nutrients circularity, self-sufficiency, and sustainability of Egyptian, Moroccan, and Turkish milk supply chain.

The quantum internet will drastically change the way we process information, communicate and compute. The last decade saw the development of the first small-medium size quantum networks, prototypes of this ambitious long-term goal. These already existing real-world quantum networks open new possibilities for quantum information processing. New recent protocols show that they offer a radically new range of application of quantum technologies, e.g., for certification tasks based on Bell nonlocality of quantum correlations, cryptography, or fault-tolerant quantum computation. However, the potentialities they offer are primarily ignored: in nowadays experiments, quantum networks are mainly used to simulate single quantum states, e.g., the standard Alice and Bob scenario. Genuine quantum network protocols remain mostly experimentally infeasible due to their unrealistic theoretical requirements, e.g., in terms of noise. With COMPUTE, we will drive the future development of quantum networks by (1) providing a coherent framework to guide the theoretical study and real-world development of quantum networks, (2) making possible the implementation of real-world quantum network protocols and (3) developing a framework for distributed quantum computing running on the quantum network architecture to outperform noisy intermediate-scale (single processor) quantum computers. From a methods perspective, COMPUTE will meet these objectives by dramatically improving existing noncommutative polynomial optimisation methods central to tackling quantum information problems. COMPUTE will (4) cross the traditional boundaries between the polynomial optimisation and quantum information communities by making the former's tools accessible to the latter and the latter's challenges available to the former.

Le territoire de la Plaine de Versailles, territoire agri-urbain situé aux portes de Paris, doit se préparer à faire face au changement climatique. Les acteurs locaux ont la volonté de s'engager dans un projet commun pour l'identification de nouvelles espèces et variétés pour l'agriculture, mieux adaptées aux futures conditions climatiques du territoire dans un contexte de transition agroécologique. L’objectif de ce projet est de développer un cadre d'acculturation et de travail collaboratif, entre scientifiques et acteurs locaux de la filière agricole et de la société civile, permettant non seulement de partager expertise et expérience, mais aussi de coconcevoir des projets de recherche participative pouvant se dérouler à la fois dans les laboratoires incluant les espaces de cultures (confinés ou non) et dans le territoire (champ, incubateur start-up, entreprise, réseau associatif).

Les pratiques dites complémentaires, traditionnelles, naturelles ou intégratives connaissent un regain d’intérêt dans les pays développés., en particulier pour le traitement de symptômes en lien avec le cancer ou ses traitements. Si ces pratiques font appel à des prises de substances ou des changements d’alimentation, elles peuvent modifier le profil de toxicité des traitements conventionnels, et ainsi modifier la balance bénéfice-risque de ces pratiques. La réponse actuellement privilégiée par les tutelles et l’académie est une position de prudence et d’alerte, légitime, mais qui laisse le patient seul face à ses choix, et aux multiples informations circulantes. Il semble donc important aujourd’hui de nous interroger dans le cadre d’une recherche participative réunissant patients, professionnels de santé et chercheurs sur les moyens d’intégrer ces pratiques de manière efficace, sécurisée et éclairée dans le parcours de soins en oncologie. Une première étape fera un état des lieux de l’existant en termes de connaissances attitudes et pratiques des patients et professionnels et de ressource d’information, éducation et communication existantes. Puis l’étape de recherche participative permettra la production de recommandations des ressources nécessaires à l’intégration de ces pratiques dans le parcours de soins conventionnels des patients de manière sécurisée et efficace.

L’ambition du projet ESCAPADE initial était de développer de nouvelles briques technologiques pouvant intéresser tout à la fois la défense pour la neutralisation d’engins explosifs improvisés (IED) ou pour la perturbation de cibles électroniques et, également, plusieurs domaines applicatifs civils dont le secteur médical. Pour le secteur civil et plus spécifiquement le domaine médical, nous ambitionnons, dans ce programme ESCAPADE 2, de développer deux démonstrateurs basés sur des technologies distinctes : - L’une est envisagée pour des applications médicales de surface, c’est-à-dire des traitements cutanés ou sous cutanés (cancer de la peau notamment), - L’autre, à partir d’un dispositif induisant une focalisation du champ électrique dans une zone d’intérêt à quelques centimètres de profondeur, pour le traitement de tumeurs profondes ou difficilement accessibles dans des organes tels le foie, le cerveau ou la colonne vertébrale. Le point commun entre ces deux dispositifs est qu’ils mettent en œuvre des générateurs impulsionnels hautes tensions de durée subnanosecondes dont l’enjeu est de produire une électroperméabilisation des cellules sans contact à partir de ces impulsions ultra courtes. Pour le secteur Défense, le projet ESCAPADE 2 a pour vocation de comparer les effets produits sur des cibles électroniques par deux sources impulsionnelles de forte puissance : une source Bande Ultra Etroite (BUE) développée par la société ITOPP et une source Ultra Large Bande (ULB), objet du projet ESCAPADE initial. Il s’agira, pour chacune d’entre elles, de mener une réflexion poussée sur les aspects opérationnels en vue d’une utilisation future de ces sources (fiabilité, robustesse, consommation électrique, refroidissement des composants, maintenance, etc…). De plus, la source électromagnétique ULB fera l’objet d’une montée en niveau de maturité technologique avec des efforts particuliers portés sur le générateur de Marx et sur l’antenne unitaire de puissance. Les performances de ces deux équipements délivrant des formes d’ondes très différentes seront évaluées, et des essais de vulnérabilité seront conduits en chambre anéchoïque au CEA Gramat, sur des cibles génériques. Il pourra s’agir, d’ampoules flash représentatives de détonateurs d’engins explosifs improvisés comme dans le projet ESCAPADE initial, de PC, de réseaux informatiques, de caméras, de détecteurs de présence, de systèmes de communication 5G ou de drones par exemple.

L’objectif de ce projet de maturation est de valider les technologies de fabrication d'optiques infrarouges (IR) à gradient d'indice de réfraction (GRIN) dans deux imageurs thermiques fonctionnant dans la fenêtre atmosphérique de 8-12 µm. Un imageur sera de petit champ/longue focale pour application militaire et l'autre sera de grand champ/petite focale pour application civile (automobile par exemple). La faisabilité de ces technologies a été démontrée lors du projet ASTRID "IRGRIN" terminé en Juin 2023 et de la thèse AID/DGA-Umicore, soutenue en décembre 2022. Ce projet entre clairement dans l’axe thématique photonique. La combinaison de l’effet GRIN avec la puissance géométrique des surfaces courbées offre de nouvelles possibilités très intéressantes pour la conception optique. Il est ainsi par exemple possible de concevoir un système optique avec une grande puissance de focalisation, un grand champ de vision et des aberrations bien corrigées tout en ayant une épaisseur faible, une courbure faible et un nombre réduit de lentilles par rapport à des systèmes optiques classiques. Ainsi, l'utilisation des lentilles GRIN réduirait significativement l'encombrement, le poids et le coût des systèmes optiques, ce qui est de plus en plus exigé pour des applications aussi bien militaires que civiles. Lors du projet initial (Projet ASTRID + Thèse DGA/AID), nous avons démontré la faisabilité d'optiques IR GRIN moulables avec un diamètre pouvant déjà atteindre 13 mm grâce à la mise au point d'un procédé d'échange ionique innovant et très rapide dans des verres de chalcogénure optimisés. Le profile d'indice de réfraction parfaitement reproductible présente une forme poly-nominale d'ordre 2. En plus, ces optiques présentent une constringence négative, ce qui est rare et permettra d’augmenter l’ouverture de l’optique sans dégrader ses performances. Avec ces optiques GRIN utilisables dans l'infrarouge thermique entre 3-5 ou 8-12 µm, des applications militaires et civiles ont été identifiées. Dans ce projet de maturation, nous envisageons d'atteindre un TRL≥5 pour des optiques IR GRIN avec une constringence négative en réalisant les objectifs suivants : - Fabriquer des optiques IR GRIN radial avec un procédé industrialisable. - Fabriquer des optiques IR GRIN sphériques par moulage de verres GRIN axial. - Développer un traitement antireflet pour des optiques IR GRIN. - Concevoir, réaliser et qualifier deux imageurs thermiques démonstrateurs, le premier avec grand champ/petite focale utilisant des GRIN radial pour des applications civiles, le second avec petit champ/longue focale utilisant des GRIN sphériques pour des applications de défense. Ces démonstrateurs fonctionneront dans la bande spectrale de 8-12 µm. - Effectuer une étude de marché et élaborer une stratégie de valorisation. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le consortium est constitué de trois partenaires : un laboratoire académique avec trente ans d'expérience dans les verres infrarouges, un laboratoire industriel public qui développe depuis longtemps une expertise en instrumentation optique pour anticiper les évolutions de futurs systèmes optroniques et un grand groupe industriel multinational leader mondial en matériaux et en optiques infrarouges. Ces partenaires ont une longue histoire de collaborations fructueuses. Les verrous pour cette maturation technologique ont été clairement identifiés. Les solutions pour lever ces verrous, validées par des résultats extrêmement convaincants obtenus lors du projet initial, sont détaillées.

Francisella tularensis (F. tularensis) est une bactérie à Gram négatif, hautement infectieuse et virulente, et agent potentiel du risque biologique (catégorie A des Centers for Diseases Control, USA). Ce pathogène est responsable d’une zoonose, la tularémie, maladie à déclaration obligatoire. Deux sous-espèces sont responsables de cette maladie : subsp. tularensis (type A) en Amérique du Nord, et subsp. holarctica (type B) dans l’hémisphère Nord et le sud de l’Australie. La tularémie se manifeste par des infections régionales (cutanées, oculaires, pharyngée) avec des adénopathies satellites qui évoluent souvent de façon chronique et dans 30% des cas vers la suppuration nécessitant une chirurgie d’exérèse. Elle peut aussi se manifester par des infections systémiques, notamment des pneumonies aiguës dont la mortalité spontanée pour le type A est proche de 30%. Les antibiotiques actifs sont peu nombreux et aucun vaccin efficace n’est disponible. L’homme se contamine par voie cutanée, conjonctivale, orale ou respiratoire, au contact des animaux infectés, plus rarement par l’intermédiaire de vecteurs arthropodes, par voie alimentaire (eau et aliments contaminés), ou à partir d’un environnement hydrotellurique contaminé. Le réservoir animal sauvage est étendu et difficile à contrôler. Au cours du projet ANR ASTRID « TULAMIBE », nous avons montré que le réservoir hydrique est primordial et source de nombreuses infections humaines et animales. F. tularensis survie de façon prolongée en milieu aquatique naturel, notamment par la formation de bactéries viables mais non cultivables (VBNC) plus résistantes en conditions délétères. La surveillance et le contrôle du réservoir environnemental de F. tularensis apparait comme une stratégie primordiale dans la prévention des infections humaines et animales, en contexte civil et militaire. Le projet ASMA « TULADETECT » a pour but de développer un outil de terrain simple et fiable permettant la détection, la quantification, l’isolement et la culture de F. tularensis à partir d’échantillons environnementaux (eau et aérosols). Cet outil sera développé à partir d’un système déjà commercialisé par la société Aryballe pour la détection de composés organiques volatils. Des résultats préliminaires utilisant cette technologie ont montré la faisabilité de la détection et de la semi-quantification de particules bactériennes, et la possibilité d’isoler ces bactéries à partir d’un échantillon complexe contenant d’autres espèces bactériennes prédominantes. L’outil développé utilisera une puce avec des ligands spécifiques de F. tularensis pour la détection et la quantification de cette espèce. Nous tenterons également de différencier les deux sous-espèces et d’identifier la présence de VBNC. Enfin, après isolement de F. tularensis par rapport aux autres microorganismes, nous essaierons de cultiver cette bactérie directement dans l’appareil développé. En cas de difficultés, les bactéries isolées pourront être caractérisées et cultivées en laboratoire grâce aux techniques bactériologiques et moléculaires déjà disponibles. Dans une dernière étape, nous testerons la possibilité d’étendre l’outil de terrain développé à d’autres pathogènes, en particulier à Legionella pneumophila, agent de la légionellose. En effet, de nombreux pathogènes d’intérêt civil ou militaire possèdent un réservoir hydrotellurique. La surveillance environnementale de certains de ces microorganismes est une obligation réglementaire. Mais aucun outil disponible ne répond aux caractéristiques que nous souhaitons développer au cours de ce projet. Compte tenu de l’expérience d’Aryballe en matière d’innovations technologiques, des résultats préliminaires disponibles et du marché potentiel de la stratégie développée, nous pensons que ce projet a de fortes chances d’aboutir à la commercialisation d’un appareil de terrain innovant.

BOWEN a développé un programme NEPTUNE qui vise à disposer d’algorithmes innovants permettant d’assurer des traitements qui garantissent une détection et la classification de petits objets (SER de moins de 3 m2) par mers formées (jusqu’au niveau 5 avec un SCR de moins de 10dB), ceci avec un radar à impulsion embarqué de faible puissance (10-40W). Ce programme a donné lieu à un RAPID (NEPTUNE 1 de 2016 à 2019) en collaboration avec l’ONERA et à deux thèses CIFRE Défense (NEPTUNE 2 de 2019 et 2023) en collaboration avec l’université de La Rochelle. Ces derniers travaux ont permis de développer des traitements du signal fondés sur des logiques d’analyses d’imagerie issues du domaine médical. BOWEN a en parallèle travaillé sur le capteur radar, des traitements innovants basés sur l’emploi de décompositions parcimonieuses ainsi que des traitements plus classiques. Ces traitements fournissent des informations permettant la caractérisation de l’environnement telles que les états de mer, les traits de côtes ou les zones de pluie. Ces travaux ont montré que l’introduction d’une supervision globale des traitements fondée sur une meilleure connaissance du contexte marin considéré pouvait par apprentissage optimiser la paramétrisation des algorithmes ainsi que sélectionner le traitement fournissant le meilleur résultat. L’objet principal de l’étape suivante du programme (NEPTUNE 3) est donc de mettre en place une plateforme de Meta Learning assurant que la méthodologie employée sera la plus performante en tenant compte des conditions de météo et de mer rencontrées et permettant d’assurer son adaptation rapide à un changement d’environnement. NEPTUNE 3, proposé en collaboration entre BOWEN, l’ENSTA Bretagne, le L2S et SONDRA, nécessite donc d’une part l’optimisation de différents algorithmes de traitement développés et d’autre part de mettre en place une base de données d’apprentissage (métadonnées) composés des résultats issus de divers traitements de signaux appliqués aux données I&Q issu du capteur NEPTUNE 2 ou de capteurs équivalents. Les laboratoires de l’ENSTA Bretagne (Lab-STICC), SONDRA et le L2S apporteront leur savoir-faire dans cette démarche. Le projet NEPTUNE 3 propose ainsi de rendre plus robustes les traitements issus de NEPTUNE 2, notamment en les optimisant en fonction de l’état de mer perçu, et de les compléter par une prise en compte de la phase des signaux dans les traitements, ainsi que par des algorithmes à base de l’analyse de géométrie de l’information. Dans ce contexte dédié aux données et les traitements associés, l’objectif est de nourrir la base de métadonnées par des données contextuelles d’environnement et des données de détection / classification plus riches. L’ENSTA Bretagne (Lab-STICC), SONDRA et BOWEN travailleront sur ces objectifs. Plusieurs de ces traitements utilisent des processus de Machine Learning, il est donc important d’enrichir également les données dont nous disposons pour les rendre plus robustes. Le projet utilise une base de données existantes, mais l’enrichira d’une part par des données réelles collectées avec le capteur développé dans NEPTUNE 2 et le radar HYDRIX (radar météo BOWEN du Mont Vial), mais aussi par des processus d’enrichissement VAE et GAN destinés à élargir les scénarios considérés et par l’ajout de cibles simulées difficiles à obtenir dans les scénarios réels telles que des périscopes ou des plaques flottantes. L2S et SONDRA travailleront principalement sur les premiers aspects, l’ENSTA Bretagne (Lab-STICC) sur les modèles et simulations permettant d’enrichir la base de données avec notamment des cas particuliers. Il faut finalement pouvoir industrialiser ces solutions et donc pouvoir intégrer les algorithmes retenus dans un calculateur embarqué. Dans le projet, BOWEN se chargera des aspects d’intégration des solutions retenues et les contraintes induites sur les algorithmes embarqués, ainsi que l’architecture des données.

La détection au plus tôt de départ de missiles, le renseignement et la surveillance des gaz à effet de serre sont des défis majeurs défense et civils de notre siècle. Tous ont en commun de nécessiter des imageurs infrarouges embarqués sur satellite. Les meilleures performances de ces systèmes sont obtenues grâce au refroidissement cryogénique des capteurs. Le besoin de surveillance constante de la sphère terrestre impose l’utilisation de constellations de mini-satellites. Il en résulte des contraintes pour les refroidisseurs, qui doivent être miniatures, sans vibrations et peu coûteux. Le projet LASCO2 propose de progresser vers une nouvelle génération de cryorefroidisseurs spatiaux pouvant répondre à ces critères. Elle est basée sur une révolution technologique : le refroidissement laser. Dans ce système, la source froide est constituée par un cristal excité par un faisceau laser qui absorbe l’énergie et la réémet par fluorescence. Les conditions d’excitations sont telles que la puissance rayonnée est supérieure à la puissance absorbée. Par rapport à un refroidisseur mécanique conventionnel (à tube pulsé par exemple), un refroidisseur laser présente de nombreux avantages : absence de vibrations, faibles perturbations électromagnétiques, très faible volume de la tête froide – le cristal refroidisseur occupant moins de 0,25 centimètres cubes. L’enjeu du développement de cette technologie est de parvenir à un système efficace. Le record de température est de 87 K avec un cristal YLF dopé ytterbium pompé avec un laser à 1 µm. La théorie prédit une dépendance directe entre la longueur d’onde de pompage et l’efficacité énergétique : plus la première est élevée, meilleure est la seconde. Pour répondre à l’enjeu d’efficacité ce projet propose d’opérer à 2 µm avec des cristaux YLF dopés holmium. Un cryorefroidisseur laser comporte trois éléments critiques : le cristal qui est le lieu de l’effet Anti-Stokes ; le lien thermique qui conduit la chaleur de la charge thermique vers le cristal ; la source laser qui fournit l’énergie au cristal. Capitalisant sur les derniers développements, l’objectif du projet est de lever plusieurs verrous technologiques sur ces briques critiques : • L’intégration du refroidissement laser sur une application spatiale. Cela inclus un axe de pré-qualification mécanique du lien thermique et un axe de pré-conception d’un ensemble détecteur / refroidisseur intégré. • La comparaison précise des performances de refroidissement des cristaux à 1 µm et 2 µm. Celle-ci s’effectue d’abord par spectroscopie en mesurant l’absorption et la fluorescence, puis par mesure d’efficacité de refroidissement en fonction de la température. • Le développement d’une nouvelle source laser fibrée à la fois puissante et efficace opérant à 2 µm. Cela inclus le développement d’une source laser fortement accordable pour la caractérisation de cristaux, puis d’une source laser optimisée à la fois en longueur d’onde et en efficacité énergétique. • La sensibilité aux rayonnements ionisants (protons, électrons) des cristaux refroidisseurs et des fibres pour laser. Comparant les propriétés avant et après irradiations ces mesures permettent de déduire l’évolution de l’efficacité de refroidissement et la puissance du laser de pompe en environnement radiation spatial. Ce projet permet de sceller l’alliance des acteurs majeurs dans le domaine de la cryogénie et des sources lasers de puissance que sont AL-aT, l’Institut Néel, l’ONERA et l’ISL. En maturant ces éléments, LASCO2 permet de disposer à terme d’une base technologique ouvrant la voie vers de futures applications disruptives civiles comme défense.

L'hémorragie est l'une des principales causes décès évitable chez les militaires au combat. Actuellement, la majorité des patients reçoit des composants sanguins (globules rouges, plaquettes, plasma) plutôt que du sang complet. Le sang total présente l'avantage de simplifier la logistique de la réanimation, de fournir des ratios physiologiques de composants, de réduire les volumes de conservation et de permettre la transfusion de plaquettes et globules rouges plus jeunes. Cependant c’est un produit qui n’est pas utilisé en médecine civile en France, même s’il l’est déjà aux Etats-Unis. Ces éléments conduisent les médecins déployés en opération extérieure (OPEX) à utiliser du plasma, des CGR et des plaquettes. Or, les concentrés plaquettaires peuvent ne pas être disponibles en mission, leurs conditions de conservation et leur durée de vie n’étant pas toujours compatible avec la logistique des OPEX. Ainsi, seule l’utilisation du sang total déleucocyté de groupe O sans hémolysine (ou Low Titer O Whole Blood, LTOWB), amenant les trois éléments dans les proportions physiologiques, permet de répondre à cette problématique. Cependant, si des études ont montré l’efficacité de ce produit pour arrêter le saignement, son potentiel inflammatoire, lié à la présence des plaquettes, n’a pas encore été investigué. Outre leur rôle hémostatique, les plaquettes sont également impliquées dans l'inflammation, notamment en libérant de nombreuses molécules immunomodulatrices. L’objectif principal de notre projet de recherche s’intéresse à déployer des outils in vitro et in vivo pour caractériser des produits sanguins labiles (PSL) innovants, dont le LTOWB, transfusés en médecine civile et militaire se concentrant sur la composante inflammatoire de ces PSL. Le développement d'outils in vitro et in vivo pour définir des biomarqueurs est essentiel pour optimiser l’utilisation de ces PSL, selon l’indication thérapeutique. Mettre en relation ces biomarqueurs avec l'efficacité des transfusions constituera une aide à la décision sur le rapport bénéfice/risque des transfusions qui peuvent intervenir dans les environnements ruraux et austères, tels qu’en OPEX. Nous souhaitons donc caractériser différents produits plaquettaires, notamment le LTOWB, selon deux approches, in vitro et In vivo: i) Dans l’approche in vitro, nous quantifierons les facteurs inflammatoires solubles et les microvésicules, libérés par les plaquettes de LTOWB, et nous évaluerons les processus d’activation, d’apoptose, d’autophagie des plaquettes ainsi que leur métabolisme respiratoire. Nous analyserons également la capacité des plaquettes à promouvoir l’inflammation au travers de leurs interactions avec les cellules endothéliales et les neutrophiles. Ces différents paramètres plaquettaires seront analysés en fonction du processus de préparation et de la durée de stockage des différents produits plaquettaires. ii) Dans l’approche in vivo, nous évaluerons le rendement transfusionnel de produits plaquettaires humains caractérisés in vitro et transfusés dans un modèle de souris immunodéficientes (NSG) en situation de thrombopénie induite ou d’hémorragie massive. Les éventuelles complications thrombotiques seront aussi évaluées. Cette étude aura un impact majeur sur les pratiques de soins de santé dépendant des PSL dans le contexte très spécifique de la médecine militaire, notamment en OPEX. Ce projet reflète notre volonté de structurer un consortium INSERM-EFS-CTSA, en capacité de mutualiser les compétences et technologies adaptées aux questions de développement et d'évaluation des PSL pour des applications en médecine civile et/ou militaire. Il nous permettra également de positionner l’EFS et le CTSA, en collaboration renforcée, à l'international, dans un domaine très compétitif au regard du dynamisme des activités de recherche des services militaires de transfusion (notamment américains).

Les télécommunications optiques espace libre dans l’infrarouge représentent une alternative de plus en plus attractive face à la saturation progressive des canaux dédiés aux technologies hertziennes et aux besoins croissants en bande passante. Cependant, cette technologie prometteuse, rapidement déployable, est vulnérable aux conditions météorologiques telles que le brouillard. En effet lorsque le faisceau optique traverse un milieu diffusant, il subit des phénomènes d’absorption et de diffusion qui vont atténuer le signal optique et provoquer à haut débit un étalement temporel. Ces effets sont d'autant plus importants que la distance de transmission est grande. Par ailleurs, la diffusion multiple du faisceau fait que le signal peut être intercepté par une partie adverse située à une distance adéquate. La sécurisation des données transmises et l’augmentation de la portée des systèmes de télécommunications cryptées à travers des milieux turbides tels que le brouillard constitue donc un enjeu fondamental pour les applications défense et industrielles civiles. L’objectif du projet OPTOPIRAT est de proposer de nouvelles stratégies de télécommunication pour augmenter significativement la portée et le débit des systèmes de télécommunication optique espace libre en présence de brouillard. La sécurisation des données sera obtenue par le biais d’une méthode de cryptographie exploitant le chaos temporel des sources lasers à cascade quantique. La stratégie proposée se décline en trois approches innovantes. Le premier axe consistera à explorer les propriétés physiques et de modulation des lasers à cascade quantique afin d’accroître la bande passante de modulation et de chaos de ces sources émettant dans l’infrarouge moyen. La deuxième approche proposée consistera à filtrer les photons balistiques ou serpentiles, c’est-à-dire les photons ayant rencontré peu d’évènements de diffusion, au moyen d’une approche de modulation et démodulation temporelle de l’intensité/polarisation des signaux émis et détectés respectivement. L’objectif ici est d’obtenir une réjection efficace des photons multi-diffusés majoritaires en flux qui dégradent le rapport signal sur bruit du signal de communication. Enfin le troisième axe de notre stratégie consistera à évaluer l’apport en termes de portée d’une technique d’optique adaptative par conjugaison de phase pour corriger les effets de la diffusion. Cette approche, en bénéficiant du filtrage des photons serpentiles qui doit permettre de réduire significativement le nombre de modes à corriger, pourrait s’avérer d’autant plus fructueuse que le nombre de modes se propageant dans le milieu diffusant serait amené à décroître lorsque la longueur d’onde augmente, passant de l’infrarouge proche (SWIR) au moyen infrarouge (MWIR, LWIR). L’un des objectifs d’OPTOPIRAT sera également de comparer les performances de télécommunication à différentes longueurs d’onde couvrant les principales conditions de brouillard rencontrées (advectif et convectif). Pour conclure, l'avantage des télécommunications optiques terrestres à longue portée est leur fiabilité, leur déploiement simple et économique entre les toits de bâtiments en ville et sur les aéroports, ou entre des terminaux télécoms aéroportés et le sol, à l'approche des zones urbaines ou en situation de guerre ou de catastrophe naturelle. Ainsi, face aux besoins croissants d’échange de données, il y a donc un enjeu sociétal fort à proposer des solutions alternatives pour contrer ces limitations atmosphériques et accroître la portée des systèmes de télécommunications optiques en situation atmosphérique dégradée.

Afin d’améliorer les systèmes de prévision court-terme des éclairs et les systèmes d’alerte précoce des orages, les travaux du projet sont d’une part le développement d’un nouveau concept de capteur de champ électrostatique miniature, pour lequel un brevet a été récemment déposé, et d’autre part le développement d’algorithmes de fusion de données pour détecter, localiser et prévoir les cellules orageuses. Le développement d’un réseau de ces capteurs et la validation expérimentale lors d’une campagne d’observation et le développement d’un système d’alerte précoce font également partie du projet. Le développement du nouveau capteur miniature de champ électrostatique exploitant les propriétés piézoélectriques d’un micro résonateur en quartz, en rupture avec les capteurs existant, nécessite des travaux permettant une meilleure analyse des phénomènes physiques à l’échelle réduite du capteur en vue de son optimisation, et des innovations en terme de procédés de fabrication collective en salle blanche pour améliorer sa précision et sa miniaturisation, notamment la gravure de wafers fins de quartz par DRIE (Deep Reactive Ion Etching), et l’assemblage 3D à l’échelle du micro résonateur. De nombreuses études ont déjà démontré l’intérêt de l’exploitation de mesures de champ électrostatique fournies par un moulin à champ pour détecter et prévenir l’arrivée d’une cellule orageuse dans un périmètre donné autour du capteur. Le déploiement de ces nouveaux capteurs, utilisables en grand nombre et sous forme d’un réseau dense, et leur validation expérimentale lors d’une campagne d’observation prévue au cours du projet, permettront de définir de nouveaux systèmes d’alerte et donc de prévisions de risque orageux. Les applications concernées sont duales et concernent la prévision du risque orageux des installations civiles comme militaires pour sécuriser les zones sensibles dans le cadre de planification de missions stratégiques. Par ailleurs, le développement d'un capteur miniature de champ électrostatique ouvrira la voie à de nombreuses applications dans les domaines aéronautique et spatial comme la mesure aéroportée pour l’estimation du risque orageux, l’évaluation du risque de foudroiement des drones, l’analyse des phénomènes de charge et décharge électrostatique à la surface des satellites, dans le cas des missiles : la détection de formation de décharges électriques en vol et à l’impact, pour les hélicoptères : le risque d’électrocution lors des opérations d’hélitreuillage, ou pour les aéronefs : la détection des conditions givrantes/poussière volcanique/sable. Les partenaires du projet ont des compétences complémentaires dans les domaines des micro capteurs (équipe capteurs et microtechnologies de l’ONERA), de la modélisation de la physique de l’atmosphère et de la prévision des orages (équipe foudre, plasma et applications de l’ONERA), et de la gestion et l’opération de réseaux de capteurs destinés à l’observation des orages (METEORAGE).

La météorologie de l’espace devient un enjeu de plus en plus critique au sein de nos sociétés technologiques croissantes, que ce soit pour les applications militaires ou pour la société civile. Avec des effets s’appliquant aux satellites, aux communications et aux installations électriques, et de potentiels dégâts s’élevant à plusieurs trillions de dollars en cas d’événements extrêmes, il est plus urgent que jamais d’être en mesure de prédire l’activité solaire. Or actuellement, la France n’est ni en mesure de s’adapter aux périodes d’activité les plus intenses propices aux événements les plus perturbateurs, ni même en mesure de quantifier la fiabilité des prévisions qu’elle reçoit et produit. Le projet WindTRUST veut précisément combler ces lacunes et permettre à la France de conserver un positionnement et une souveraineté stratégique internationale sur les risques spatiaux. Il repose sur l’amélioration des simulations numériques de prévisions, et en particulier le premier maillon de la chaîne de simulations, dédié à l’atmosphère magnétique du Soleil et à son vent. Ces codes produisent des données essentielles pour tous les modèles s’intéressant à l’environnement spatial de la Terre, et leurs enjeux physiques sont souvent mal compris des prévisionnistes et des spécialistes de la Terre. Ce projet s’appuie sur deux axes innovants et cruciaux : améliorer la capacité des modèles coronaux à gérer les événements les plus extrêmes à l’aide de mécanismes d’assimilation de données, et créer un pipeline de validation permettant pour la première fois au monde de fournir un score de fiabilité automatique pour chaque prévision. Ceci permettra aux utilisateurs militaires et industriels de pouvoir évaluer la crédibilité de chaque prévision qu’ils reçoivent, et permettra à la communauté scientifique d’évaluer ses forces et points de renforcement nécessaires pour répondre aux besoins opérationnels de la France. Il produira plusieurs délivrables qui seront portés à un niveau de TRL 4 (version alpha avec un démonstrateur en laboratoire), qui pourront ensuite être intégrés au sein du VSWMC (Virtual Space Weather Modeling Center) de l’ESA pour renforcer le niveau de fiabilité des prévisions européennes. Les produits en question seront : un modèle coronal avec assimilation de données capable de se connecter jusqu’à la Terre et de gérer les prévisions des événements les plus variables ; une version opérationnelle du modèle Wind Predict-AW qui est à ce jour le modèle coronal français le plus performant ; un pipeline de validation entièrement automatisé et applicable à tous les codes coronaux utilisés au sein du VSWMC. Ils seront développés grâce au financement d’une thèse et d’un contrat post-doctoral. L’encadrement se fera à l’AIM au CEA Paris-Saclay. La coordinatrice du projet est la Dr. Barbara Perri, une experte en météorologie de l’espace recrutée spécifiquement sur ce sujet par l’AIM, co-leader de l’équipe ISWAT de validation des modèles de vent solaire. Les partenaires du projet sont le Dr. Allan Sacha Brun de l’AIM (expert du Soleil dans le GCME et co-créateur de Wind Predict), le Dr. Antoine Strugarek de l’AIM (co-développeur du code Wind Predict et expert de la prévision des éruptions solaires) et le Dr. Victor Réville (développeur de Wind Predict-AW et expert en outils de météorologie de l’espace pour le centre STORMS à Toulouse). Ces codes seront ainsi suffisamment matures pour être intégrés aux futures prévisions quotidiennes de l’ESA, et seront mises à disposition de tous les partenaires français militaires et industriels agréés qui souhaiteraient en avoir l’usage. Ce projet est particulièrement opportun du fait de l’approche du maximum d’activité solaire vers 2025, et de la menace des blackouts radio et GPS qui vont en découler. Ces travaux ont par ailleurs fait l’objet d’une présentation au Innovation Defense Lab à Balard le 10 juillet 2023 devant un public militaire.

Le CO2 joue un rôle crucial dans le climat. Pourtant, les changements de concentration en CO2 pendant les périodes chaudes interglaciaires des derniers 800 000 ans restent inexpliqués. En particulier, la concentration en CO2 pendant les interglaciaires « anciens » avant le Mid Brunhes Event (MBE, il y a environ 430 000 ans), est plus faible d’environ 25 ppm comparé aux interglaciaires plus récents. Les rares études passées se sont concentrées sur des changements de circulation océanique, qui ne peuvent expliquer toute l’amplitude du changement, ni expliquer les données des isotopes du carbone, qui constituent pourtant une contrainte forte sur le cycle du carbone. Pendant les interglaciaires anciens, le niveau de la mer était probablement plus bas et les calottes de glace plus étendues. Ces changements ont probablement entrainé une réduction du développement des récifs coralliens et une extension du permafrost. Par ailleurs, les échanges avec les sédiments ont certainement changé, modifiant l’équilibre des ions carbonates, et in fine la concentration en CO2 atmosphérique. Nous proposons donc dans ce projet de quantifier l’impact de ces trois composantes clés du cycle du carbone qui n’ont pas encore été prises en compte sur ces périodes : les récifs coralliens, le permafrost et les sédiments marins de surface. Pour cela, nous utiliserons le modèle couplé climat-carbone iLOVECLIM qui est rapide (700 ans/jour) et donc parfaitement adapté à l'étude des changements sur plusieurs millénaires. iLOVECLIM simule les isotopes du carbone, permettant d’évaluer les résultats du modèle en comparant aux données existantes. Nous évaluerons l’impact sur le cycle du carbone des récifs coralliens et des sédiments durant les interglaciaires des derniers 800 000 ans. Nous implémenterons et quantifierons l’impact du permafrost. Enfin, nous étudierons l’évolution de la concentration en CO2 due à ces processus dans le futur en réponse aux émissions anthropiques.

Le changement climatique va imposer aux forêts des périodes de déficit hydrique de plus en plus fréquentes et intenses. La façon dont les forêts réagiront à ce stress climatique dépendra, dans une large mesure, de leur accès à la ressource en eau du sol. Historiquement, la "réserve utile maximale en eau du sol" (RUM, en millimètres d'eau) a été identifiée comme un paramètre-clé de l'écosystème, modulant la réponse des forêts au manque d'eau. Cependant, la capacité de rétention d'eau du sol est généralement déterminée sur de faibles profondeurs (p.ex. 1 m) et ne tient pas compte du fait que, dans de nombreux cas, les arbres peuvent accéder à des ressources en eau plus profondes, dont la profondeur et la quantité sont actuellement inconnues. Des travaux récents développés par notre consortium ont introduit le concept d'Eau Totale Disponible (en anglais TAW) pour les arbres qui ajoute "l'eau profonde" à l'estimation de la RUM. Se déployant à des échelles allant du site forestier à la France métropolitaine et porté par un consortium interdisciplinaire, le projet TAW-tree vise (1) à quantifier la réserve TAW des forêts par une combinaison d'approches géophysiques (WP1) et écophysiologiques (WP2), (2) à quantifier TAW à l'échelle régionale en utilisant la télédétection (WP3) afin de (3) quantifier l'influence de la variation spatiale de TAW sur le fonctionnement, la croissance et la vulnérabilité des forêts tempérées et méditerranéennes confrontées au changement climatique (WP4). Nos hypothèses de travail sont (1) que la RUM sous-estime généralement TAW, souvent de manière considérable en forêt, (2) que les variations de TAW dans une forêt donnée sont à l'origine d'une grande partie des différences inter-arbres dans leur réponse au manque d'eau, (3) que le TAW, et particulièrement sa composante profonde, a un rôle critique dans le fonctionnement et la vulnérabilité des forêts exposées aux stress thermique et hydrique et modifie la contribution des forêts à l'écoulement des eaux souterraines.

Les estuaires sont des environnements à forte productivité, où la transition de l’eau douce à l’eau de mer entraîne une disponibilité et une accumulation accrue des métaux. Ainsi, les estuaires sont des laboratoires naturels pour étudier les relations entre les biofilms, le sédiment, l’eau et les métaux. Les biofilms estuariens sont riches en substances exopolymériques (EPS), principalement produites par des diatomées et des bactéries. Les EPS permettent l’attachement des microorganismes au substrat sédimentaire et les protègent de la dessication et des polluants. Elles portent également des groupements réactifs leur permettant de former des complexes avec des minéraux, mais également d’adsorber de grandes quantités de métaux. Nos résultats récents ont montré que ces EPS pouvaient être préservés plusieurs mètres sous la surface du sédiment. Une partie des EPS pourrait donc résister à l’altération microbienne et diagénétique, mais également former des complexes organo-minéraux avec des métaux et des argiles. Cependant, ces interactions potentielles et leur évolution en subsurface restent méconnus. EXODIA propose d’étudier le devenir des complexes EPS-métaux en profondeur, notamment grâce à des carottes sédimentaires prélevées dans deux estuaires, la Gironde et la Guadiana. Le premier objectif du projet et de déterminer les métabolismes microbiens clés dans le cycle des EPS sédimentaires. Pour ceci, nous caractériserons les changements de composition du sédiment et des eaux porales, ainsi que l’activité microbienne et les EPS en fonction de la profondeur. Le second objectif est d’isoler et de cultiver les producteurs et consommateurs d’EPS. Après identification spectrométrique ou génomique des isolats, la représentativité de ces souches sera vérifiée par comparaison avec un metabarcoding des communautés sédimentaires. Une modification de la disponibilité des métaux en présence d’EPS réactifs pourrait jouer un rôle majeur dans la diagenèse des argiles. Le troisième objectif sera d’analyser la capacité d’EPS extraits du sédiment ou produits en culture à former des complexes avec des métaux, menant potentiellement à leur précipitation. La concentration et la spéciation des métaux dans les EPS sera déterminée par des techniques spectroscopiques ou microscopiques. Nous mesurerons l’affinité des EPS pour les métaux par des titrations et des mesures calorimétriques. Sept métaux ont été sélectionnés : Ca, Mg, Fe, Mn, Zn, Cd and Cu. Le quatrième objectif est de caractériser les transformations des EPS et des minéraux au cours d’expériences de diagenèse forcée reproduisant les conditions rencontrées par le sédiment lors de son enfouissement dans un bassin sédimentaire. Pour la première fois, EXODIA fera un suivi des complexes EPS-métaux-argiles dans des conditions diagénétiques. Nous anticipons la formation de phases minérales authigènes similaires à celles rencontrées dans des grès estuariens anciens. Enfin, le cinquième objectif sera de chercher des biosignatures des interactions EPS-métaux dans une série de grès estuariens anciens ayant subi des conditions croissantes de diagenèse et d’enfouissement. EXODIA explorera la présence de traces organiques ou inorganiques d’EPS ou d’interactions EPS-métaux, par exemple à l’intérieur d’enveloppes d’argiles détritiques (clay coats). Nous caractériserons les molécules des EPS modernes et leurs produits de dégradation au cours de la diagenèse. Cette stratégie guidera notre recherche d’EPS dans les roches anciennes. Pour ceci, nous utiliserons des techniques innovantes permettant de travailler avec de très petites quantités de matériel. Les résultats d’EXODIA pourraient permettre de reconstituer le cycle biogéochimique EPS-métaux dans les estuaires actuels et anciens, avec de fortes implications en bioremédiation.

Le projet BACCOPA vise à étudier l'impact des aérosols de feux de biomasse émis en Afrique tropicale sur le cycle hydrologique de cette région et notamment leurs contributions à l’allongement de la saison sèche mise en évidence récemment. Plus précisément, il vise à quantifier l'impact de ces panaches sur le bilan radiatif, les propriétés nuageuses, la convection profonde et les précipitations sur cette région, de l'échelle de l’évènement à l'échelle saisonnière. Pour répondre à ces questions, le projet BACCOPA a pour objectif de mettre en place une campagne expérimentale d'envergure afin de caractériser les propriétés des aérosols et des nuages convectifs en Afrique tropicale. Celle-ci se fera en utilisant pour la première fois des observations ("in-situ" et télédétection) aéroportées (ATR de l'unité SAFIRE) et à la surface (plate-forme PEGASUS) sur cette région. De manière complémentaire, ce projet a pour but d'utiliser des nouvelles observations spatiales originales pour caractériser ces mêmes propriétés à l'échelle régionale en Afrique tropicale. Ce jeu de données unique servira à étudier l'impact des aérosols de feux de biomasse sur les propriétés nuageuses mais également de contraintes observationnelles pour les simulations numériques réalisées à très hautes résolutions (échelle kilométrique) à l'aide du modèle AROME dans sa version climatique. Cet outil de modélisation novateur permettra de simuler les différentes interactions et d'étudier notamment la contribution de l'effet des aérosols en tant que noyaux de condensation de celui provenant des interactions avec le rayonnement. Bien que centré sur l'Afrique tropicale, le projet BACCOPA vise à contribuer de manière significative à l'amélioration de notre compréhension des interactions entre les aérosols, les nuages, le rayonnement et le climat, qui représente l'une des incertitudes les plus importantes pour quantifier l'impact des émissions anthropiques sur le climat actuel et futur.

Les changements climatiques prévus auront un impact sur l'assimilation photosynthétique du CO2 et donc sur la croissance des plantes et la productivité des cultures. Les plantes seront exposées à des périodes plus fréquentes d'augmentation des températures et de sécheresse, avec des conséquences négatives sur la photosynthèse. Les modèles numériques de surface sont utilisés pour simuler la production primaire brute (GPP), qui est la quantité de carbone assimilée par la végétation continentale grâce à la photosynthèse. Cette GPP estimée est encore largement incertaine, en particulier en cas de sécheresse. La fluorescence de la chlorophylle a (ChlaF) induite par le soleil (SIF) dans le proche infrarouge est mesurée par télédétection et est utilisée comme un proxy de la GPP. Pour une meilleure modélisation multi-échelles de la fluorescence et de la photosynthèse, des données expérimentales sont nécessaires. Il faut notamment quantifier la distribution de l'énergie d'excitation entre le photosystème (PS) II et le PSI, et la variabilité du rendement de fluorescence du PSI (F(PSI)). Cela pourrait aider à améliorer les estimations de SIF et de GPP et à expliquer le découplage observé pendant les périodes de stress. L'objectif de ce projet est donc d'améliorer la modélisation de la SIF et de la GPP d’abord à l'échelle foliaire, en particulier en situation de sécheresse, et spécifiquement de comprendre la distribution de l'énergie entre PSII et PSI et de déterminer l'impact des variations de F(PSI) sur la fluorescence dans le proche infrarouge. Nous utiliserons une démarche basée sur la modélisation des processus au niveau de la feuille et des approches expérimentales telles que la mesure de ChlaF et la spectroscopie d'absorption transitoire, aux niveaux cellulaire et foliaire. SIF et GPP seront ensuite mises à l’échelle aux niveaux de la canopée et du globe, grâce au modèle de surface ORCHIDEE, à des observations in situ de SIF et GPP et à des données satellitaires de SIF.

Le projet évaluera l’impact de sécheresse plus fréquentes et plus intenses sur les émissions de CO2 des sols sous climat tempéré et la manière dont ces relations sont modulées par les systèmes agricoles. . Le projet proposera une méthodologie de changement d’échelle afin d’améliorer la prédiction des modèles de décomposition de la matière organique des sols à l’échelle continentale à partir de l’identification des mécanismes clés se produisant à l’échelle microscopique des habitats microbiens du sol. Nous soumettrons de petites carottes de sol échantillonnées sous différents sols et gestions agricoles à des cycles d’humectation/dessication dans lesquels la durée de sécheresse ainsi que la fréquence et le nombre de cycles seront variés jusqu’à mimer un climat semi-aride. Le projet testera les principales hypothèses expliquant les flushes de CO2 lors de la ré-humectation, et qui sont la libération des produits microbiens créés pendant les cycles (enzymes extra-cellulaires, osmolytes, cellules microbiennes mortes) et la modification de l’architecture du sol responsable de la libération de la matière organique du sol auparavant physiquement protégée des microorganismes. Pour ce faire, le projet : i) combinera un ensemble sans précédent d'outils d'imagerie de données multi-échelles et multi-temporelles décrivant la dynamique des micro-habitats du sol (de l'échelle du µm à celle du cm) et ii) produira d'ambitieux et nouveaux modèles 3D à micro-échelle de décomposition de la matière organique des sols qui simuleront pour la première fois la dynamique de l'architecture du sol, de l'eau, de la diversité et de l'activité microbienne. Les connaissances mécanistes acquises à partir des études à micro-échelle seront transférées au modèle ORCHIDEE de surface terrestre en incluant de nouvelles fonctions statistiques émergentes émulant les modèles à micro-échelle. La nouvelle version d'ORCHIDEE sera évaluée par rapport à la base de données continentale sur la respiration du sol.

Les échelles fines océaniques (1 à 100 km, jours à semaines) jouent un rôle majeur dans la rédistribution des traceurs. Les modèles montrent que ce régime contrôle aussi la diversité du phytoplancton. Cependant, ce processus de biodiversité est aujourd'hui mal résolu dans les observations, et représente une source d'indétermination sur de problématiques, allant de l'export du carbone à la qualité de l'eau. En intégrant de manière innovante télédétection, génomique, plates-formes autonomes et échantillonnage robotique, ce projet fournira des observations sur la co-variation de la physique des échelles fines et de la diversité du phytoplancton. Ces données permettront pour la première fois de tester de scénarios biophysiques clèfs proposés dans le passé. Notre participation à un consortium international approuvé par CLIVAR contribuera à diffuser nos résultats et notre approche générale dans d'autres régions océaniques. L'ambition de ce projet, illustrée par la large participation et soutien international, est d'apporter une contribution importante au leadership de la recherche française sur la dynamique biophysique des océans à fine échelle, un domaine stratégique dans le développement futur de la science du climat.

En Guyane française (GF), l'exposition des populations vivant le long des fleuves et des zones côtières aux métaux traces et métalloïdes (MT) est une préoccupation majeure pour les organismes de santé publique. L’origine de ces expositions demeure encore aujourd’hui mal comprise. Les niveaux élevés de MT potentiellement toxiques (e.g., Hg, Pb, As) dans les couvertures latéritiques (latérite et sol) résultent d’une accumulation naturelle au cours des millions d'années. Cet équilibre est aujourd’hui perturbé d’une part, par le forçage climatique (glissements de terrain, tempêtes tropicales…), mais surtout par les activités anthropiques, au premier rang desquelles l’orpaillage légal ou illégal, dont la gestion des pollutions induites (notamment au mercure) constitue un défi de taille pour ce territoire. Le remaniement et l'érosion, naturels ou non, des couvertures latéritiques favorisent le transfert des particules riches en MT dans les hydrosystèmes guyanais. Les MT sont alors soumis à de nombreuses transformations biogéochimiques qui peuvent modifier leur spéciation vers des formes toxiques et/ou bioaccumulables dans les chaînes trophiques. En outre, l'addition de MT (Pb et Hg) issus des activités anthropiques (orpaillage, agriculture, chasse…) à un fond géochimique naturellement élevé exacerbe les risques d'exposition des populations. Le projet ECLAT fédère 6 laboratoires et universités de Guyane et de France hexagonale pour documenter les cycles biogéochimiques des MT, et apporter des réponses sociétales et de santé publique à cette problématique en GF. Par une approche transdisciplinaire (géosciences et sciences humaines et sociales), le projet s’attachera à comprendre les processus d’accumulation, de transfert, et le devenir des MT, depuis les couvertures latéritiques vers les grandes rivières guyanaises. Le projet sera mené sur deux hydrosystèmes ; le Maroni et la Mana, contrastés par leurs débits et la qualité de leurs eaux en raison d’une densité de population et des activités d’extraction aurifère très différentes sur leurs rivages. En premier lieu, la dynamique socio-environnementale et économique (orpaillage, occupation du territoire…) des deux bassins versants sera analysée sur la base d’archives historiques. Ces résultats permettront d’évaluer, de reconstituer et de comparer l'évolution spatiotemporelle des flux de MT et de la pression anthropique au cours des deux derniers siècles. En parallèle, l’étude minéralogique, géochimique et géochronologique des couvertures latéritiques actuelles permettra de caractériser les processus et la dynamique d'accumulation des MT géogéniques et anthropiques sur des échelles de temps allant du siècle au million d’années. Enfin, la réactivité des phases porteuses minérales et/ou organiques des MT (une fois remobilisées dans les hydrosystèmes) sera étudiée pendant le transport en suspension et au cours des dépôts transitoires (de la crue à l’échelle saisonnière) pour documenter le parcours et le devenir de ces contaminants. L’utilisation de méthodologies innovantes (sur le terrain et en laboratoire), de thématiques et d’outils de pointe variés et complémentaires (minéralogie, géochronologie et géochimie élémentaire et isotopique) permettra l’identification des sources et la caractérisation des processus biogéochimiques en jeu dans la dynamique des MT. Ce projet apportera une vision nouvelle de ce socio-écosystème complexe, et des réponses à la société sur les risques d’exposition aux MT. La diffusion des savoirs (workshop, enseignement, diffusion, et vulgarisation) vers l’Université de Guyane, les agences d’états et le grand public permettra à la population guyanaise d'accéder à une information qualitative et quantitative sur l'impact des mines (il)légales et sur l'exposition des populations au fil du temps. Le projet ECLAT permettra donc de proposer une meilleure gestion de l'environnement et de la santé humaine et d'accroître le développement de l'éducation à cette problématique.

La métagénomique à mis à jour un grand nombre de clades bactériens non cultivées appelées « la matière noire microbienne », incluant un grand groupe de bactéries de taille nanométrique formant le candidate phyla radiation (CPR) comptant >15% de la diversité bactérienne. Le groupe des CPR est majoritairement composé d’organismes symbiotiques avec des rôles clés dans la formation des écosystèmes et le cycle des nutriments. Ces dernières années, plusieurs études ont décrit l’écologie, la diversité et le fonctionnement de quelques bactéries CPR classifiées comme bactéries prédatrices, mais les observations ne sont pas simples, restent aléatoires et seulement quelques hôtes ont été identifiés. Récemment, notre consortium a observé de façon reproductible et identifié différentes populations de bactéries magnétotactiques (MTB) d’habitats microoxique-anoxiques en symbiose avec des bactéries CPR de taille nanométrique. Les CPR sont partiellement associées à l’intérieur de leur hôte magnétotactique, conduisant à une modification de sa membrane externe suite au contact avec les CPR. Ainsi, nos observations suggèrent que les symbioses MTB-CPR durent dans le temps, sans la désintégration de l’hôte et pourraient même reposer sur une interaction mutualiste. Le magnétisme des MTB représente un avantage pour caractériser les bases fonctionnelles de cette interaction. Dans ce projet, nous aborderons des défis réalisables avec des risques faibles et des bénéfices élevés avec l'étude de la biodiversité de l'interaction MTB-CPR et des bases fonctionnelles de l'interaction physique et de la coopération, mais proposons également de tenter la culture d'un modèle de CPR aux risques mesurés mais qui en vaut la peine. Ce projet repose sur un consortium multidisciplinaire couplant microbiologie environnementale, génomique single-cell, microscopie et phylogénomique, et associant une expertise reconnue dans tous les modèles et disciplines concernés.

Des progrès en microbiologie environnementale, métagénomique et phylogénomique suggèrent que la cellule eucaryote a évolué à partir de consortia symbiotiques impliquant une archée de type Asgard et, au minimum, l’alphaprotéobactérie ancêtre de la mitochondrie. Toutefois, beaucoup de gènes d’origine procaryote chez le dernier ancêtre commun eucaryote ne s’affilient ni aux archées ni aux alphaprotéobactéries. Afin de déchiffrer leur origine, il est essentiel de mieux comprendre l’écologie microbienne des consortia symbiotiques des archées Asgard et déterminer quelles sont les lignées bactériennes avec lesquelles elles interagissent dans les écosystèmes naturels. Dans ce projet, nous combinerons des approches métagénomiques, de cellule unique, de microscopie et de culture pour identifier les partenaires symbiotiques des archées Asgard dans des environnements à transition redox, tout en caractérisant leurs interactions métaboliques. A travers l’étude des lignées bactériennes privilégiées dans ces consortiums et celles qui coexistent avec les archées Asgard au sein de l’écosystème microbien, nous espérons identifier les lignées donneuses potentielles de gènes bactériens à l’ancêtre des eucaryotes. Ainsi, ce projet nous permettra d’affiner les modèles actuels sur l’eucaryogénèse.

Le projet MIRUS a pour but d’étudier les traits écologiques et évolutifs d’un large groupe de virus à ADN infectant les eucaryotes (les mirusvirus) qui a été découvert récemment grâce aux ressources métagénomiques de Tara Oceans. Les mirusvirus sont diverses et abondants à la surface des océans où ils infectent les eucaryotes unicellulaires. De plus, leurs gènes connectent pour la première fois les Herpèsvirus et virus géants (phylum Nucleocytoviricota). De ce fait, les mirusvirus fournissent une fenêtre génomique pour étudier la diversité, le fonctionnement et l’évolution des virus ADN à eucaryotes. Notre principale hypothèse est que la capacité fonctionnelle très complexe des mirusvirus a exercé une influence de longue durée sur l’écologie des écosystèmes marins qui a conduit à l’émergence (i) d’une part des Herpèsvirus infectant les animaux par évolution réductive, (ii) et d’autre part des virus géants grâce à un transfert de gènes informationnels clefs. Le projet MIRUS a pour but de tester cette hypothèse en explorant l’écologie et l’évolution des mirusvirus marins. Nous allons caractériser le potentiel fonctionnel, la biogéographie, et l’activité des mirusvirus durant l’infection des eucaryotes unicellulaires. En parallèle, nous allons aussi caractériser l’histoire évolutive des gènes présents dans la majorité des génomes de mirusvirus et quantifier leur influence sur l’évolution des Herpèsvirus et des Nucleocytoviricota. Par cette approche, nous allons pouvoir déterminer le degré quantifiable de traits évolutifs communs aux mirusvirus, Herpèsvirus et Nucleocytoviricota. Notre objectif final est de renforcer la compréhension globale des interactions virus-hôte dans les océans tout en améliorant les modèles évolutifs des virus à ADN infectant les eucaryotes.

L'émergence et l’évolution précoce des eucaryotes, avec leurs systèmes complexes uniques déjà présents chez leur dernier ancêtre commun (LECA), sont des sujets complexes. La nature de leurs précurseurs cellulaires ayant progressivement accumulé ces traits spécifiques, les proto-eucaryotes, ainsi que les mécanismes ayant conduit aux eucaryotes modernes, restent mystérieux. En particulier, les rôles que les virus ont pu y jouer sont sous-explorés. Pourtant, les NCLDVs (Nucleocytoviricota) pourraient avoir influencé l’eucaryogénèse. Ce phylum viral, qui inclue des virus à ADN grands à géants largement répandus et infectants collectivement l’ensemble des eucaryotes, était vraisemblablement déjà diversifié avant LECA. Ceci suggère donc des interactions durables avec leurs hôtes, notamment des transferts de gènes, au cours de leur évolution. Des homologues de plusieurs protéines eucaryotes impliquées dans des processus informationnels critiques ont déjà été identifié chez les NCLDVs, avec des phylogénies suggérant des transferts anciens de virus vers cellules. Dans le projet VirEukaGen, nous proposons que les NCLDVs infectaient préalablement les proto-eucaryotes, participant largement à l’eucaryogénèse, notamment via des transferts de gènes ayant émergé ou divergé chez ces virus. Les objectifs : déchiffrer l’origine et l’évolution précoce des NCLDVs et des eucaryotes, et comprendre leur co-évolution dans le temps. Le projet bénéficiera de deux grandes ressources récentes de génomes environnementaux de planctons eucaryotes et NCLDVs, comprenant des groupes nouveaux, et combinera entre autres des analyses de phylogénomique, phylogénétique, et de groupement de gènes. Il est organisé en 3 axes : (1) l’évolution verticale des eucaryotes marins et des NCLDVs, (2) les transferts horizontaux entre eux, et (3) la production de nouvelle ressources génomiques de clades et d’environnements informatifs. Via l’exploration de la (co-)évolution des NCLDVs et des eucaryotes, ce projet clarifiera les rôles que les virus ont joué dans l’évolution des cellules.

Les aires de captage d’eau destinées à la consommation humaine sont menacées par des pollutions pouvant être d’origine agricole, industrielle voire domestique, ce qui peut conduire à fermer définitivement des captages d’eau potable. Parallèlement, certains sols cultivés voient diminuer leur teneur en matières organiques, notamment du fait de la réduction des ressources organiques dans des territoires où l’élevage a quasiment disparu, ce qui conduit à terme à une perte de leur fertilité. La transition des systèmes agricoles doit inverser ces tendances et l’agriculture peut au contraire devenir régénératrice en participant à la régénération des biens communs comme l’eau et le sol. Le miscanthus, une graminée pérenne ne nécessitant pas d’intrants chimiques à l’exception de désherbage en début de culture, permettrait d’accélérer la reconquête de la qualité de l’eau en le cultivant dans les aires d’alimentation de captage (AAC). Les contaminations ciblées sont les nitrates et les résidus de pesticides (matières actives et produits de transformation) qui restent problématiques dans de très nombreuses AAC. Valoriser la paille de miscanthus par les agriculteurs situés en périphérie de l’aire de captage, en litière puis amendement organique, engendrerait une circularité de la bioéconomie à l’échelle du territoire. Mais un seul clone étant cultivé pour cette culture récente en France, la diversification variétale s’impose. Dans ce contexte, quatre unités de recherche de l’Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’alimentation et l’Environnement (BioEcoAgro, EcoSys, HYCAR et IJPB) et l’entreprise privée Novabiom ont uni leurs compétences complémentaires (agronomie, écophysiologie, transferts hydrologiques, modélisation et génétique) pour proposer le projet finalisé MisEauVert qui s’intitule : « Les services écosystémiques du miscanthus pour restaurer la qualité de l’eau et la fertilité des sols ». Il est destiné à mettre en évidence les services écosystémiques fournis par l'implantation de cette culture pérenne pour préserver la qualité de l’eau et restaurer la fertilité des sols. Ainsi, du miscanthus a été implanté dès 2022 dans l’AAC de Vernouillet près de Dreux sous l’impulsion de l’agence de l'eau Seine-Normandie et la communauté d’agglomération « l’Agglo du Pays de Dreux » et va servir d’objet d’étude. Le projet est structuré selon quatre activités scientifiques : - Production de miscanthus dans l’aire de captage - Protection du sol et de l’eau au sein de l’aire de captage - Utilisation en cascade de la biomasse de miscanthus valorisant la litière animale puis l’amendement organique - Développement d’outils et de géniteurs pour élargir l’offre de variétés. Outre la gestion du projet, une dernière activité porte sur une analyse globale de la valeur ajoutée et de l’impact du projet ainsi que sur les synergies entre les parties prenantes (experts scientifiques, entreprises, agriculteurs, autorités locales et agences de l’eau) avec des intérêts et des contextes culturels différents, ce qui est nécessaire pour faire émerger un partenariat efficace de recherche-action à l'échelle des territoires agricoles.

Les microalgues sont des micro-organismes utilisant la lumière du soleil pour convertir le dioxyde de carbone en molécules d'intérêt (lipides, protéines, glucides et pigments). De nombreuses applications sont envisagées (énergie, alimentation, produits pharmaceutiques...). Les microalgues ont un taux de croissance rapide, une capacité de fixation des gaz à effet de serre et des productivités élevées de biomasse et de lipides. Ces derniers représentent une source prometteuse d'énergie alternative aux combustibles fossiles. Cependant, plusieurs limitations scientifiques, technologiques et économiques subsistent dans les différentes étapes de la production, en particulier lors des étapes de culture, d’extraction et de raffinage, et doivent être surmontées avant d’envisager la production à grande échelle de tels biocarburants. En particulier les parois cellulaires très robustes des microalgues influencent considérablement l'efficacité de l’extraction. La co-culture des microalgues avec des bactéries est une méthode alternative innovante qui représente un grand potentiel, avec des taux de croissance et des rendements lipidiques améliorés. Nous supposons en outre un effet conséquent sur la structure de la paroi cellulaire et donc sur l'efficacité de l'extraction. Le projet MicroPILOTING porte sur la conception et le développement d'une plateforme microfluidique pour étudier la croissance des bactéries et microalgues, ainsi que leur productivité lipidique, dans différentes conditions de co-culture. Un modèle de croissance prédictif sera établi pour étudier l’interdépendance de la croissance des microalgues et des bactéries, via la production de CO2, d'O2 et de vitamine B12. Cette approche basée sur l’association entre l’expérimentation microfluidique et la mise en oeuvre d’un modèle prédictif mathématique est très originale et permettra de déterminer les meilleures conditions de culture et de prétraitement, améliorant ainsi les performances de cette filière énergétique.

Si la présence d'énormes quantités de microplastiques dans l’ensemble des écosystèmes est désormais clairement établie, majoritairement dans les milieux aquatiques, il est difficile d'évaluer les conséquences de cette exposition sur le biote. Maintenant se pose la question des nanoplastiques, potentiellement parce que la transition vers l'échelle nanométrique est associée à un changement de propriétés et de devenir. Actuellement, la difficulté de détecter les micro et nanoparticules (MNPs) à l'aide de méthodes conventionnelles indiquent clairement la nécessité de développer des outils de surveillance environnementale qui soient sensibles, rapides, rentables, portables afin de faciliter l'analyse de composés multiples. Au vu de ce besoin, les puces microfluidiques largement utilisées et développées pour la recherche et les applications en santé apparaissent comme une technologie à fort potentiel pour les applications environnementales. Dans le projet ELIMINATORS, nous avons l'ambition (i) d’utiliser des puces environnementales aquatiques développées au CEA afin d’étudier (i) l'évolution continue dans le temps (dégradation, fragmentation …) de micro- et nanoplastiques non marqués ou marqués 13C /2H dans différents écosystèmes aquatiques (eau douce, eau de mer…). Ceci sera réalisé grâce au suivi continu (durée > 1 mois) de leur interaction avec les microorganismes (formation de biofilm et dynamique des communautés microbiennes) et aux analyses du flux sortant des puces. (ii) De caractériser en différents points géographiques les microorganismes qui colonisent les plastiques afin d’identifier ceux qui peuvent contribuer à sa biodégradation.

La peau remplit de des fonctions essentielles mais peut être touchée par de nombreuses maladies qui représentent la 4ème cause de morbidité. Les efforts de recherche actuels ne répondent pas aux besoins en dermatologie et de nombreux verrous subsistent pour le diagnostic. En particulier, bien qu’indispensable pour prescrire des traitements appropriés, la différenciation entre les ulcères artérioloscléreux de Martorell (ASUM) et les autres types d'ulcères reste très difficile. Pour répondre à ce problème de santé, des méthodes d'imagerie non invasives sont indispensables pour obtenir des images à haute résolution des structures cutanées et des informations sur le système vasculaire associé. Parmi elles, l'IRM est particulièrement adaptée à l'étude de la peau car elle offre une résolution spatiale plus élevée (~100 µm) que l'échographie, une plus grande profondeur de pénétration (~10 cm) que les méthodes optiques et un champ de vision plus large que les deux, tout en fournissant un contraste unique des tissus mous et un accès à des informations fonctionnelles. Malgré le potentiel de l'IRM pour l'imagerie de la peau, aucune solution adaptée n’existe à ce jour en raison du manque de sensibilité des systèmes radiofréquences (RF) et de l'absence de protocoles d'acquisition spécifiques, conduisant à de fortes limitations en termes de rapport Signal-sur-Bruit. Dans ce contexte, ce projet vise le développement d’antennes RF à haute sensibilité et de protocoles d'acquisition dédiés capables de fournir des images haute résolution de la peau et de la vascularisation sous-jacente sur imageur clinique à 3T. À cette fin, nous exploiterons un nouveau concept d’antennes récemment introduit par les partenaires du projet, les "Multi-loop Coil (MLC)". Ce concept exploite la mise en série de petites boucles et permet d’améliorer la sensibilité par rapport aux antennes standards (d'un facteur 2 à 4) en surface tout en maintenant un champ de vue large et, semble par conséquent particulièrement adapté pour aux besoins de l’IRM de la peau. Afin d'atteindre les objectifs de ce projet, plusieurs avancées scientifiques fondamentales concernant les MLC seront abordées afin de surmonter les facteurs limitants identifiés lors d’une étude préliminaire. Le premier lot de tâches (LT1) de ce projet vise à améliorer l'efficacité magnétique des MLC, grâce à l'utilisation de structures multicouches et de géométries optimisées, ainsi qu'à réduire les principales sources de bruit en IRM en exploitant le principe de conception monolithique et celui des anneaux de blindage. Dans le lot n°2, les géométries de MLC sélectionnées à l’issue du LT1 seront utilisées pour développer un réseau de MLC pour l'IRM de la peau prêt à être utilisé sur imageur clinique de 3T, permettant d'étudier les pathologies locales de la peau (ulcères) et du réseau vasculaire associé. En parallèle, nous développerons une antenne d'émission locale à haute sélective spatiale produisant des profils d'excitation optimisés pour l'IRM de la peau. Une série de tests sur table et en RM de l'ensemble du dispositif RF sera réalisée en fin de 2ème lot afin d'évaluer et valider la sécurité vis à vis du patient et d'obtenir la certification pour utilisation sur l'homme. Le lot n°3 impliquera des experts dermatologues pour définir précisément les cibles et exigences de l’IRM de la peau puis pour développer des séquences d'acquisition dédiées pour l’IRM anatomique haute résolution de la peau et l’angiographie avec un temps d'acquisition cliniquement acceptable. Enfin, au cours du lot n°4, les performances du nouveau système RF et des séquences développés dans ce projet ambitieux seront évaluées dans le cadre d'une étude pilote, sur volontaires sains et patients souffrant d'ulcères cutanés, menée avec des experts dermatologues et la valeur diagnostique ajoutée sera quantifiée.

Dans un contexte de changement global, l'effet des modifications climatiques génère déjà des événements violents (tempêtes, vagues de chaleur, longues sécheresse, …) qui, en milieu urbain, posent des défis critiques aux villes. Selon la Banque mondiale, 54 % de la population mondiale vit aujourd'hui dans des zones urbaines et ce chiffre devrait atteindre 80 % en 2050. Compte tenu des changements environnementaux attendus et de leurs conséquences, il est de plus en plus important de disposer de politiques et d’outils capables de rendre les villes résilientes et adaptables à ces changements profonds. Il est désormais bien connu que la végétation, en particulier les arbres, offre des solutions très efficaces pour réduire ces impacts : les arbres peuvent, entre autres, rafraîchir les villes, améliorer la qualité de l'air ou la biodiversité. Cependant, pour jouer un rôle positif, les arbres doivent survivre et maintenir un bon état physiologique dans un contexte hostile de modifications drastiques de leur environnement (augmentation du stress hydrique et thermique, limitation des ressources, …). Comme l'a montré récemment l'été 2022, la longue période de stress hydrique associée à des températures élevées a causé la mort de nombreux arbres. Cependant, d'autres ont survécu malgré des contextes environnementaux a priori défavorables. Ces observations surprenantes inquiètent les gestionnaires des villes qui manquent d'outils de suivi du bien-être des arbres, capables d'alerter en cas de stress important, et d'orienter les plans de gestion futurs et adaptés des plantations d'arbres. Afin de mieux comprendre la réponse des arbres aux sollicitations extrêmes, de prévenir leur sénescence à un stade précoce, et de fournir des cartes du confort des arbres dans les villes associées à des systèmes d'alerte, la ligne directrice de ce projet consiste à acquérir un grand nombre de variables physiologiques (en conditions réelles, simulées et contrôlées) associées à leur environnement (modèle urbain, conditions climatiques), et d'exploiter des méthodes d’apprentissage automatique afin d'identifier des liens entre elles et de générer des cartes globales. Une question sous-jacente concerne la capacité des données de télédétection à mesurer les variables physiologiques liées à la structure interne des arbres. Nous explorerons des modèles d'estimation par apprentissage capables de dériver certaines relations entre les variables physiologiques et leurs contreparties dans les images. Une originalité ici est que ces méthodes seront calibrées sur base de simulations physiques, ce qui nous permettra i) de garantir un nombre de données suffisamment important pour entraîner nos modèles et ii) d'assurer la cohérence physique de nos estimateurs. Ces modèles seront ensuite affinés sur des données acquises dans des environnements contrôlés afin d'assurer, à nouveau, une cohérence physique de nos modèles. Dans un deuxième temps, l'application en conditions réelles (en utilisant des images de télédétection réelles et des mesures in situ) sera réalisée. À cette fin, la transférabilité de nos modèles dans des situations réelles sera étudiée. De plus, pour assurer une reproduction aisée de nos procédés, nous nous appuierons sur des images SENTINEL librement disponibles. Ces dernières étant acquises à une résolution de 10m, une étape de super-résolution sera nécessaire pour améliorer la résolution spatiale à 3m, plus adaptée à l'échelle des villes. A partir des cartes générées des paramètres biophysiques à l'échelle de la ville et des mesures internes aux arbres, nous développerons des méthodologies pour estimer des indices de confort des arbres. A cette fin, des données qualitatives mesurées sur les arbres seront utilisées et seront liées à des facteurs de stress (modèles urbains, température). Une attention particulière sera portée à l'analyse et à l'interprétation des liens entre motifs urbains et stress des arbres.

Les cellules solaires à pérovskite sont devenues une technologie prometteuse du fait de l’augmentation rapide des efficacités pour atteindre 25.5% en 2020, proche de la limite théorique de Shockley-Queisser de 30%. Les cellules tandem offrent une alternative pour aller au-delà mais la stabilité demeure un point de blocage. Dans ce projet, nous nous appuierons sur nos expertises complémentaires en synthèse de matériaux moléculaire et macromoléculaire, en contrôle de la morphologie de films en couche mince et en assemblage de dispositifs photovoltaïques pour améliorer la stabilité de cellules pérovskites inverses. De nouveaux semi-conducteurs de type n sans fullerène seront préparées, pour développer des couches transportrices d’électrons (CTE) aux mobilités élevées. Ces CTEs seront stabilisés au moyen de groupes réticulables. L’efficacité et la stabilité de cellules solaires pérovskites inverses en configuration tandem incorporant ces CTEs seront évaluées.

La réfrigération représente déjà 15% de l’énergie électrique totale consommée dans le monde ; un chiffre qui va continuer d’augmenter considérablement dans les 20 prochaines années à cause du changement climatique. La gestion thermique individuelle apparait comme un chemin intéressant pour réduire le besoin en climatisation des bâtiments mais aussi comme une réponse au risque de santé associé au travail en extérieur lors des vagues de chaleur. Pour ces applications, où la compacité et le poids sont importants, la réfrigération électrocalorique (EC) est une technologie prometteuse. Cependant aujourd’hui leurs efficacités relatives à Carnot sont trop basses, autour de 4%, quand il faudrait atteindre au moins 20% pour développer la gestion thermique individuelle. Au cours du développement de matériaux EC, les pertes ont été négligées, ce qui in fine limite drastiquement l’efficacité des systèmes de réfrigération EC. C’est le point que nous nous attachons à résoudre dans le projet CERACOOL en optimisant des céramiques pour ses réponses EC mais aussi pour ses faibles pertes. Il en résulte que l’utilisation de céramiques EC performantes impose de repenser les systèmes afin de maintenir les bonnes densités de puissance de ce type de technologie. En effet, aujourd’hui les systèmes compacts utilisent des matériaux EC flexibles qui sont actionnés électrostatiquement, une stratégie plus difficile avec des céramiques. Notre objectif est, à partir d’un système de réfrigération EC innovant fait de plusieurs facettes de systèmes élémentaires, de réaliser un vêtement pour la gestion thermique individuelle en rupture des solutions thermoélectriques peu performantes.

Le projet GET MORE H2 porté par IFP Énergies nouvelles, le CEA, l’IRIS et l’Université Paris-Nanterre propose une réflexion économique, technologique et sociale globale du déploiement de l’hydrogène au niveau mondial. Il comporte 5 lots de travail. Premièrement, un modèle de prospective mondial sur l’hydrogène renouvelable et bas carbone sera élaboré par enrichissement du modèle TIAM-IFPEN (version IFPEN du modèle ETSAP-TIAM de l’AIE). Les caractéristiques et stratégies des principales zones de production de l’hydrogène, ainsi que le développement à l’échelle internationale de routes commerciales de l’hydrogène et les risques géopolitiques associés seront analysés et inclus dans le modèle. Le deuxième lot portera sur l’évaluation des besoins en matériaux et en eau liés au déploiement des différentes technologies de production d’hydrogène, afin de mettre en évidence les risques de criticité économique, géologique et social à anticiper. Le troisième lot étudiera la formation des prix sur les marchés de l’énergie et la structuration progressive des marchés de l’hydrogène, à l’aide des méthodologies économétriques les plus récentes. Ce travail permettra d’identifier les facteurs ayant affecté la construction des différents marchés existants de l’énergie pour mieux formaliser les facteurs pouvant influencer la dynamique future des marchés de l’hydrogène et la structuration des divers segments de marchés. Le quatrième lot concernera la question des conditions de déploiement des technologies hydrogène, dont la pénétration réelle dans le mix énergétique dépend fortement. Des enquêtes issues des approches comportementales (expériences de choix discrets) permettront (i) d’acquérir une meilleure compréhension des (freins aux) changements de comportements des consommateurs/citoyens et (ii) de favoriser leur intégration dans les modèles de prospective économique. Le dernier lot visera à construire différents scénarios qui seront simulés à l’aide du modèle TIAM-IFPEN. Des hypothèses structurantes, qui seront définies grâce à l’expertise acquise dans les quatre lots de travail précédents, permettront de différencier les scénarios et ainsi d’explorer un éventail de futurs possibles pour le rôle de l’hydrogène dans le paysage énergétique, commercial et géopolitique. Un ambitieux travail d’endogénéisation dans le modèle TIAM-IFPEN des connaissances issues des autres lots de travail sera entrepris : l’objectif est de changer le paradigme d’optimisation du modèle afin qu’il puisse s’émanciper de la pure rationalité technico-économique et intègre les réalités géopolitiques et sociales de la transition énergétique. Finalement, les résultats de chacun des scénarios seront analysés et fourniront des données supplémentaires aux autres lots de travail. L’ensemble sera valorisé par la publication de travaux de recherche dans des revues à comité de lecture, à travers la construction d’un outil de construction de scénarios ouvert et grâce à la valorisation auprès d’un large public des principaux résultats du projet.

L'objectif du projet CDeePL est de concevoir des liquides poreux (PLs) biocompatibles capables de solubiliser sélectivement des molécules cibles. Ces matériaux innovants seront obtenus par dispersion de « Metal-Organic-Frameworks » à base de cyclodextrines (CD-MOFs) dans des solvants eutectiques profonds (DESs). L'utilisation de matériaux de départ biocompatibles (CD-MOFs et DESs) permettra d’élargir le champ d’application des PLs, comme plates-formes de délivrance intelligentes, dans les secteurs alimentaire, pharmaceutique et cosmétique. L'originalité de notre approche repose sur l’association, jamais explorée, des propriétés reconnues des CDs et MOFs, comme hôtes, et des DESs, comme milieu liquide, pour l’obtention de fluides présentant une porosité permanente. Les nouveaux matériaux hybrides seront entièrement caractérisés en utilisant des techniques de caractérisation structurale, des investigations analytiques ainsi que des études thermodynamiques et théoriques. La capacité des nouveaux liquides poreux à agir en tant que plateformes de délivrance de composés bioactifs sera étudiée en évaluant leur biocompatibilité et stabilité. Ils seront par la suite évalués pour leur capacité à solubiliser des molécules faiblement solubles dans l’eau (i.e. quercétine, resvératrol, ibuprofène) ou volatiles (i.e. trans-anéthol, sévoflurane) choisies comme composés bioactifs modèles. Le profil de libération des composés solubilisés sera également examiné. Les mécanismes moléculaires impliqués dans la solvatation sélective des composés seront également évalués par des études théoriques de modélisation moléculaire. Les résultats de ce projet permettront d’élargir l’utilisation de ces matériaux hybrides, facilement ajustables, pour des applications spécifiques, notamment celles nécessitant une biocompatibilité.

La vaccination par voie orale offre plusieurs avantages aussi bien au niveau économique que pour le confort des patients, en comparaison avec les vaccins administrés par injection intramusculaire ou sous-cutanée. Cependant, la vaccination mucosale reste un défi et souffre d'une faible efficacité car les antigènes sont confrontés à plusieurs obstacles avant d'atteindre les cellules immunitaires cibles. L'objectif du projet Fitt-In est de synthétiser des nanoparticules (NP) polymères aux dimensions et propriétés mécaniques modulables, qui cibleront spécifiquement les cellules M de l'intestin afin de favoriser leur internalisation. Leur surface sera également décorée par un deuxième type de ligand leur permettant d’interagir spécifiquement avec les cellules immunitaires. Nous sommes convaincus que la compréhension du rôle des dimensions et de la mécanique des particules ainsi que des mécanismes qui régissent les interactions des NP avec le système immunitaire sera une étape importante vers une vaccination orale plus efficace.

La découverte récente que certains glycomacrocycles photochromes pouvaient se substituer aux « moteurs moléculaires » dans l’élaboration de cristaux liquides cholestériques (CLC) photoactifs ouvre un champ de recherche immense du fait de la grande variabilité des glycosides naturels, des potentialités infinies de substitutions et de la flexibilité des synthèses de macrocycles photochromes. De tels matériaux présentent un intérêt crucial dans le domaine de la photonique flexible (écrans réfléchissants, stockage de l’information...), mais aussi dans le domaine de la physique de la matière molle active. En effet formulés en gouttelettes les CLC se comportent comme des micronageurs, reproduisant des mouvements élémentaires du vivant. La présence du dopant photochrome ajoute la sensibilité à la lumière et la possibilité de guider la trajectoire du micronageur. Forts de notre expertise en glycochimie, en photophysique et en cristaux liquides, nous proposons de synthétiser et étudier en photophysique des glycomacrocycles photocommutables, composés d’unité osidique(s) naturelle(s) et d’un photochrome, pour obtenir des dopants chiraux de cristaux liquides cholestériques. Les glycomacrocycles contenant l’hemiindigo ou l’hémithioindigo seront synthétisés de manière convergente, en utilisant la chimie click pour réaliser l’étape de macrocyclisation. Les indigoïdes sont des photochromes très prometteurs qui absorbent du visible jusqu’au proche infrarouge. Nous étudierons ensuite les relations structure-propriétés (nature du photochrome, du sucre et des substituants sur les groupes hydroxyles, taille et géométrie des glycomacrocycles photocommutables), afin de comprendre et démontrer le photo-contrôle dynamique des superstructures hélicoïdales formées dans les cristaux liquides cholestériques. Des résultats seront rationalisés par des calculs DFT et TD-DFT. Grâce à l’accès facile et à la polyfonctionnalité des glucides, les différents substituants seront introduits sur les groupements hydroxyles du sucre pour optimiser les interactions avec les cristaux liquides afin d’améliorer les propriétés en tant que dopants chiraux pour les cristaux liquides. Via l’étude de relations structure-propriétés et l’optimisation de la structure des glycomacrocycles photocommutables, nous souhaitons démontrer que les glycomacrocycles photocommutables sont capables de photo-contrôler de façon dynamique et réversible les superstructures hélicoïdales formées par les cristaux liquides cholestériques, jusqu’à induire une inversion d’hélicité de ces superstructures. Ces propriétés sont essentielles pour des applications dans lesquelles un mouvement chiral peut être induit et contrôlé par la lumière. Des micronageurs photoréactifs seront préparés via l’incorporation de glycomacrocycles photocommutables dans des gouttelettes micrométriques de cristaux liquides cholestériques, dans le but de corréler leurs trajectoires (isolés ou en essaim) en fonction de la photoconversion du dopant. Grâce au développement de nouveaux systèmes supramoléculaires chiraux et fonctionnels à partir de glucides naturels et abondants, les résultats du projet Helisweetch amèneront à de nouveaux concepts et ouvriront à d'autres sujets de recherche. En effet, au-delà du domaine des cristaux liquides, la conception et le développement de nouveaux macrocycles chiraux et de systèmes moléculaires photosensibles et photo-réversibles peuvent mener à des percées scientifiques dans d'autres domaines tels que les matériaux intelligents fonctionnels, la catalyse photoactivable, ou encore la délivrance ciblée de médicaments.

Les propriétés des mousses aqueuses sont largement dictées par les effets de tension de surface qui dominent leur structure, leur vieillissement et leur rhéologie. La solidification de la phase continue nous fait entrer dans le monde de la mécanique des solides avec des structures fixes, et des évolutions et propriétés mécaniques très différentes. Entre ces deux extrêmes se trouve un large éventail de systèmes, y compris les aliments aérés et les matériaux de construction au cours de leur élaboration, dans lesquels la capillarité et la mécanique de la phase continue jouent toutes deux un rôle. C'est le terrain de jeu d'ABC2FOAM. Nous créerons des mousses gélifiantes et solidifiantes avec des phases continues plus ou moins rigides. Nous effectuerons une caractérisation rhéologique et structurelle combinée de ces mousses dans le temps. Cela nous permettra de délimiter la région entre les mousses capillaires et les mousses solides. Le rôle des parois est crucial dans l'étude de la rhéologie ou de l'écoulement des mousses et nous quantifierons également l'impact des surfaces solides sur les propriétés des mousses gélifiantes. Les résultats permettront d'accélérer l'utilisation de matériaux moussants dans des applications où l'utilisation de bulles est recherchée pour créer des systèmes plus écologiques. En plus d'élucider les conditions de stabilité, nous nous attendons à créer des matériaux présentant des structures inhabituelles et des propriétés inédites, comme le suggèrent les structures récentes observées lors du grossissement des mousses en milieu élastique.

L’électrification des transports implique une forte croissance des puissances et tensions dans les réseaux embarqués (aéronautique) ce qui accroît les risques de dégâts par défauts d’arc électrique. Le défaut d’arc est inévitable et doit être détecté. La détection de ces arcs requiert un délai durant lequel il faut minimiser les dégâts générés par l’arc. L'objectif du projet DESMARC est de proposer une protection passive des systèmes embarqués, basée sur des matériaux polymères, qui modérerait les conséquences de l’arc sur son environnement. Cette protection consiste en une couche de matériaux déposée sur les câbles usuels dont les produits de dégradation par l’arc modifieraient les caractéristiques physiques de l’arc et en réduiraient les conséquences. Pour cela, le projet se concentre sur les défauts au niveau des câbles. Plusieurs verrous sont identifiés. Il faut déterminer les paramètres clés concernant la nature des polymères stables aux températures de fonctionnement des câbles, la nature des produits de dégradation et leurs effets sur la physicochimie de l’arc. Afin d’atteindre ces objectifs nous proposons de modéliser l'interaction arc-matériau et d’élaborer une approche (test/critères de sélection) pour s'assurer des effets bénéfiques du matériau proposé. Il faudra définir un processus de validation et des critères de réussite/échec basés sur les matériaux et normes existants et l’expertise des partenaires. Dans ce projet, deux laboratoires (GeePs et UMET) et deux industriels (sociétés Protavic et Safran) ont des rôles complémentaires en interaction. L’UMET et Protavic élaborent et caractérisent des matériaux polymères fonctionnalisés résistants à des conditions extrêmes. Le GeePS et l’UMET caractérisent durant et après l’arc les matériaux en termes de tenue à l’arc. Safran, le GeePs et l’UMET modélisent l‘interaction arc/matériaux et les modes de dégradation (une validation sera faite par l’expérience) pour proposer des pistes de conception de matériaux.

La cristallisation induite sous contrainte (SIC) dans le caoutchouc naturel est à l’origine de ses performances uniques d'auto-renforcement et de résistance à la rupture. Le projet SICX a plusieurs objectifs. Premièrement, il vise à acquérir des données physiques aussi complètes que possible de l'évolution cinétique de la microstructure associée à la SIC et de son impact sur les propriétés mécaniques macroscopiques, en particulier le durcissement lié à l’auto-renforcement, qui restent des questions ouvertes. Deuxièmement, ces données permettront de proposer une modélisation 3D basée sur la physique microscopique et pouvant être implémentée dans un code à éléments finis. Troisièmement, le vieillissement dans des environnements thermomécaniques complexes sous air et dans un solvant, et ses effets sur la SIC seront étudiés expérimentalement et enfin modélisés. L'identification des mécanismes de vieillissement en conditions réelles est un défi scientifique majeur en vue de prolonger la durée de vie de matériaux industriels essentiels. À cette fin, le projet SICX combinera une caractérisation physique avancée par diffraction des rayons X en temps réel lors de sollicitations mécaniques, par microscopie électronique et par RMN (France), des tests de vieillissement en conditions bien contrôlées et de la modélisation thermomécanique 3D avancée (Allemagne), domaines dans lesquels les partenaires ont une grande expérience.

Le projet FLUORAAC a pour ambition de mettre au point des voies d'accès originales à des aminoacides cyclopropaniques portant des groupements fluorés (CF3, CF2H et CH2F) ou un atome de fluor à partir des nitro diazo acétates et d'alcènes portant un groupement fluoré. D'autres voies d'accès à partir de composés diazo portant le motif CF3 ou CF2H et d'un alcène portant une fonction aminoacide masquée seront également étudiées. Pour cela, de nouveaux catalyseurs au rhodium seront mis au point via une approche par calculs théoriques et fera également appel à l'intelligence artificielle. Ces motifs cyclopropaniques chiraux portant un groupe fluoré seront ensuite incorporés d'une part dans des structures peptidiques modèles pour comprendre les conséquences de l'introduction d'un tel motif dans la structure tridimensionnelle du peptide. Pour cela plusieurs techniques analytiques comme la résonance magnétique nucléaire ou la spectroscopie infra-rouge seront utilisées. Enfin ces motifs seront également intégrés dans la structure minimale de la neurotensine et de la cathepsin D afin d'étudier les activités biologiques de ces analogues cyclopropaniques.

Ce projet vise au développement de la chimie des cycloadditions de 2-pyrones et à leur application pour la synthèse énantiosélective de structures moléculaires complexes. Pour cela, trois axes principaux seront développés. Dans une première partie, les lactones bicycliques issues des réactions énantiosélectives de Diels-Alder à demande inverse en électron entre une 2-pyrone et un éther d’énol (développées dans notre laboratoire) seront fonctionnalisées pour accéder à des stéréotriades et stéréotétrades d’intérêt. Dans une deuxième partie des cycloadditions de 2-pyrones seront étudiées pour la synthèse atroposélective de composés biaryls. Enfin, une dernière partie permettra la synthèse de structures cycliques à sept et huit chainons en faisant varier les partenaires de cycloadditions avec les 2-pyrones. Dans l’ensemble, ce projet ambitionne d’étendre le champs des cycloadditions de 2-pyrones, tout en proposant des solutions innovantes pour la synthèse de structures moléculaires d’intérêt.

L'industrie pharmaceutique peut s'appuyer sur la catalyse énantiosélective pour la synthèse des nombreuses molécules chirales dont la société a besoin. Pour cela, la catalyse par les métaux de transition portant des ligands chiraux constitue l'arsenal principal dont disposent les chimistes organiciens. Le mode de fonctionnement de ces ligands chiraux repose principalement sur l'encombrement stérique, qui permet de constituer une poche chirale suffisante pour promouvoir l'énantiosélectivité. La stratégie dite du contre-ion lié (Asymmetric Counteranion-Directed Catalysis) apparue au début du siècle avait permis de concevoir une autre façon d'induire de l'énantiosélectivité, en rapprochant la chiralité du métal ou du centre cationique. Cette stratégie n'a pourtant pas été à la hauteur des promesses qu'elle suggérait, probablement car dans la majorité des cas, l'interaction anion chiral / cation est trop lâche et offre par conséquent une flexibilité conformationnelle trop importante. Dans ce contexte, nous avons imaginé concevoir des ligands chiraux bifonctionels comportant sur la même plate-forme chirale le métal et le contre-ion, de manière à générer des intermédiaires plus rigides, mieux définis et ainsi favoriser l'énantiosélectivité dans des processus catalytiques. Le projet TCDCat va permettre de préparer de nombreux ligands chiraux bifonctionnels, d'étudier leurs propriétés de coordination avec différents métaux de transition et enfin d'étudier l'applications de ces nouveaux complexes chiraux dans des réactions énantiosélectives, en particulier dans le domaines des réactions de déaromatisation.

La résistance croissante des bactéries aux antibiotiques, responsable d'environ 5 millions de décès en 2019, nécessite le développement de nouveaux agents antibactériens et/ou de nouvelles stratégies thérapeutiques. La thérapie photodynamique (PDT), consistant en la génération d'espèces réactives de l'oxygène sous irradiation douce via un photosensibilisateur (PS), représente une technique thérapeutique particulièrement attractive. Nous proposons d’élaborer un nouveau type d'agents combinant chimiotherapie et PDT pour un effet exalté. Des entités polyoxomolybdates (POMos) inorganiques, dont la capacité à accroître l’activité d’agents antibactériens a été mise en évidence, et organiques biologiquement actives (BODIPY, anthraquinone, benzophenone, terthiophene) seront connectées de manière covalente. Deux approches synthétiques complémentaires seront considérées. Premièrement, les deux entités seront connectées par un ligand bisphosphonate (BP). Dans ces triades POMo/BP/BODIPY, le BODIPY agira comme agent chimiothérapeutique et PDT sous irradiation visible, le POM agissant comme co-facteur. Secondement, des POMos et des entités organiques (anthraquinone, benzophénone, terthiophene) chimio et photoactives sous UV, seront connectées via une liaison imido. Les deux fragments seront alors conjugués électroniquement, entraînant un déplacement bathochrome très important de la transition d'énergie la plus basse des agents organiques et les rendant ainsi actifs en PDT sous irradiation visible. Ces hybrides seront ensuite mis en forme via un processus de photopolymérisation radicalaire sous irradiation dans le visible, ces espèces moléculaires agissant alors comme photoinitiateurs. De plus, la présence de ces POMs hybrides au sein des les polymères devra permettre d’améliorer les propriétés mécaniques des matériaux obtenus. Enfin, l’activité antibactérienne chimio/PDT sous irradiation visible de ces nouveaux matériaux sera étudiée de façon très approfondie.

L’importance des oligonucléotides (ON) a poussé les chimistes à développer des synthèses efficaces de ces molécules. Actuellement, l’accès aux ON naturels est devenu un procédé automatisé compétitif. Néanmoins, le lien naturel est rapidement hydrolysé en milieu physiologique. Des ON non naturels ont donc été explorés pour atteindre plus de stabilité, de spécificité,… et moins de toxicité. En particulier, les ON possédant un lien C-C sont d’un grand intérêt du à leur stabilité et leur similarité comparées aux ON naturels. Cependant, l’élaboration d’un tel lien entre deux nucléosides reste difficile. L’objectif de ce projet est d’offrir une alternative innovante de construction de liaisons non naturelles en 3’ de nucléosides à partir de structures facilement accessibles et d’augmenter l’étendue structurale des nucléosides. La stratégie s’appuie sur l’utilisation de couplages croisés métallo-catalysés (CCM) sur des nucléosides de type glycal (NuG), très rares dans la littérature. Ces dernières années, nous avons acquis une expertise dans la synthèse de C-glycoanalogues via des CCM. Ce projet tend à tirer profit de notre expertise dans les CCM et de l’expertise du Prof. Lecouvey dans la synthèse de molécules phosphorées complexes. Le premier objectif sera la mise en place de la méthodologie de CCM. Le deuxième objectif consistera à appliquer cette réactivité à la synthèse de petits oligomères. Le troisième objectif visera à étendre cette réactivité à divers réactifs phosphorés complexes. Le projet impliquera une thèse en codirection, un post-doctorant d’un an et deux stages de Master 2. Le projet inclura également des missions du consortium ainsi que du fonctionnement et de l’équipement de laboratoire.

Les polyoxométallates (POMs) sont des composés moléculaires inorganiques construits à partir des métaux de transition (V, Mo, W). Bien qu'elle ne soit pas vraiment comprise, l'une des propriétés les plus frappantes des POMs est leur capacité à échanger massivement des électrons, ce qui en fait des composants électro-actifs d’intérêt pour concevoir des systèmes de stockage d'énergie électrochimique. Lorsque un grand nombre d'électrons sont injectés dans un POM, ce dernier peut conduire à des entités moléculaires dans lesquelles les électrons sont localisés dans des liaisons métal-métal. L'idée principale de POMEROL est de développer la chimie de ces espèces super-réduites. Le premier objectif est de faire la lumière sur les relations entre la structure des POMs et leur capacité de stockage d'électrons. Le deuxième objectif est d'élucider le comportement des POMs super-réduits en solution aqueuse. Le dernier objectif est d'utiliser les POMs super-réduits comme précurseurs pour développer de nouveaux édifices moléculaires.

Découvrir des méthodes de pointe de synthèse d’amines chirales est un enjeu majeur puisque de nombreuses molécules pharmaceutiques contiennent ce motif. De plus, pour répondre aux enjeux de durabilité, il est impératif de proposer des procédés verts, chimio-, régio- et stéréo-sélectifs. La biocatalyse répond à cela mais les enzymes connues pour obtenir des amines chirales souffrent de divers inconvénients comme la réversibilité de la réaction ou la nécessité de régénérer des cofacteurs. Au contraire, les enzymes formant des liaisons C-C comme les aldolases et les synthases n’ont pas ces limitations et permettraient, en une seule étape thermodynamiquement favorisée et hautement sélective, de construire le squelette carboné de molécules cibles tout en offrant l’accès au motif aminé. De plus, ces carboligases présentent un large spectre de substrats carbonylés électrophiles. Nous supposons donc qu'elles seraient capables d'accepter des imines. Les 4-amino-3,4-dideoxy-D-arabino-heptulosonate 7-phosphate (ADAHP) synthases ont déjà révélé cette capacité. Cependant, cette activité faiblement documentée n'a jamais été exploitée en synthèse. Nous nous proposons de réaliser la première exploration à grande échelle de la biodiversité de ces familles pour en évaluer les capacités catalytiques à des fins de synthèse d’amines chirales. Dans le cas des aldolases, dont le substrat électrophile est un aldéhyde, il s’agira d’identifier une activité promiscuitaire vis-à-vis des imines, sur la base de nos études récentes démontrant la grande plasticité de leur site actif. Ceci révèlerait une nouvelle activité nommée "aldaminase" qui apportera une avancée majeure dans la très utilisée réaction asymétrique de Mannich en permettant l’utilisation d’aldéhydes énolisables. Les enzymes seront cherchées dans la biodiversité génomique grâce à une approche bioinformatique pour construire une collection de plusieurs centaines de synthases et d’aldolases avec un focus spécial sur les microorganismes extrêmophiles et issus de métagénomes (projet Tara). Des sondes moléculaires seront synthétisées pour réaliser un criblage à haut débit dans le sens de la rétroaldamination en utilisant des tests spectrophotométriques. En effet, comme l'activité aldaminase n'a jamais été décrite au sein de la famille des aldolases, et compte tenu du problème de l'instabilité des imines dans l'eau, nous pensons qu'une première détection de la réaction de rétro-Mannich est un objectif plus atteignable. Les hits trouvés seront ensuite modifiés par des approches de mutagenèse rationnelle, avec l'appui de la modélisation moléculaire, pour à la fois augmenter leurs activités envers les imines et réduire leurs capacités naturelles à convertir le carbonyl correspondant en aldol. Les meilleurs biocatalyseurs seront testés dans des solvants eutectiques profonds, ce qui permettra d'augmenter la concentration des imines sensibles à l'eau. En présence d'"aldaminases" efficaces, la synthèse de synthons essentiels pour la préparation de divers produits pharmaceutiques sera envisagée. Ce projet interdisciplinaire, regroupe 2 partenaires dont la collaboration a déjà été très fructueuse. Le partenaire 1 (ICCF) apporte une expertise poussée dans le domaine de la biocatalyse et particulièrement dans l’étude des carboligases. Des physicochimistes spécialistes des solvants eutectiques sont également membres de l’équipe du partenaire 1. Le partenaire 2 (Génoscope), apporte une expertise unique dans le domaine de l'exploration des capacités catalytiques de la biodiversité à grande échelle, qui combine des méthodes bioinformatiques d'analyse des (méta)génomes, de clonage et de criblage à haut débit. Ce projet permettra l’élaboration de la plus grande collection de carboligases existante à ce jour. Le projet ALDAMINASE promet donc des innovations majeures dans le domaine de la biocatalyse et devrait constituer une avancée dans le domaine de la synthèse éco-compatible de principes actifs pharmaceutiques.

Le traitement de l'eau est une préoccupation mondiale majeure à laquelle les scientifiques doivent faire face. Les procédés d’oxydation avancés (AOP) catalytiques sont des technologies d’avenir qu’il convient encore d’améliorer pour viser une dépollution viable de l’eau, les traitements conventionnels actuels échouant à dégrader efficacement un large éventail de contaminants organiques réfractaires. MULTICAT est un projet de type preuve de concept, visant à concevoir un nouveau catalyseur composite multi-fonctionnel trois-voies assistés par la lumière solaire, associant la fonction catalytique de synthèse de H2O2, à celles (duales) de minéralisation des composés organiques réfractaires dans l’eau par une combinaison d’AOPs opérant en synergie. De nouveaux catalyseurs duals à faible gap, actifs sous lumière solaire, robustes et de propriétés modulables, seront étudiés pour bénéficier de la synergie à température ambiante entre catalyse photo-Fenton hétérogène et photocatalyse pour minéraliser les polluants avec des cinétiques élevées, tandis que la synthèse in-situ d’H2O2 sera optimisée sur de nouveaux polymères semiconducteurs conjugués nanostructurés à faible gap. Sur la base du concept de localisme catalytique, nous visons à concevoir des architectures catalytiques qui embarquent ces deux types catalyseurs actifs sous lumière solaire permettant la synthèse in situ de H2O2 à partir de H2O et O2 et son utilisation par photo-CWPO. Elles seront construites par assemblage couche-par-couche en utilisant des polyélectrolytes inorganiques pour contrôler le positionnement spatial des deux catalyseurs.

Les composés mésoioniques représentent une vielle famille de dipôles dont la réactivité a été sous-exploitée depuis leur découverte il y a presque un siècle. Parmi ces composés, les sydnones sont sans aucun doute les mésoioniques les plus connus et les plus utilisés notamment pour la synthèse de pyrazoles par réaction de cycloaddition thermique avec des alcynes. Au cours des 10 dernières années, notre équipe a montré que les composés mésoioniques pouvaient être utilisés à la place d’autres dipôles pour développer de nouvelles réactions de chimie click et de chimie bioorthogonale. Dans ce contexte, le projet SydFluo vise à explorer deux composés mésoioniques, les sydnonimines et les sydnonemethides, pratiquement inconnus de la littérature. Basé sur un ensemble de résultats préliminaires encourageants, SydFluo a pour objectif de mettre au point de nouvelles voies d’accès à ces composés afin de synthétiser de nouveaux dipôles et d’étudier leur réactivité dans des réactions de cycloaddition en présence de cyclooctynes. Les synthèses de ces nouveaux composés mésoioniques seront orientées par des calculs théoriques qui permettent de prédire leur réactivité. Les réactions de cycloaddition avec ces composés mésoioniques génèrent des espèces électrophiles, des isocyanates dans le cas des sydnonimines et des cétènes dans le cas de sydnonemethides. Le projet souhaite exploiter cette propriété pour développer de nouvelles sondes fluorogéniques permettant un marquage permanent, irréversible des compartiments cellulaires. Ces sondes permettront de libérer de façon contrôlée et dans un organelle précis un électrophile fluorescent qui réagira sur les protéines environnantes. De tel outils pourraient trouver de nombreuses applications en imagerie cellulaire mais aussi en protéomique.

La synthèse de composés bioactifs portant des groupes fonctionnels et des pharmacophores non conventionnels est une tâche stratégique pour les entreprises pharmaceutiques. Dans ce contexte, l'accès aux aza-analogues des dérivés soufrés est une grande opportunité pour obtenir des principes actifs avec des propriétés améliorées en termes de solubilité, d'activité, de sélectivité ainsi que pour l’extension des brevets. Les recherches autour du soufre hexavalent ont conduit à des résultats très concluants, comme récemment démontré avec les deux candidats médicaments Roniciclib et Atuveciclib de Bayer. Parmi les dérivés du soufre de haute valence, le soufre tétravalent a fait l'objet de beaucoup moins d'attention, sûrement en raison du manque de méthodes de synthèse efficaces. Plus surprenant encore, la préparation de sulfinamidines chirales, les aza-analogues des sulfinamides, est nettement sous-explorée. La préparation de sulfinamidines chirales optiquement actives représente un défi synthétique qui donnerait accès à un espace chimique non exploré. La synthèse énantiosélective de tels dérivés permettrait d'évaluer leur stabilité notamment configurationnelle dans divers environnements chimiques, ouvrirait la voie à d'autres manipulations des édifices moléculaires et permettrait d'aborder la diversité moléculaire ouvrirait la voie à nouvelles manipulations des édifices moléculaires et permettrait d’étendre la diversité moléculaire. Dans le projet SulFourN2, nous allons explorer des voies d'accès aux sulfinamidines énantiopures. Deux approches distinctes seront abordées, combinant l'expertise des trois partenaires : l'addition asymétrique de nucléophiles sur des sulfurdiimides et le transfert asymétrique de nitrènes sur des sulfénamides. Les sulfinamidines et leurs dérivés seront testés pour leurs activités biologiques, et leurs propriétés physico-chimiques évaluées par modélisation. Ce projet apportera des connaissances essentielles sur ces composés sous-étudiés, des méthodes de synthèse inédites, et permettra d'explorer leurs propriétés relatives par rapport à d'autres analogues de soufre de haute valence.

L'utilisation du CO2 fait partie de la stratégie globale visant à produire des carburants et des produits chimiques à haute valeur ajoutée, de manière neutre vis-à-vis des émissions de carbone. Cependant, l'activation et le recyclage du CO2 ainsi que l'emploi de groupes fonctionnels dérivés du CO2 (CO, -CH3, HCOO- etc.), demeurent des challenges en chimie synthétique. Ceci est d'autant plus vrai pour les approches dites "late-stage" où les groupes fonctionnels (souvent marqués) sont introduits tardivement. Bien que des solutions existent pour l'introduction de groupes fonctionnels sur des espèces nucléophiles, des stratégies efficaces manquent pour la fonctionnalisation des liaisons C–H hybridées sp3 non réactives. Dans le cadre du projet CO2SAM, notre objectif principal est de développer une approche radicalement nouvelle pour la formation de liaisons carbone-carbone combinant des groupes fonctionnels dérivés du CO2 et de nouvelles métalloenzymes. Dans une partie plus risquée du projet, nous exploiterons également la réactivité unique de ces métallo-enzymes avec de produits issus du CO2, pour réaliser de nouvelles réactions, actuellement non accessibles via la chimie de synthèse. Ainsi, le projet CO2SAM nous permettra d'acceder à de nouvelles réactions en chimie synthétique mais également d'obtenir des informations clés sur le mécanisme de nouvelles métallo-enzymes.

L’acide gras photodécarboxylase (FAP) est l'une des rares photoenzymes naturelles décrites à ce jour. Elle catalyse la photo-décarboxylation des acides gras à longue chaîne (C16-C18) en hydrocarbures. Notre découverte de la FAP et la description initiale de sa structure et de son mécanisme ont engendré des travaux dans de nombreux laboratoires, qui visaient à mieux comprendre son activité catalytique et à commencer à explorer son potentiel en biotechnologie. En effet, la FAP a plusieurs applications potentielles importantes en chimie verte, telles que la synthèse de biocarburants et de molécules à haute valeur ajoutée. Deux obstacles majeurs doivent cependant être surmontés en vue d’optimiser la FAP pour des applications industrielles: augmenter sa résistance à la photodégradation et déplacer l'efficacité catalytique vers des substrats plus courts (C6-C12), donnant des hydrocarbures liquides. Notre projet ‘GreenCatFAP’ vise à surmonter ces obstacles en combinant conception rationnelle, mutagenèse aléatoire et modélisation moléculaire pour produire des mutants de FAP avec une photostabilité accrue et une spécificité de substrat modifiée. ‘GreenCatFAP’ vise à développer des biocatalyseurs uniques qui peuvent être intégrés dans la photo-production de biocarburants, donc participe à tendre vers une émission nette de carbone qui soit nulle. Une FAP modifiée serait utile non seulement dans un procédé de biocatalyse pour convertir des huiles en hydrocarbures, mais aussi pour produire des biocarburants avancés, avec des bactéries ou des micro-organismes photosynthétiques cultivés en photobioréacteurs qui expriment la FAP et produisent leurs propres acides gras. Si financé, le projet proposé consolidera notre leadership dans les études mécanistiques sur la FAP et l'étendra à la modification de l'enzyme pour des applications biotechnologiques.

Les phases MAX sont des composés de stœchiométrie Mn+1AXn, où M est un métal de transition, A est un élément des groupes 12 à 16 et X est le carbone ou l'azote. Ces matériaux combinent les propriétés des métaux et des céramiques. Plusieurs phases MAX présentent également une bonne résistance à l'irradiation, une faible activation neutronique et dans certains cas, une bonne résistance à la corrosion. Cette combinaison de propriétés en fait de bons candidats pour différentes applications nucléaires telles que les structures de cœur des réacteurs de génération IV ou comme revêtement du zircaloy afin d'améliorer la sureté des réacteurs à eau pressurisée. Cependant, leur microstructure évolue sous irradiation. Il en résulte une dégradation de leurs propriétés mécaniques. En ajustant et complexifiant leur composition, il doit être possible de synthétiser des phases MAX à Haute Entropie (HE) (3 à 5 éléments utilisés pour les constituants M ou A) combinant résistance à l'endommagement mécanique et à la corrosion et une meilleure stabilité sous irradiation. L'objectif principal est ici de concevoir une phase MAX HE et d'évaluer sa résistance à l'irradiation par rapport aux phases MAX conventionnelles. Les phases conventionnelles et HE seront synthétisées par pression isostatique à chaud et seront irradiées aux ions. La résistance à l'irradiation sera évaluée en termes de stabilité de la microstructure et des propriétés mécaniques. Les microstructures seront étudiées par techniques complémentaires pour obtenir des informations chimiques et cristallines de l'échelle nano- à mésoscopique. Des essais micromécaniques seront effectués pour évaluer l'évolution de la dureté et de la ténacité. Le dommage d'irradiation sera modélisé par dynamique moléculaire. Une meilleure compréhension des mécanismes de vieillissement sous irradiation et des relations microstructure-propriétés mécaniques ainsi que l'élaboration d'une phase MAX HE avec des propriétés améliorées sont attendues.

En raison de la rareté de l’indium constituant des semi-conducteurs d’oxyde d'indium dopé étain (ITO), de nouveaux oxydes conducteurs transparents (TCOs) doivent être développés. Récemment, des TCOs ont été découverts, basés sur les composés à fortes corrélations électroniques SrVO3 et CaVO3. Ces composés appartiennent à la famille des pérovskites ABO3 (avec A : alcalino-terreux, et B : métal de transition) qui est une famille très riche et les multiples substitutions des cations sur les sites A et/ou B, peuvent agir sur les performances de ces TCOs tels que les corrélations électroniques, le remplissage électronique… Par conséquent, dans le projet DisTCOvery, nous avons sélectionné des cations A et B, qui seront une puissante plate-forme pour contrôler et améliorer les propriétés fonctionnelles (conductivité, transparence) de ces nouveaux TCOs à base de pérovskite. Nous serons également en mesure d'induire de nouvelles propriétés qui sont absentes dans les autres TCOs telles que le magnétisme, ce qui peut ouvrir des opportunités pour les dispositifs multifonctionnels dans la conception d'écrans et de panneaux photovoltaïques de nouvelle génération. Enfin nous allons intégrer ces nouveaux TCOs sur verre grâce à des nanofeuillets de germination. Ainsi differents nanofeuillets seront développés en adéquation avec les différents paramètres de maille des TCOs que l’on souhaite cristalliser afin de proposer une solution technologique pour leur intégration dans des dispositifs.

Les phases cristallines hexagonales 2H de SixGe(1-x), avec une bande interdite directe, sont en passe de révolutionner l'industrie optoélectronique en fournissant le très convoité émetteur de lumière compatible avec la technologie Si. Précédemment nous avons utilisé la transformation de phase et la croissance de nanofils cœur/coquille pour la synthèse de nanostructures SiGe-2H. Pour une intégration industrielle, il est nécessaire de faire croître ces cristaux de SiGe -2H en augmentant le volume utile. L'objectif du projet Adhex-SiGe est de développer une voie de synthèse de SixGe(1-x)-2H en couches minces. Par épitaxie sur des substrats hexagonaux adéquats, il est possible de dupliquer la phase hexagonale de SixGe(1-x)-2H. Notre approche inédite exploite l’épitaxie sur substrats de matériaux wurtzite II-VI. Nous étudierons les mécanismes de croissance cristalline et la formation de défauts dans le SixGe(1-x)-2H. Afin d'accommoder les paramètres de maille entre le substrat et la couche SixGe(1-x)-2H visée, nous envisageons différentes approches dont le nouveau procédé de « remote epitaxy » basé sur l’utilisation d’une monocouche intermédiaire de graphène. L'étude de la remote epitaxy avec des matériaux II-VI fortement ioniques devrait permettre de valider ou réfuter ce procédé et de mieux comprendre les mécanismes en jeu. Cette nouvelle technique offre l’intérêt supplémentaire d’exfolier la couche épitaxiée pour transférer le film SixGe(1-x)-2H sur un substrat Si. La synthèse de couches minces SixGe(1-x)-2H de haute qualité permettra de répondre à de nombreuses questions ouvertes sur les propriétés physiques de ces nouveaux matériaux comme la structure de bande, le dopage actif ou encore les propriétés optiques. Le SixGe(1-x)-2H est potentiellement émetteur de lumière pour des concentrations en Si de 0<x<0,4. La longueur d’onde d’émission attendue est dans la gamme de l’infrarouge entre 1,8 et 3,5 µm. Ce domaine est particulièrement intéressant en raison des fenêtres de transparence atmosphérique disponibles pour des applications laser telles que les télécommunications, la détection de gaz ou polluants chimiques. Ainsi, l’aboutissement majeur d’ADHEX-SiGe serait de démontrer le transfert de la couche SixGe(1-x)-2H sur une plate-forme Si pour la compatibilité CMOS. Cela va ouvrir un large marché pour les applications laser dans le moyen infrarouge. Le projet ADHEX-SiGe bénéficie de l’expertise complémentaire des trois partenaires (C2N, GEMAC, NPSC) en épitaxie de semiconducteurs et s’appuie sur une grande variété de techniques de caractérisations avancées de matériaux (STEM-EDX, HR-XRD, SIMS, XPS/AES...). Une extension vers la région infrarouge d'un SEM-cathodoluminescence sera opérationnelle pour le début du projet. Cet outil unique sera combiné à des mesures PL pour l'analyse des propriétés d'émission et la signature spectrale des impuretés et/ou défauts en dessous de l’énergie de la bande interdite.

La durée de vie en fatigue des matériaux métalliques peut varier de plusieurs ordres de grandeur pour des conditions de chargement identiques. Cette dispersion provient notamment de variabilité microstructurale du matériau. En effet, la fatigue résulte de l'accumulation microscopique de plasticité, qui est dépendante de la morphologie et l'orientation des grains du matériau. Actuellement, les modèles de durée de vie en fatigue ne reproduisent que qualitativement cette dispersion. Le projet MINIFAT-4D AnR vise à lier la plasticité intragranulaire à la fissuration par fatigue, en vue de modéliser quantitativement l'influence de la microstructure sur la durée de vie et sa variabilité. Pour cela, le projet s'appuiera, d'une part, sur le développement d'essais de fatigue novateurs, imagés in-situ en 3D en utilisant la tomographie par diffraction des rayons X au synchrotron (DCT, 3D-XRD, topotomographie). Ils permettront de caractériser simultanément la microstructure, les déformations plastiques/élastiques microscopiques, l'initiation et la propagation des fissures de fatigue d'échantillons en superalliage base de nickel, avec une résolution inférieure au micron. D'autre part, un modèle de plasticité cristalline à gradient sera conçu, dans le but de prédire avec précision la formation et l'intensité des bandes de glissement au sein des grains du matériau étudié. Il sera ensuite utilisé pour simuler les microstructures caractérisées lors des essais 4D, pour permettre des comparaisons essais-calculs. Celles-ci serviront pour l'identification du modèle de plasticité cristalline, et pour construire des critères prédictifs de la localisation et la durée de nucléation et propagation des fissures. Dans l'ensemble, ce projet contribuera à accroître la compréhension de la fatigue à l'échelle microstructurale, et servira le développement de modèles de fatigue prédictifs, prenant en compte l'influence de la microstructure.