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La membrane plasmique (MP) et la paroi cellulaire végétale forment ensemble un continuum qui se comporte comme une barrière dynamique contre les menaces environnementales. Les propriétés de la MP et de la paroi ont été étudiées indépendamment pendant plusieurs décennies, mais de plus en plus de données tendent à montrer qu'un dialogue continu entre la MP et la paroi a lieu, la machinerie intracellulaire jouant le rôle de conciliateur. LOOPIN est un projet multidisciplinaire combinant la génétique, la biologie moléculaire, la biologie cellulaire et la glycochimie qui répondra à la question de recherche clé suivante : quelles négociations moléculaires sous-tendent la régulation réciproque entre la membrane plasmique et la paroi? La stratégie originale de LOOPIN est basée sur mes récentes découvertes qui suggèrent (i) qu’il existe une étonnante diversité d'oligosaccharides dérivés de la MP (OS-like) et de la paroi (OS) (ii) et que les OS et OS-like peuvent agir comme des messagers permettant d’établir un dialogue entre la paroi, le feuillet externe de la MP et la cellule végétale afin que cette dernière ajuste sa réponse aux conditions environnementales. Le défi est donc de déchiffrer les messages codés par les OS et OS-like impliqués dans la régulation des interactions paroi/MP et de comprendre comment ils contrôlent le développement. Le projet est composé de trois axes visant à (i) Mettre en place des approches biochimiques et de biologie cellulaire pour étudier le rôle des OS et OS-like dans l'interaction paroi/MP, (ii) Identifier les OS et OS-like impliqués dans cette interaction et (iii) Décrypter les voies de signalisation déclenchées par les OS- et OS- sélectionnés. L’angle d’attaque du projet LOOPIN est sans précédent et devrait révolutionner notre vision de la façon dont les cellules végétales régulent la dynamique du continuum exocellulaire.

Une réponse inflammatoire incontôlée peut survenir suite à une infection et peut également être associée à un grand nombre de pathologies ; cependant il n’existe que très peu de médicaments pour contrôler une inflammation excessive. Notre laboratoire a identifié l’existence d’une endocytose du cuivre dépendante de CD44 dans les macrophages inflammatoires. Nous avons démontré que le cuivre(II) mitochondrial catalyse la réduction du peroxyde d'hydrogène par le NADH pour reconstituer le NAD+, un cofacteur enzymatique requis pour la biosynthèse de métabolites impliqués dans la régulation épigénétique. Nous avons synthétisé une petite molécule, dérivée de la metformine, le LCC-12, qui cible sélectivement le cuivre(II) mitochondrial. Des résultats solides valident que la chélation du cuivre(II) mitochondrial par le LCC-12 atténue le statut pro-inflammatoire des macrophages. Dans ce projet, nous allons tout d’abord mieux caractériser le mécanisme d'action du LCC-12 in vitro. Ensuite, la preuve de concept sera validée dans des modèles murins de pathologies inflammatoires. Ce projet, identifiant un nouveau médicament pour cibler le cuivre mitochondrial dans les macrophages, propose donc une nouvelle stratégie pour contrôler l'inflammation.

La négamycine est un métabolite spécialisé de la famille des hydrazinopeptide, produite par l'actinobactérie Kitasatospora purpeofusca. Deux autres métabolites de la même famille, la 3-épi-déoxy-négamycine (3-Dneg) et la leucyl-3-épi-déoxy-négamycine (L-3-Dneg) sont produits par l'actinobactérie Streptomyces goshikiensis. Les métabolites de la famille de la négamycine sont des pseudopeptides dont l'acide aminé central est l'hydroxy-ß-lysine. La négamycine (mais pas le 3-Dneg et le L-3-Dneg) possède une activité antibactérienne, notamment contre les bactéries pathogènes de la liste ESKAPE (Klebsiella pneumonia, Enterobacter sp. et Pseudomonas aeruginosa), des bactéries contre lesquelles il est urgent de disposer nouveaux antibiotiques. Son mode d'action est basé sur la liaison aux ribosomes par un nouveau mécanisme, stimulant le mauvais codage et inhibant la translocation des ribosomes. De plus, comme le 3-Dneg et le L-3-Dneg, elle possède une activité de translecture de codons stop. Les métabolites de la famille de la négamycine pourraient donc être utilisés pour le traitement de maladies génétiques causées par des mutations conduisant à des codons stop en phase (comme par exemple dans certaines formes de la dystrophie musculaire de Duchenne ou la mucoviscidose). Dans ce projet, nous visons à (i) identifier les gènes impliqués dans la biosynthèse des métabolites de la famille de la négamycine, (ii) élucider la fonction des enzymes codées par ces gènes, (iii) augmenter la production des métabolites de la famille de la négamycine afin d'isoler des quantités suffisantes pour des études biologiques et, (v) approfondir les études des activités antibactériennes et de translecture de la négamycine et de ses analogues vis-à-vis des mutations non-sens.

Les infections par le virus respiratoire syncytial humain (VRSh) touchent principalement les nourrissons, les personnes âgées et les patients immunodéprimés. Elles sont une cause majeure de morbidité et de mortalité dans le monde entier et représentent un fardeau social et économique important. Cependant, nous n'avons pas encore une bonne compréhension des mécanismes moléculaires clés de sa réplication. Bien qu'une nouvelle génération d'anticorps monoclonaux prévenant les infections graves par le VRSh chez les nourrissons soit désormais disponible, il n'existe toujours pas d'options thérapeutiques pour la grande majorité de la population, y compris les patients vulnérables exposés à des infections graves. La mise au point de nouveaux antiviraux pour traiter les infections par le VRSh, qu'elles soient prophylactiques ou curatives, reste un besoin sociétal et médical important. Dans PneumoPEPS, nous nous concentrons sur l'encapsidation de l'ARN viral par la nucléoprotéine (N) pour former de nouvelles nucléocapsides (NC), une étape essentielle du cycle de réplication du virus. Dans ce processus, la production de N sans ARN non assemblé (N0) nécessite une interaction avec la phosphoprotéine (P), suivie de son transfert et de sa polymérisation sur un ARN nouvellement synthétisé. L'assemblage de la NC implique des interactions protéine-protéine faisant intervenir deux Short Linear Motifs (SliMs) qui se lient à des surfaces superposées de la protéine N. L'un est situé à l'extrémité N-terminale de la protéine N, appelé bras N-terminal (NNT-ARM), et stabilise l'assemblage polymérique de la protéine N en se liant à la surface de la protéine N voisine. L'autre est situé à l'extrémité N-terminale de la protéine P et agit comme un chaperon moléculaire (PCHAP) pour N0. Au cours de la réplication virale, PCHAP se dissocie de N, ce dernier est transféré à un ARN néosynthétisé où il s'assemble à la NC en croissance, notamment par l'attachement de NNT-ARM sur la dernière protéine N déjà incorporée. Dans ce projet, nous émettons les hypothèses suivantes: (1) le processus d'assemblage des NCs du VRSh est contrôlé par la compétition entre ces deux SLiMs PCHAP et NNT-ARM pour la liaison à N; (2) interférer avec l'une ou l'autre de ces interactions bloque la réplication du virus; (3) des peptides avec des séquences correspondant à ces SLiMs sont les premiers composés actifs pour inhiber ces interactions; et (4) les séquences naturelles des SLiMs n'ont pas évolué pour avoir la plus forte affinité pour leur partenaire, mais pour créer un équilibre entre N0 et N-ARN qui optimise transcription et réplication virale. Ces affinités peuvent donc être augmentées artificiellement. Pneumopeps propose : (1) D’utiliser une approche intégrative combinant la conception computationnelle, l'évolution dirigée et les essais cellulaires pour identifier des peptides et des miniprotéines de haute affinité ciblant la protéine N (WP1). (2) De sélectionner des peptides ayant des affinités variées pour la protéine N et caractériser leurs interactions à l'aide de méthodes biophysiques et structurales (WP2). (3) D’évaluer les capacités antivirales des meilleurs candidats dans des essais d'infection cellulaire et murine (WP3). Nous testerons ainsi l'hypothèse selon laquelle la force et la dynamique des interactions entre les SLiMs et N contrôlent l'assemblage des NC et nous générerons un modèle quantitatif de ce processus. Nous démontrerons que l'interférence avec l'assemblage des NC bloque la réplication virale, en exploitant les inhibiteurs déjà identifies par nos travaux préliminaires. Ces recherches ouvriront la voie au développement de peptides et de miniprotéines antivirales pour traiter les infections par le VRS humain.

Les cellules de la microglie sont les cellules immunitaires résidentes du cerveau qui maintiennent l'homéostasie cérébrale en répondant aux cytokines et en éliminant les substances par phagocytose. L'activation microgliale et la clairance phagocytaire des agrégats ß amyloïdes (Aß) et de tau limitent la pathologie de la maladie d'Alzheimer. Il est urgent d'élucider les mécanismes qui favorisent ces actions et de développer de nouvelles approches pour contrôler la pathologie de la maladie d'Alzheimer. Nous avons récemment découvert que Sulf2, une sulfatase extracellulaire des héparanes sulfates (HS), supprime sélectivement la réponse microgliale à l'interleukine 4, une cytokine qui limite l'activation microgliale. En outre, nos résultats préliminaires ont montré que Sulf2 facilitait la clairance phagocytaire microgliale des dépôts d'Aß ex vivo. Les objectifs du projet proposé sont les suivants : i) clarifier le mécanisme moléculaire sous-jacent qui contrôle les effets de Sulf2 sur les fonctions microgliales et ii) étudier si le remodelage des HS par Sulf2 peut réduire la charge en Aß et les agrégats de tau dans des modèles de pathologie Alzheimer in vivo en facilitant une activité de phagocytose microgliale soutenue et contrôlée au fil du temps. La composition des HS et la structure des S-domaines des HS présents dans une lignée cellulaire microgliale et dans les cellules microgliales primaires de souris transfectées par Sulf2; dans le cerveau de souris transgéniques J20 hAPP-Tg et P301S tau-Tg exprimant spécifiquement Sulf2 dans la microglie; dans le cerveau de patients atteints de la maladie d'Alzheimer, seront déterminées par des méthodes de pointe, notamment des approches par spectrométrie de masse et séquençage d'oligosaccharides par nanopore protéique. Une analyse du transcriptome par RNA-seq sera également réalisée pour ces cellules microgliales et les cerveaux des souris modèles de la maladie d'Alzheimer. Nous évaluerons la pathogenèse de la maladie d'Alzheimer in vivo chez ces souris modèles Sulf2-transgéniques. L'expertise des partenaires en glycoscience, neurologie et biologie structurale sont des atouts majeurs pour la réalisation du projet proposé. Dans l'ensemble, notre objectif final est de développer une nouvelle stratégie pour le traitement de la maladie d'Alzheimer, afin de contribuer à l'amélioration de la santé et du bien-vivre des patients, ainsi que du bien-être social et économique.

Les protéines membranaires représentent la majorité des cibles thérapeutiques actuelles. Afin de les manipuler in vitro des détergents sont généralement utilisés pour les extraire de la membrane et les maintenir solubles. Cependant, de nombreuses protéines se dénaturent une fois extraites et perdent alors leurs structures et fonctions natives. Cytergents est un projet de recherche fondamentale dont l’objectif est d’explorer de nouvelles approches dans la conception de détergents, de mieux comprendre les interactions détergents/lipides/protéine qui déterminent l’extraction et la stabilisation, et d’évaluer la capacité de ces nouveaux détergents à maintenir les protéines membranaires sous forme fonctionnelle. L’originalité de ces détergents repose (1) sur l’insertion d’un motif cyclohexyl en position variable dans la partie hydrophobe ou (2) sur l’insertion d’un squelette cyclopentane qui mime la structure de métabolites lipidiques membranaires. Cette méthodologie de synthèse repose sur une chimie encore très peu utilisée dans le domaine des détergents. La partie polaire des détergents sera de nature glycosidique afin de leur assurer une bonne solubilité dans l’eau. Les propriétés d’auto-assemblage de ces molécules amphiphiles seront étudiées par diverses méthodes biophysiques afin de caractériser les assemblages formés. Nous déterminerons à quelle concentration ces molécules s’auto-assemblent en micelles, un paramètre crucial pour assurer l’extraction des protéines. Nous étudierons également la taille, la forme et la composition des micelles, des propriétés qui peuvent affecter la stabilité et le maintien de la fonction des protéines extraites. Enfin, la validation biochimique sera conduite sur plusieurs types de protéines d’intérêt fondamental et pharmaceutique et permettra d’évaluer (1) le potentiel solubilisant, c’est-à-dire, la capacité à désorganiser la membrane lipidique et à extraire les protéines, et (2) le potentiel stabilisant, c’est-à-dire, la capacité à maintenir ces protéines hydrophobes fonctionnelles, stables et solubles. Cytergents repose sur un consortium complémentaire composé de deux équipes de chimistes, une équipe de biochimistes et une entreprise de biotechnologie spécialisée dans les cibles membranaires thérapeutiques. Les résultats obtenus pourraient connaître un développement industriel rapide en intégrant ces nouveaux détergents dans les projets internes de l’entreprise partenaire et en assurant leur mise sur le marché et une distribution mondiale.

Les fonctions de toutes les cellules du corps humain sont régulées par des hormones et des neurotransmetteurs (messagers extracellulaires) et transmises à l'intérieur de la cellule par des messagers intracellulaires. Les messagers intracellulaires comprennent les nucléotides AMP cyclique (AMPc) et GMP cyclique (GMPc). Dans de nombreuses maladies, l'équilibre de ces messagers est perturbé mais peut être rétabli grâce à de nombreux médicaments. L'importance de l'AMPc et du GMPc se reflète également dans le fait que plusieurs prix Nobel ont déjà été décernés dans ce domaine. Au cours de ces dernières années, les messagers non-canoniques que sont l'UMP cyclique (UMPc) et le CMP cyclique (CMPc) ont été identifiés sans ambiguïté dans de nombreux systèmes biologiques, y compris dans les organes des mammifères. Cependant, le rôle de ces molécules de signalisation dans la régulation des fonctions physiologiques des cellules eucaryotes est encore largement inconnu. Le fait que diverses toxines bactériennes dangereuses produisent de l’UMPc et du CMPc suggère qu'elles jouent aussi un rôle dans les maladies infectieuses. Cette hypothèse est étayée par le fait que les enzymes spécialisées qui produisent soit du UMPc soit du CMPc sont largement répandues dans les bactéries. Chez les bactéries, l‘UMPc et le CMPc jouent un rôle important dans la défense contre les infections virales par les bactériophages. Dans ce contexte, nous réunissons un consortium de scientifiques français et allemands ayant une expertise moléculaire complémentaire dans ce domaine afin d'explorer comment l'UMPc et le CMPc sont produits et fonctionnent dans les cellules procaryotes et eucaryotes. Tout d'abord, des sondes de fluorescence spécifiques seront développés pour permettre le suivi précis de ces messagers dans les cellules. Il s'agit d'une condition préalable importante pour que d'autres chercheurs puissent étudier la fonction exacte de l’UMPc et du CMPc dans différentes cellules du corps. En outre, nous identifierons des cibles protéiques et des voies de signalisation qui dépendent du cUMP et du cCMP dans les cellules en utilisant des sondes spécifiques et des analyses transcriptomiques et phosphoprotéomiques. En outre, nous utiliserons des sondes spécifiques pour détecter les cibles protéiques et les voies de signalisation qui dépendent de l’UMPc et du CMPc dans les cellules. Il s'agit d'une condition préalable importante pour pouvoir influencer ces cibles lorsqu'elles sont dérégulées dans les maladies. Enfin, nous étudierons à l'échelle atomique les mécanismes moléculaires qui régulent l'activité catalytique des enzymes générant l‘UMPc ou le CMPc dans les bactéries ou les cellules eucaryotes et ceux qui régulent la signalisation « on/off » de leurs cibles protéiques. Il s'agit également d'une condition préalable importante pour pouvoir un jour influencer ces voies de signalisation avec des médicaments. En résumé, ce consortium franco-allemand unit ses forces pour lancer un projet pionnier dans un domaine nouveau et jusqu'à présent mal compris de la biologie. Sur la base des connaissances sur l'AMPc et le GMPc, ainsi que des recherches sur les toxines bactériennes, nous pouvons supposer que l'UMPc et le CMPc sont d'une grande importance pour les fonctions normales du corps humain et qu'ils sont déréglés dans d'importantes maladies. À long terme, le projet servira de base au développement de nouveaux médicaments pour des maladies importantes telles que les infections bactériennes, dont certaines ne peuvent plus être traitées par les médicaments conventionnels (antibiotiques).

À mesure que la taille et la complexité des circuits génétiques synthétiques augmentent, ils deviennent progressivement trop lourds pour une seule cellule. Par conséquent, de nombreux circuits génétiques de démonstration sont facilement perdus par sélection négative lorsque les organismes modifiés sont exposés à des environnements moins contrôlés. En revanche, les systèmes naturels sont capables de porter des programmes génétiques beaucoup plus importants en utilisant des mécanismes de régulation complexes pour contrôler les coûts d'expression. Ils y parviennent par une combinaison de contrôle temporel sur l'expression des gènes et, en outre, par la distribution spatiale des fonctions dans les systèmes multicellulaires. Dans ce projet, nous prévoyons de développer des méthodes expérimentales et théoriques pour mesurer le coût du maintien et de l'exécution des circuits génétiques synthétiques à l'intérieur des cellules. Des modèles quantitatifs seront construits pour calculer le coût d'expression, et l'effet sur la croissance, de protéines uniques et de circuits multiprotéiques au fil du temps. Les modèles seront étudiés dans différentes conditions de croissance et de stress afin d'évaluer la relation entre les coûts calculés et la stabilité évolutive à long terme des circuits. Les analyses permettront de faire des choix de conception pertinents pour construire les circuits unicellulaires les plus rentables, et de déterminer la limite supérieure de taille à laquelle il serait plus efficace de les répartir sur plusieurs cellules dans un consortium. Nous nous attendons à ce que les résultats de ce travail aient des implications clés non seulement pour la mise à l'échelle des circuits génétiques synthétiques, mais aussi pour la compréhension des fonctions de l'écosystème dans les communautés microbiennes et la division du travail dans les organismes multicellulaires.

Le développement d'un modèle multi-échelle pour les plantes capable de gérer leurs réponses complexes aux conditions environnementales et d'intégrer la diversité génétique de ces réponses est un enjeu majeur en agronomie et biologie. Le cadre de modélisation appelé Resource Balance Analysis est prometteur pour intégrer les échelles les plus fines (gènes) jusqu’à l'échelle de l’individu, en affinant la description des organes dans les modèles de plantes existants de type structure-fonction et en tirant parti des nouvelles mesures «omiques», comme la protéomique quantitative. La modélisation des organismes multicellulaires ouvre de nombreux défis mathématiques et informatiques autour de la construction, la calibration et la simulation de ces modèles dans des conditions statiques et dynamiques. Ce projet vise à relever ces défis mathématiques, à développer et à valider expérimentalement le premier modèle multi-échelle de la plante Arabidopsis thaliana. Ce modèle sera aussi utilisé afin d'étudier la stratégie d’allocation de ressources de la plante dans des conditions environnementales standards et limitantes. Cette étude utilisera des jeux de données produits par un des dispositifs de phénotypage de plantes les plus robustes. Le modèle sera alors utilisé pour générer de nouvelles connaissances ou hypothèses biologiques (par ex. les fonctions cellulaires affectées dans la réponse des plantes à un stress nutritionnel). Cela devrait constituer une avancée significative dans le contexte de l'adaptation des plantes, et devrait aussi aider à déchiffrer les réponses adaptatives spécifiques d'autres génotypes d' A. thaliana à des conditions environnementales complexes. Le cadre de modélisation permettra de relever des défis importants tels que l'intégration de données hétérogènes et multi-échelles (des omiques aux traits phénotypiques), les liens génotype-phénotype dans des environnements complexes et l'intégration de la diversité génétique dans la modélisation.

La conception in silico de protéines (CPD en Anglais) consiste à concevoir des protéines effectuant certaines tâches. Le cas des interactions non covalentes nécessite de designer des molécules ayant une affinité de liaison prescrite. Ce problème est très ardu en raison du nombre exponentiel de choix d’acides aminés, du rôle de la flexibilité moléculaire qui conditionne l’affinité et la spécificité des interactions, et de la difficulté à estimer l’affinité de façon fiable. En termes de méthodes, notre objectif est d’avancer l’état de l’art du CPD de molécules flexibles, sujet posant des questions géométriques difficiles dans des espaces de très grande dimension. Nos contributions méthodologiques seront de trois ordres. Primo, nous concevrons de nouveaux movesets (propositions dans la terminologie Monte Carlo) générant des conformations pour une protéine entière. Ces algorithmes s’appuieront sur une nouvelle paramétrisation de la géométrie du backbone basée sur les angles de torsion, et sur des contraintes associées aux chai^nes latérales. Secondo, nous développerons de nouveaux algorithmes pour estimer de façon fiable les fonctions de partition permettant de définir le Kd associé à l’affinité de liaison. Nous utiliserons pour cela nos movesets dans le contexte d’algorithmes etat-de-l’art pour le calcul de volumes et de densités d’états. Tertio, les deux contributions précédents seront combinées pour créer un nouveau canevas de design de protéines flexibles. Les nouveaux algorithmes permettront d’explorer un espace de designs plus grand, tout en réduisant le coût expérimental grâce à des estimations plus fiables. Ces algorithmes seront mis à la disposition de la communauté via la Structural Bioinformatics Library (http://sbl.inria.fr), qui propose à la fois des méthodes de bas niveau et des applications pour les biologistes et biophysiciens. Ces méthodes seront utilisées pour développer des molécules neutralisantes de haute affinité contre SARS-CoV-2 et SARS-CoV-1. Avec un nombre de décès estimé à 6.5 millions de personnes en trois ans, la crise du COVID-19 a mis en évidence la nécessité critique de mieux combattre ces virus respiratoires. Depuis 2020, plusieurs travaux ont développé des molécules visant à bloquer le spike de SARS-CoV-2 (anticorps monoclonaux, nanobodies, protéines artificielles). Cependant, leur limitation réside dans leur spectre relativement étroit leur inadéquation à reconnai^tre les nouveaux variants. Les méthodes développées dans le projet serviront à sélectionner des protéines artificielles (nommées aReps) reconnaissant le RBD (Receptor Binding Domain) d’un large spectre de sarbecovirus avec une haute affinité, et seront testés comme antiviraux dans un modèle animal d’infection, le hamster. Nous utiliserons comme point de départ des aReps que nous avons sélectionnées contre le SARS- CoV-2, présentant une affinité de l’ordre du nanomolaire pour le spike, capables de neutraliser une souche D614G SARS-CoV-2 et de protéger les hamsters. Nous déterminerons les structures cristallographiques et de cryo-EM de plusieurs complexes aReps neutralisants - RBD ou spike pour définir les résidus définissant les surfaces de liaison. En parallèle, nous mesurerons l’affinité entre nos aReps neutralisants et les RBD représentatifs de la diversité des sarbecovirus. Ces données seront utilisées comme outils de validation pour les algorithmes générés dans le projet pour les estimations d’affinité de liaison. Grâce à un cercle vertueux combinant des algorithmes état-de-l’art et des expériences de bi- ologie structurale (cryo-EM, cristallographie rayons X) et de biochimie (mesures d’affinité), nous développerons de nouvelles molécules ciblant les sarbecoviruses circulant, molécules par ailleurs peu sensibles aux mutations.

Le cancer est la principale cause de décès dans le monde. Ces derniers temps, les avancées dans le domaine de la médecine de précision ont modifié les normes de traitement du cancer en proposant de nouveaux plans de traitement personnalisés aux résultats prometteurs. Cette spécification du traitement aux besoins du patient s’appuie principalement sur l'évaluation de lames d’histopathologie, sur lesquelles des échantillons de tissus sont colorés chimiquement afin de fournir une lecture distincte de différents profils moléculaires tels que KRAS, HER2, Ki67 et autres. Des preuves supplémentaires soulignent l'importance de la distribution spatiale de ces phénotypes moléculaires pour les décisions de traitement. Dans le cadre de ce projet, nous avons pour objectif de concevoir et d’évaluer de nouveaux modèles d'intelligence artificielle permettant de quantifier automatiquement les informations spatiales associées au traitement, à partir d'images numériques de lames scannées. Plus précisément, nous investiguerons de nouveaux modèles à base de transformeurs visuels et de réseaux génératifs reposant sur de l’apprentissage profond pour en déduire des tests moléculaires à partir de lames H&E, de manière supervisée et non supervisée. En outre, nous étudierons comment cette organisation spatiale des profils moléculaires peut être corrélée avec les résultats du traitement à travers une modélisation par graphe dans un paradigme d'apprentissage profond. Nous avons la profonde conviction que les résultats de ce projet auront un effet positif sur l'oncologie clinique, et donc sur l'espérance de vie des patients.

Ce projet porte sur certaines généralisations des problèmes de transport optimal et leurs applications. Nous envisageons d'aborder trois sujets principaux : le transport optimal multi-marginal (et ses applications dans les mesures de risque et la chimie quantique), les modèles multi-populations en planification urbaine et le transport optimal entropique. Tout d'abord, nous étudierons les liens entre l'estimation du risque (compréhension de la combinaison d'événements la plus défavorable) et les problèmes de transport optimal multi-marginal. Comme ces problèmes sont affectés par ce que l'on appelle la malédiction de la dimensionnalité, ce qui signifie qu'ils ne sont pas resolvable numériquement, un objectif crucial est de caractériser la dimension de la solution et de mettre en œuvre de nouvelles méthodes numériques efficaces. Ensuite, nous proposons de développer de nouveaux outils basés sur le transport optimal pour traiter la résolution théorique et numérique de systèmes d'EDP, impliquant plusieurs populations, qui apparaissent naturellement, par exemple, dans la dynamique des systèmes urbains. Dans le même esprit, nous envisageons également d'aborder le problème de la construction de réseaux urbains (tels que le réseau de transport) afin de minimiser le temps de trajet de plusieurs populations (praticiens, ouvriers, etc.). Enfin, nous voulons nous concentrer sur le problème de transport optimal entropique qui est récemment devenu très populaire car il s'agit d'un moyen efficace pour approcher les problèmes de transport optimal, surtout d'un point de vue numérique. Cependant, il est nécessaire de mieux comprendre les taux de convergence et les développements asymptotiques des coûts, plans ou potentiels optimaux lorsque le paramètre de bruit disparaît, pour le problème de transport optimal classique ainsi que pour d'autres problèmes de transport optimal régularisés comme les problèmes multi-marginaux.

En raison de son faible coût par rapport aux enjeux, la simulation interactive est en plein essor dans de nombreux domaines comme la formation, l'évaluation de risques, la conception, etc. Elle s'appuie généralement sur du matériel de Réalité Virtuelle ou Augmentée. Puisqu'elle implique un humain dans la boucle, elle n'est toutefois possible que si les équations sont résolues plus vite que le pas de temps de calcul : on parle de temps réel. Dans le cas contraire, il y a une latence dans le monde virtuel qui perturbe l'immersion de l'utilisateur. En pratique, on peut tenir le temps réel pour des simulations comportant jusqu'à quelques milliers de degrés de libertés. Au-delà, il faut bien souvent se contenter de simulations hors-lignes et donc perdre le caractère interactif. Ce projet vise à rendre interactives de nombreuses simulations qui sont à ce jour hors-ligne. Pour cela, l'idée est de remplacer les sous-parties coûteuses en temps de calcul d'une simulation par l'évaluation de réseaux de neurones. Ces sous-parties coûteuses sont typiquement celles qui comportent un grand nombre de degrés de liberté, notamment des coques ou des volumes déformables tridimensionnels. Grâce à une phase d'apprentissage, il est possible d'obtenir des réseaux de neurones qui fournissent très rapidement une estimation des efforts d'une structure en réponse aux actions d'un utilisateur. Le projet consiste à faire de la co-simulation entre de tels réseaux de neurones et un solveur non-régulier adapté aux problèmes de contact que l'on sait déjà résoudre de manière interactive. Le premier objectif se concentre sur la levée des verrous. Il consiste à faire un interagir, par le contact, une poutre modélisée par éléments finis avec une autre poutre décrite par un réseau de neurones. Il permettra la réalisation du second objectif : la production d'un démonstrateur de simulation interactive réaliste entre un robot contrôlé par un Virtuose et un volume déformable.

Les anyons sont des entités qui échappent à la classification usuelle en bosons ou fermions des particules, car échanger deux anyons revient à assigner une phase arbitraire à leur fonction d'onde à deux corps qui n'est ni 0 (bosons) ni pi (fermions). Ils peuvent exister dans des systèmes bidimensionnels en interaction tels que les gaz 2D d'électrons dans le régime d'Effet Hall Quantique Fractionnaire. En effet, les excitations de basse énergie dans ce régime ont une charge et une statistique d'échange fractionnaires, donc sont des anyons. Bien que la charge fractionnaire ait été mesurée il y a vingt-cinq ans, une preuve directe de la statistique anyonique est restée hors de portée jusqu'en 2020. Cependant, les conditions expérimentales extrêmes ainsi que la fragilité de ces états face au désordre rendent difficiles une compréhension quantitative des anyons, et l'extension à des états non-Abéliens plus exotiques utiles pour l'information quantique topologique. Je propose une nouvelle approche où les fortes corrélations sont émulées pour faire émerger la statistique anyonique dans l'Effet Hall Quantique Entier, bien plus accessible et robuste. L'objet central est un contact Ohmique à haute énergie de charge, connecté à N > 1 canaux Hall Quantique balistiques. Tout électron injecté dans cet îlot sera fractionalisé en des impulsions de charge e/N quittant l'îlot via les canaux balistiques ressortant. Je propose d'utiliser un interféromètre Mach-Zehnder électronique dans l'un de ces canaux pour révéler la phase d'échange fractionnaire de ces excitations. La simulation quantique des anyons dans des conditions moins extrêmes (champ magnétique plus faible, robustesse contre le désordre propre à l'échantillon) constituera une première, qui permettra une comparaison théorie/expérience à un niveau quantitatif jusqu'ici hors d'atteinte pour des anyons. Elle sera une avancée vers la génération et la manipulation d'états exotiques topologiquement protégés.

Le théorème de Bell montre que les corrélations quantiques sont nonlocales, c’est-à-dire fondamentalement non classiques. Il a eu une influence considérable sur notre compréhension de ce que sont réellement les corrélations quantiques et ce qu’elles permettent, à la fois pour les fondements de la physique quantique, et pour ses applications (certification de systèmes et protocoles quantique, production d’aléatoire, cryptographie). Souvent, les expériences correspondantes mettent en œuvre des réseaux quantiques élémentaires, où sont distribués puis mesurés plusieurs états quantiques indépendant. Les possibilités offertes par les corrélations issues de ces réseaux pour comprendre les fondements et les applications concrètes de la physique quantique n’ont été appréhendées que très récemment. LINKS va réinventer l’étude de la nonlocalité quantique, des fondements aux applications, en considérant les structures causales en réseau. LINKS va (A) poser les bases de l’étude des corrélations dans les réseaux quantiques pour (B) révéler leurs conséquences pour les fondements de la physique quantique et pour ses applications et (C) rendre possible la réalisation expérimentale concrète de protocoles quantiques dans ces réseaux. LINKS va métamorphoser la visibilité des applications de la physique quantique dans le contexte des réseaux. It pourrait avoir une influence concrète sur les technologies quantiques, les entreprises de haute technologies et les start-ups. LINKS sera mis en œuvre par un consortium de trois chercheurs : le coordonnateur, un expert reconnus dans le très jeune domaine de la nonlocalité quantique dans les réseaux, et deux chercheurs mondialement reconnus pour leurs expertises dans les domaines de la nonlocalité, la certification des systèmes quantiques et les aspects fondamentaux de la théorie de l’information quantique. Cette équipe sera complété par un doctorant (financé de manière indépendante) et un post-doctorant (dont nous demandons le financement).

Nous proposons de concevoir, fabriquer et mesurer un nouveau qubit hybride qui combine des degrés de liberté bosoniques et fermioniques afin de réaliser des états quantiques plus robustes.

Terahertz (THz) covers the electromagnetic spectrum between infrared and microwaves. Owing to its capacity for unique bio-chemical specificity, THz holds strong promise for a wide range of applications in material analysis, environmental sensing, and health diagnostics. THz impacted high bandwidth free space communication since atmospheric windows fall in this spectrum and scattering by fog and pollution is reduced at long wavelengths. New horizons are expected to be opened in these fields when moving from classical to quantum sources. THz applications rely on detectors with limited performances, intrinsically limited by the energy of the photon to be measured that is comparable to the one of the thermal environmental background. Quantum mechanics provides a powerful tool to overcome these limitations: the entanglement. INTERQUO will demonstrate highly sensitive THz detection in spectroscopy and imaging application based on quantum protocols. By linking a THz photon (a few meV) to another one at higher energy (~1.6 eV), THz interaction with matter is accessible by detection performed solely on highly sensitive detectors in the Near-Infrared (NIR). This scheme of undetected photons is not affected by the thermal radiation background, relying on the quantum correlation between two photons in an entangled pair. INTERQUO will demonstrate miniaturized THz sources based on Gallium Phosphide (GaP), a material with an intrinsic dispersion extremely well adapted to the generation of THz-NIR photon pairs by nonlinear interactions. GaP is compatible with silicon technology, making THz quantum source ready to be used in established photonic circuits. High brightness THz sources will be demonstrated in waveguide designed GaP chips, where the overlap among the modes involved in the nonlinear process is optimized at the same time of the outcoupling of the light out of the semiconductor structures. INTERQUO will provide THz sources ready to be used in highly sensitive coherent detection schemes, competitive with actual available resources, such as time domain spectroscopy. INTERQUO will cover the high THz (20 to 35 THz) and the low THz ranges (1 to 6 THz), where classical techniques for coherent spectroscopy demand relative costly infrastructures, such as ultrafast lasers and amplifiers, as well as complex detection technologies. In this project we will demonstrate THz coherent detection demanding well established semiconductor technologies, continuous wave lasers and NIR single photon detectors. At the same INTERQUO will overcome the use of THz cameras, costly detector with limited number of pixels and poor performance, for imaging application. THz is a powerful tool in biology and medical applications as a non-invasive probe to discriminate healthy from sick tissue and to observe cells without induction of photochemical effect. However, the lack of highly sensitive detectors in the THz causes the use of strong pulses for imaging applications that can induce strong alteration of biomolecules such as DNA instabilities or shock-waves. INTERQUO provides a solution, highly sensitive THz imaging will be available on NIR cameras. At the same time, fundamental tests of quantum mechanics, routinely performed for quantum information processing, will be accessible in the THz spectrum, paving the way towards wider application of THz in quantum physics.

La question de la dissipation dans les systèmes quantiques à plusieurs corps est un sujet d'intérêt considérable, pour des raisons fondamentales - associées à la compréhension de la manière dont les corrélations quantiques à plusieurs corps survivent en présence de décohérence - et pour le développement de plates-formes réalistes pour les technologies quantiques. Parallèlement à la question de savoir comment la dissipation peut nuire à la cohérence quantique, il a également été suggéré d'utiliser la dissipation pour créer des systèmes intéressants à plusieurs corps - un concept qui généralise celui du pompage optique. L'idée de l'ingénierie des états dissipatifs est d'introduire un couplage contrôlé avec un environnement qui peut induire des corrélations ou des symétries, et peut produire ou stabiliser des états quantiques corrélés. Notre projet, qui combine travaux théoriques et expérimentaux, est d’explorer une ingénierie dissipative d’états de spin collectifs pertinents pour la simulation quantique, et utiles pour les senseurs quantiques. La plateforme expérimentale est un simulateur quantique à atomes ultrafroids qui réalise l'hamiltonien de Hubbard dans un réseau optique. Nous utiliserons des atomes de strontium 87, une espèce fermionique de spin 9/2 présentant une symétrie de spin SU(N) – le système est invariant par permutation de deux états de spin quelconques au sein de N états de spin, le nombre N pouvant être contrôlé à volonté entre 2 et 10. Des travaux théoriques antérieurs indiquent que des pertes à deux corps dans les systèmes SU(2) ou SU(3) offrent la possibilité de créer des états de Dicke généralisés fortement corrélés, qui sont intéressants pour la métrologie quantique. Notre projet est de vérifier expérimentalement cette possibilité, puis d'étudier sa généralisation pour des systèmes SU(N>3), tant du point de vue expérimental que théorique. Pour cela, nous utiliserons les raies étroites des atomes de strontium, qui peuvent server de transition d’horloge en métrologie des fréquences, qui nous permettront un excellent contrôle. En pratique, nous introduirons des pertes par photoassociation en utilisant ces transitions. En fonction du champ magnétique, ces pertes peuvent être sensibles ou insensibles au spin, ce qui permet de contrôler la force et la sélectivité en spin de la dissipation. Nous développerons également un nouveau schéma pour piloter à volonté les pertes à deux ou trois corps. En raison du caractère local des pertes et de la nature antisymétrique de la fonction d'onde, ces pertes à deux ou trois corps ciblent spécifiquement les états singulets SU(2) ou SU(3) respectivement. Ces capacités permettront d'étudier la dynamique quantique dissipative avec un contrôle total de la symétrie du Hamiltonien, de SU(2) à SU(10), et de la symétrie de la dissipation. Lorsque les pertes sont faibles, nous nous attendons généralement à ce que le système soit pompé vers des états stationnaires qui favorisent les corrélations de type triplet. Nous étudierons ces états et réaliserons des séquences de Ramsey pour caractériser leur qualité métrologique. En outre, nous réaliserons la première étude de la dynamique des gaz en réseau SU(N) dans le régime de forte dissipation. Du fait de l'effet Zeno quantique, des états métastables fortement corrélés devraient émerger, avec des similitudes avec ceux qui apparaissent dans le modèle t-J à basse énergie. Dans les deux régimes, nous étudierons la robustesse de la dynamique et des états stationnaires ou métastables en présence d'inhomogénéités, afin d'évaluer l'utilité pratique de ces nouveaux états quantiques hautement symétriques qui peuvent apparaître spontanément dans ces systèmes. Par conséquent, les résultats de ce projet peuvent trouver des applications dans la détection et la simulation quantiques, qui seraient directement pertinentes pour les atomes alcalino-terreux qui sont actuellement au cœur des travaux sur les horloges optiques et les interféromètres atomiques.

La simulation quantique est l'une des technologies quantiques les plus avancées. Parmi les montages développés au cours des dernières années, les réseaux d'atomes de Rydberg sont l'une des plateformes les plus (sinon la plus) avancées. Les systèmes basés sur le réseau d'atomes alcalins de Rydberg peuvent émuler un hamiltonien de spin arbitraire avec jusqu'à 200 particules, bien au-delà des capacités d'un ordinateur classique. Cependant, la durée de la simulation est actuellement limitée à quelques microsecondes par la durée de vie des états de Rydberg de faible moment cinétique accessibles par laser. Le passage à des états de Rydberg circulaires, qui ont une durée de vie beaucoup plus longue, permettrait de dépasser cette limite. Cependant, les atomes circulaires alcalins sont difficiles à manipuler avec la lumière optique. L'objectif à long terme du projet SCiRQ est de développer un simulateur quantique basé sur des états circulaires du strontium. Les états de Rydberg des éléments alcalino-terreux ont un cœur ionique optiquement actif qui peut être utilisé pour manipuler l'atome. Le système proposé offrira de nombreux avantages par rapport aux plates-formes existantes utilisant des alcalins. Le deuxième électron de valence permet de piéger un atome avec un simple faisceau gaussien en utilisant la polarisabilité du cœur ionique. La diffusion de photons sur la transition du cœur va permettre de détecter les atomes de Rydberg en détectant leur fluorescence sur une caméra, alors que, dans la plupart des simulateurs, les états de Rydberg sont détectés comme une perte d'atome qui conduit à l’absence de signal sur l'image finale. Le deuxième électron fournira également un moyen de refroidir le mouvement de l'atome circulaire de Rydberg, limitant le chauffage du réseau survenant pendant la simulation. Le couplage électrostatique résiduel entre les deux électrons de valence peut aussi être utilisé pour manipuler l'état de l'électron de Rydberg à l'aide d'une lumière laser interagissant avec le cœur ionique, afin d’effectuer des opérations locales sur un site donné du réseau avec une résolution spatiale micrométrique. Le couplage entre les deux électrons, combiné aux techniques développées pour les expériences de piège à ions, ouvre également la voie à l'encodage de l'état de l'atome de Rydberg dans l'un des états métastables du cœur afin que la fluorescence de l’atome permette de mesurer l'état de Rydberg circulaire. Dans le cadre du projet SCiRQ, les deux partenaires LKB et LIDYL associeront l'expertise expérimentale du LKB à la connaissance théorique approfondie des atomes à deux électrons du LIDYL afin de préparer un réseau d'atomes de Rydberg circulaires de strontium piégés. Au cours des quatre prochaines années, nous voulons démontrer quatre fonctionnalités clés (piégeage, refroidissement, adressage individuel, détection) qui montreront le potentiel de cet atome pour la simulation quantique. Chaque pince piègera un électron de Rydberg dans un état circulaire avec en son centre un ion Sr+, auquel il sera couplé par interaction électrostatique. Le simulateur bénéficiera à la fois de la flexibilité des atomes de Rydberg et de la richesse des techniques des ions, fusionnant en un seul système les avantages de deux des plateformes les plus avancées qui existent aujourd'hui. Le projet aura également un impact au-delà de la collaboration LKB-LIDYL. L'expertise développée pour la préparation des états circulaires du strontium bénéficiera à de nombreux domaines de la technologie quantique. Le couplage de l'électron de Rydberg au cœur ionique permet d'utiliser la transition d'horloge de l'ion Sr+ comme mémoire quantique pour stocker l'état du qubit de Rydberg. Cela ouvre également la voie à l'utilisation d'atomes de Rydberg circulaires pour la conversion cohérente de photons micro-ondes en photons optiques. Les adaptations à température ambiante de l'expérience offrent des perspectives intéressantes pour la métrologie quantique.

Les ondes de spin sont les excitations collectives des matériaux magnétiques. Classiquement, elles sont étudiées pour leur capacité à propager des informations de spin, et dans l’optique de nouveaux dispositifs logiques et RF. Récemment, il a été prédit qu’elles pourraient permettre l'enchevêtrement de qubits de spin NV, un enjeu majeur de ce domaine. De plus, les ondes de spin pourraient bénéficier à la magnétométrie NV en amplifiant le signal d’excitation et en augmentant la largeur instantanée de détection. Parallèlement, les magnons, les bosons des ondes de spin, peuvent avoir un caractère quantique de type condensat de Bose-Einstein (m-BEC). À ce jour, le m-BEC reste débattu et observé dans un seul système. La magnétométrie NV pourrait faciliter l’observation de m-BEC ferromagnétiques et antiferromagnétiques, et de superfluides de spin. Le projet TACTIQ a deux objectifs. Sur le plan fondamental, nous explorerons la présence de m-BEC en utilisant la détection NV, la spectroscopie BLS et la RPE à haut champla spectroscopie VNA. Sur le plan appliqué, nous utiliserons à court terme la magnétométrie NV pour la caractérisation et l’optimisation de dispositifs magnoniques et sur le long terme le couplage entre les magnons et NV pour construire les blocs de base de dispositifs quantiques hybrides.

Le hardware quantique n'a cessé de progresser au cours des dernières années. Parmi les faits marquants, quelques-unes des approches les plus avancées : qubits supraconducteurs, atomes froids, ions et qubits photoniques, ont récemment franchi la barre symbolique des 100 qubits. Cependant, la recherche de nouvelles plateformes physiques et matérielles qui pourraient révolutionner le domaine en fournissant de nouvelles fonctionnalités ou en résolvant certains des blocages technologiques qui subsistent, reste très active. Dans MolEQuBe, nous proposons d'explorer une nouvelle plateforme de matériaux quantiques combinant les propriétés optiques et de spin prometteuses des ions de terres rares avec la capacité unique de la chimie moléculaire de synthèse à créer des arrangements atomiques sur mesure et des architectures supramoléculaires fonctionnelles compatibles avec les résonateurs SC et les dispositifs photoniques. Ce contrôle fin sera exploité à différents niveaux, pour limiter les mécanismes de décohérence dus aux vibrations moléculaires et au bruit magnétique, pour concevoir des interactions qubit-qubit et des interactions qubit-hôte, et pour régler avec précision les énergies de transition optique et de spin du qubit. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, MolEQuBe rassemble un consortium d'experts possédant des compétences complémentaires et des capacités expérimentales uniques, notamment dans les domaines de la chimie des molécules des terres rares, de la spectroscopie optique cohérente et à haute résolution, du stockage optique cohérent, des technologies supraconductrices et des mesures de spin unique par micro-ondes. Au cours du projet, nous viserons trois objectifs principaux : (i) Nous synthétiserons des matériaux moléculaires à base de terres rares qui combinent les largeurs de raies optiques et de spin étroites inégalées des ions de terres rares avec les capacités de conception hautement déterministes fournies par la chimie moléculaire pour concevoir des plates-formes multiqubits évolutives et adressables optiquement. (ii) Nous démontrerons la détection de spin moléculaire unique en déposant des matériaux moléculaires RE optimisés sur des résonateurs micro-ondes (MW) supraconducteurs à facteur élevé et en utilisant le comptage de photons MW. Nous exploiterons ensuite cette capacité de détection de molécules uniques pour réaliser des portes à deux qubits en utilisant un petit registre de spin nucléaire à l'intérieur de la molécule. (iii) Nous créerons de nouvelles plates-formes de mémoire quantique intégrables, fabriquées dans des guides d'ondes polymères à faibles pertes présentant une large bande passante et contenant des molécules optimisées de 171Yb. Nous démontrerons le transfert de cohérence optique vers le spin et le stockage sur des ensembles de terres rares en utilisant le protocole de mémoire à peigne de fréquence atomique. Le fort potentiel et la faisabilité de l'approche de MolEQuBe sont étayés par les récents travaux réalisés par les partenaires. D'une part, les équipes de l'IRCP et de l'ISIS ont récemment rapporté une largeur de raie optique de 30 kHz dans un cristal moléculaire d'Eu3+ hautement concentré et isotopiquement pur (T2 optique de 10 µs). Cette avancée représente un rétrécissement de de trois à quatre ordres de grandeur par rapport aux centres moléculaires rapportés jusqu'à présent. Parallèlement, la détection d'un spin Er3+ unique à l'aide d'un cristal de scheelite par le partenaire SPEC ouvre la voie à des démonstrations quantiques avec des qubits moléculaires.

L'objectif général du projet de recherche JCJC PANOPLY est de développer un cadre systématique pour le contrôle pratique de réseaux de systèmes hyperboliques linéaires. Les stratégies de contrôle proposées sont dites pratiques dans le sens où elles sont constructives, faciles à mettre en œuvre et remplissent un ensemble de spécifications en termes de performance. Les réseaux de systèmes hyperboliques, éventuellement couplés à des équations différentielles, sont des modèles essentiels pour décrire une grande variété de systèmes complexes : propagation d’ondes, systèmes de lois d’équilibre, systèmes multi-physiques. Le contrôle et l’estimation de réseaux de systèmes hyperboliques constituent des problèmes d’ingénierie difficiles en raison de la nature distribuée des différents sous-systèmes composant le réseau (dépendance temporelle et spatiale), de la structure de graphe intriquée du réseau et de l'infaisabilité physique/économique de placer des capteurs et des actionneurs en tout point du domaine spatial. Les contraintes strictes d’implémentation techniques, environnementales et économiques ainsi que la grande complexité mathématique de ces systèmes expliquent pourquoi les méthodes de contrôle traditionnelles n'ont pas toujours été couronnées de succès. La théorie du contrôle des systèmes à paramètres distribués doit donc faire l'objet d'avancées substantielles pour remplir les objectifs de contrôle et d'estimation pour de telles structures de réseaux. Un réseau de systèmes hyperboliques peut être décrit comme un graphe : chaque arête correspond à un sous-système hyperbolique élémentaire, et les interactions entre les sous-systèmes composant le réseau se produisent aux sommets du graphe. Cette représentation graphique est la pierre angulaire de la méthodologie que nous introduisons dans PANOPLY. Le premier objectif de PANOPLY est de comprendre les liens entre la structure du réseau (nb de cycles, matrice d'incidence) et ses propriétés de contrôlabilité/observabilité (C/O). Nous chercherons à caractériser les configurations pour une structure de graphe donnée qui garantissent la C/O. Pour se faire, nous tirerons parti les concepts de contrôlabilité structurelle. Le deuxième objectif est de développer des techniques analytiques génériques pour quantifier les performances en boucle fermée du système par rapport à des indices de performance inspirés de l'industrie (par exemple, sensibilité, marges de robustesse, échantillonnage de données, taux de convergence, effort de calcul). Cet objectif est crucial pour optimiser l'emplacement des actionneurs/capteurs. Enfin, pour une configuration admissible d'actionneurs et de capteurs, nous souhaitons concevoir des contrôleurs par retour de sortie modulaires, évolutifs et implémentables numériquement. L'introduction de degrés de liberté dans la conception est ainsi nécessaire pour garantir la possibilité de réglage par rapport aux contraintes d’implémentation. Notre méthodologie repose sur une représentation du réseau via un graphe et sur son analyse structurelle systématique. Elle s'appuie également sur la théorie des équations intégrales. Nous utiliserons les résultats récents obtenus par le P.I. pour des réseaux simples, mettant en évidence des relations fortes entre la contrôlabilité spectrale et l'existence de solutions pour un ensemble d'équations intégrales de Fredholm, à partir desquelles il est possible d’obtenir des contrôleurs. Pour valider nos résultats théoriques et les comparer à des stratégies classiques, nous considérerons deux cas d’études. Le premier correspond au problème de régulation du trafic sur des réseaux routiers. Il s'agit d'un exemple académique que nous utiliserons pour valider nos résultats en simulation pour plusieurs configurations réalistes de graphes. Le second cas expérimental (pour lequel un banc de test est déjà disponible) correspond au contrôle actif des vibrations dans des structures mécaniques équipées de capteurs et d'actionneurs piézoélectriques.

La recherche de molécules organiques comme traceurs de chimie prébiotique et indicateurs d’habitabilité potentielle est l’un des objectifs majeurs des missions spatiales actuelles et futures pour Mars et les lunes glacées des géantes gazeuses (Europe, Encelade, Titan, etc.). Afin de guider ces missions, le projet LIBIOPANE a pour objectif d’évaluer les environnements et minéralogies les plus favorables à la préservation et à la détection des molécules organiques, en particulier des (bio)marqueurs lipidiques. Les lipides sont des composés biologiques essentiels qui peuvent être préservées sur Terre dans des roches âgées de plusieurs milliards d’années. Ce sont des outils puissants car ils recèlent nombre d’information permettant de reconstruire le paléoenvironnement du milieu dans lequel ils ont été formés. Ce sont donc des biosignatures idéales pour rechercher la vie ailleurs, si elle s’y est développée, sur Mars et les lunes glacées de Jupiter et Saturne pour lesquelles des missions sont en cours de développement (ex : Dragonfly). Les lipides formés de façon abiotique peuvent quant à eux apporter des indices précieux sur les minéraux et conditions favorables à la complexification des molécules organiques, voire au développement d’une vie primitive. LIBIOPANE se décompose en 4 tâches : 1/ Collecte, synthèse et caractérisation d’échantillons analogues aux objets ciblés ; 2/ Investigation de leur potentiel de préservation en biomarqueurs lipidiques ; 3/ Évaluation de la capacité des instruments de vol (ex. pyrolyse-GCMS) à détecter ces lipides ; 4/ Optimisation des protocoles analytiques de vol. LIBIOPANE propose une approche novatrice combinant données de laboratoire et données de vol simulées, primordiale pour discriminer les sources (exogènes ou endogènes) et origine(s) (pré-biotique, biotique ou abiotique) des molécules organiques détectées dans le système solaire, contribuant ainsi à une meilleure compréhension des conditions d’apparition du vivant sur Terre.

Au cours des dernières années, il est devenu clair que la réduction obligatoire de la consommation d'énergie, la volonté de moins dépendre des combustibles fossiles et la pollution de l'environnement nécessitent le développement de sources d'énergie durables et alternatives. Les technologies basées sur les nanomatériaux se sont avérées prometteuses dans le domaine des énergies renouvelables et durables en termes de propriétés optiques et thermiques, de stabilité à long terme et de coût. Cependant, il est essentiel de trouver des matériaux appropriés, puis d'évaluer leurs performances en les simulant au niveau de le dispositif, offrant un moyen rapide et peu coûteux de vérifier les conceptions et les processus de l'appareil. En exploitant les techniques de simulation des premiers principes issues de la physique et de la chimie théoriques, le projet TyLDE vise à comprendre et rationaliser la corrélation entre topologie de bande et confinement quantique sur leurs applications dans les domaines du photovoltaïque (PV, conversion directe de l'énergie entre la lumière et l'électricité) et thermoélectrique (TE, conversion directe d'énergie entre chaleur et électricité) afin de proposer de nouveaux matériaux intéressants qui seront ensuite transférés au niveau de la simulation de dispositifs. Notre objectif sera d'exploiter la topologie des bandes et la dimensionnalité du système afin de : 1) optimiser simultanément les conductivités électriques et thermiques des matériaux TE (conduisant à une augmentation de leurs performances bien supérieures à celles connues à ce jour) ; 2) concevoir la taille des fonctions d'onde des excitons ainsi que leurs dispersions dans les systèmes PV, en stimulant la photogénération d'excitons des porteurs et en optimisant leur diffusion. Le succès de ce projet constituera une avancée significative dans l'optimisation des propriétés des matériaux pour une nouvelle génération d'appareils à faible consommation d'énergie et à récupération d'énergie.

Les besoins à grande échelle de batteries Li-ion pour réaliser la transition énergétique dans le secteur des transports et la nécessité de contourner l’utilisation de matériaux à base de cobalt, problématiques tant sur le plan environnemental qu’économique, nécessitent encore de nombreux efforts. Composés de métaux de transition non critiques, les matériaux de type spinelle LiMn1.5+xNi0.5-xO4 (0 < x < 0,5) sont de bons candidats. En effet, leur capacité théorique de 147 mAh/g disponible à une tension moyenne de 4,7 V vs Li+/Li est adaptée aux applications fortes puissances. Malgré de nombreuses études sur ces matériaux, aucune relation claire entre la structure et les propriétés électrochimiques n’a été proposée. Ces connaissances sont indispensables pour envisager une application pratique. L’objectif du projet ORDERED est d’élucider avec précision l’influence de la structure locale et/ou de la composition sur les propriétés thermodynamiques (tension de fonctionnement, réponse structurale lors de la délithiation/lithiation) et cinétiques (conductivités ionique et électronique) des composés LiMn1,5+xNi0,5-xO4. L’environnement local du centre redox sera ajusté en (i) modifiant la composition en nickel et/ou (ii) en ajustant les conditions de synthèse pour contrôler la densité de défauts structuraux. Un large éventail de méthodes expérimentales sera utilisé, réunissant des mesures électrochimiques, des mesures de spectroscopie diélectrique à large bande (20Hz-18GHz) et diverses caractérisations structurales telles que les méthodes de diffraction des rayons X et des neutrons. Différentes méthodes numériques allant des calculs DFT à la dynamique moléculaire seront mises en œuvre pour obtenir des informations sur les distributions de densité électronique et les propriétés de diffusion des ions lithium. L’analyse couplée de ces données expérimentales et théoriques fournira une description complète des propriétés électrochimiques de LiMn1,5+xNi0,5-xO4.

Le projet PLASINTER a pour but d’approfondir les connaissances relatives au comportement d’un catalyseur monolithique, tant dans sa structure que dans sa nature chimique, lors de la réaction d’hydrogénation du CO2 assistée par plasma non thermique. Il y a consensus dans la communauté plasma sur la nécessité d’élucider les réactions chimiques en couplage plasma – catalyse afin d’optimiser cette technologie. La conception de catalyseurs spécifiquement adaptés à l'activation par plasma et la caractérisation in-situ/operando avec le soutien de la modélisation fourniraient des informations clés sur les processus sous-jacents et permettraient le développement de supports et phases catalytiques optimaux. Ce projet fondamental vise à comprendre comment la micro-mésoporosité de canaux monolithiques modifie la propagation de la décharge plasma, donc la barrière d'activation sur le catalyseur et l'activation du CO2. L'analyse de la surface du catalyseur et de la phase gazeuse par des techniques infrarouge in-situ sera réalisée afin d'établir les propriétés du plasma à pression atmosphérique se développant au cœur des monolithes et d'identifier les réactions chimiques du plasma induites sur les surfaces. La conception de catalyseurs à structure contrôlée permettra de relier les effets des micro-canaux du monolithe à la réaction d'hydrogénation. Des alumines et silices mésoporeuses supportées avec du Ni ou Cu seront synthétisées et les effets de promoteurs sur les propriétés physico-chimiques des catalyseurs évalués. L'investigation par des expérimentations combinées ex-situ & in-situ fournira des connaissances clés sur la conception des catalyseurs et les mécanismes de réaction de la réaction d’hydrogénation sous plasma.

L'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables est un élément-clé dans la transition énergétique. La combustion d'hydrogène y est appelée à remplacer les combustibles fossiles dans de nombreux systèmes industriels produisant électricité, vapeur, chaleur. Toutefois, la combustion de l'hydrogène demande d’en contrôler la sécurité, l'efficacité et ses émissions polluantes d'oxydes d'azote (NOx). Sans azote, l'oxy-combustion de l'hydrogène promet zéro émissions nettes de CO2 et NOx en brûlant l'hydrogène avec l’oxygène pur également généré par électrolyse. La température élevée de ces flammes peut être atténuée par dilution de vapeur d’eau. Ceci génère un environnement haute température et corrosif dans la chambre de combustion qui nécessite des matériaux innovants. En outre, la stabilisation des oxy-flammes à l'hydrogène est méconnue, et le rayonnement thermique dû à la forte concentration de vapeur modifie le transfert de chaleur. Le projet HyMaX vise à caractériser, analyser et modéliser la stabilisation et le transfert de chaleur dans l'oxy-combustion de l'hydrogène. Pour supporter ces conditions, des parois céramiques haute performance seront conçues et testées dans une chambre d’oxy-combustion équipée d’un injecteur coaxial. Le revêtement conçu présentera le meilleur compromis performance-durabilité-élaboration. La stabilisation de la flamme sur l’injecteur et les transferts thermiques seront étudiés par expériences et simulations. Tout au long du projet HyMaX, l'interaction entre les propriétés thermo-radiatives du revêtement, le transfert de chaleur et la stabilisation de flammes hydrogène-oxygène sera examinée avec les diagnostics, méthodes et modèles les plus avancés. Le projet repose sur le regroupement des laboratoires CEMHTI, EM2C et IRCER, et de la société Air Liquide. L'injecteur stabilisateur et les matériaux conçus constitueront des démonstrateurs tangibles de l'oxy-combustion d'hydrogène et favoriseront les nouveaux usages liés à l'hydrogène.

La synthèse portable, à la demande et au point d'utilisation des nanoparticules (NP) peut améliorer la faisabilité des applications portables nécessitant de tels matériaux. Actuellement, de nombreuses techniques de synthèse nécessitent des installations fixes et complexes. Par conséquent, les appareils mobiles doivent stocker et livrer des NP préfabriquées, ce qui augmente les coûts et la complexité. La livraison au point d'utilisation peut être coûteux en énergie et ralentir la réactivité de l'appareil. En outre, certaines applications peuvent nécessiter une variété de propriétés des NP, ce qui complexifierait les systèmes de stockage/livraison embarqués. Il existe donc un besoin de développer une technologie qui permettrait une synthèse rapide et efficace à l'aide d'une plateforme simple et compacte capable d'exercer un contrôle précis sur les propriétés des NP. Les plasmas peuvent relever ces défis en produisant des conditions physico-chimiques difficiles à atteindre autrement. Cependant, les techniques de synthèse de NP existantes à faible densité d'énergie fonctionnant loin de l'équilibre thermodynamique local (ETL) ont des difficultés à décomposer les précurseurs solides, qui sont idéaux pour les applications mobiles en termes de facilité de stockage. Les techniques à haute densité d'énergie telles que l'ablation par étincelle à l'ETL reposent sur une température très élevée (ex. 10000 K), qui peut avoir un impact négatif sur le rendement du produit et l'ingénierie thermique du réacteur. Nous visons à réaliser la synthèse en phase gazeuse des NP en utilisant des décharges nanosecondes répétitives pulsées (NRP), qui permettent d'atteindre des conditions fortement non ETL qui dirigent l'énergie vers l'ionisation et la dissociation plutôt que vers le chauffage, ce qui peut conduire à une efficacité énergétique élevée. Le raccourcissement de la durée de l'impulsion à 10 ns peut résoudre plusieurs des problèmes auxquels est confrontée l'ablation par étincelle en limitant fortement l'état thermique du plasma. L'utilisation d'une fréquence de répétition des impulsions élevée, supérieure à 10 kHz, réduit le coût énergétique de l'ionisation. Les décharges NRP créent également des conditions thermiques uniques pour la nucléation et la croissance des NP, y compris des taux de chauffage et de refroidissement très rapides. Bien que les techniques plasma se soient avérées très efficaces, la compréhension des mécanismes de synthèse s'est largement appuyée sur la caractérisation ex situ des matériaux des NP produites. Cependant, sans observation directe de la nucléation et de la croissance à l'intérieur du réacteur, la compréhension manque de détails. La validation de modèles quantitatifs détaillés nécessiterait des mesures in situ des NP, des espèces chimiques et des environnements réactionnels. NANObyNANO vise à développer une compréhension fondamentale et détaillée de la synthèse des NP par plasma. Notre approche expérimentale comprendra des diagnostics laser in situ de pointe de la croissance spatio-temporelle des NP, à l'aide de la spectroscopie Raman anti-Stokes cohérente et de la diffusion Rayleigh-Brillouin cohérente, ainsi que des diagnostics optiques des propriétés du plasma. Grâce aux données détaillées de ces diagnostics, nous développerons un modèle théorique de la formation de NP dans les décharges NRP. La connaissance fondamentale développée par NANObyNANO permettra d'utiliser les décharges NRP pour la production de NP avec des propriétés bien définies d'une manière simple et très efficace. Les résultats de NANObyNANO peuvent éventuellement conduire à une future plateforme mobile pour la synthèse de NP à la demande, directement sur le lieu d'utilisation, éliminant ainsi le besoin de systèmes de stockage/livraison embarqués. Le processus peut se dérouler en une seule étape, être très efficace dans l'utilisation de l'énergie et des matériaux précurseurs, et permettre l'ajustement des propriétés des NP.

Les cellules solaires à base de pérovskite halogénée (PSC) sont au centre des technologies photovoltaïques émergentes. Le projet franco-allemand ALSATIAN vise à améliorer la fiabilité des PSC en développant de nouvelles couches fonctionnelles qui amélioreront la stabilité des cellules à haut rendement. En se focalisant principalement sur l'efficacité des PSC, le risque est de se restreindre à un type d’hétérostructure de dispositif en particulier, hétérostructure qui pourrait s’avérer être non-idéale en termes de fiabilité. ALSATIAN s’intéressera à aller au-delà des matériaux standards employés comme couches interfaciales afin de s’orienter vers de nouveaux matériaux en couches minces et de nouvelles procédures de dépôt de couches minces par dépôt de couches atomiques (ALD) et par dépôt de couches moléculaires (MLD) adjacentes à l'absorbeur pérovskite dans la cellule comme couche de transport, de recombinaison ou de passivation. En utilisant des techniques in situ et operando, nous prévoyons d'évaluer l'impact de l'interface entre la couche intermédiaire et la pérovskite sur la performance et la stabilité du dispositif. Nos objectives comprennent d'évaluer la compatibilité du processus de dépôt de la couche intermédiaire avec le film de pérovskite, car les réactions chimiques peuvent initier une dégradation rapide ou créer des sites de défauts qui entravent la fonctionnalité du dispositif. Cependant, pour un système d'interface stabilisé, la couche fonctionnelle peut assurer la protection du film de pérovskite et améliorer les propriétés optoélectroniques. Nous utiliserons des spectroscopies avancées associées à des calculs DFT pour étudier les voies de réaction chimique qui se produisent pendant la croissance de la couche aux interfaces. En outre, nous étudierons les réactions (photo-)électrochimiques entre les couches qui pourraient être induites. À cette fin, nous évaluerons les interfaces enfouies par photoémission de rayons X durs et déterminerons les propriétés électroniques, que nous corrélerons aux données de la spectroscopie optique à résolution spatiale. En combinaison, nous étudierons l'impact de l'interface entre la couche fonctionnelle et la couche de pérovskite sur la performance et la stabilité du dispositif in-situ, i.e. entre les étapes de croissance, ou operando, i.e. pour l'exploitation des cellules solaires.

Le projet MeMoRA a pour objectif de développer une méthodologie de maintenance prédictive de larges structures mécaniques vibrantes non-linéaires en exploitant leurs antirésonances pour détecter et localiser de façon précoce l’apparition de défauts tout en considérant les nombreuses incertitudes dans lesquelles la structure évolue. Afin de rendre numériquement possible une telle approche, une stratégie de méta-modélisation et de construction de plans d’expériences enrichis par la physique seront développés afin de reconstruire le comportement spatial et fréquentiel des antirésonances des structures mécaniques incertaines. Les fonctions de réponses en fréquences (FRF) de premier ordre, et d’ordre supérieur dans le cas non-linéaire, pourront alors être entièrement reconstruites en tout point de la structure en considérant les incertitudes de modélisation. Ainsi, MeMoRA permettra de définir de nouveaux indicateurs de santé robustes basés sur les antirésonances, très sensibles aux défauts contrairement aux indicateurs classiques, afin de détecter et localiser l’apparition précoce de défauts en contexte incertain. Ces nouveaux indicateurs et les méthodes précédemment développées seront couplés à une stratégie d’optimisation robuste de placement de capteurs pour maximiser la détectabilité des défauts dans un contexte incertain. Le projet se focalisera sur le cas des rotors avec une fissure respirante, et sera amené à s’étendre à des structures complexes du monde industriel (turbomachines, éoliennes, ponts).

La réduction de l'empreinte environnementale des avions, par la baisse de leur consommation de carburant et de leur émission sonore, est un enjeu majeur qui passe par de nouvelle avancées scientifiques et technologiques. Avec l’arrivée des réacteurs à haut taux de dilution et la diminution du bruit de jet qu’ils permettent, les ondes acoustiques générées par les pales de la soufflante sont devenues une composante prépondérante du son émis et leur atténuation est plus que jamais nécessaire. Les réacteurs d’avion utilisent des matériaux insonorisants (appelés acoustic liners en anglais) pour réduire leur émission de bruit. Dans leur architecture la plus répandue, ceux-ci sont constitués de petites cavités résonantes placées dans l’épaisseur de la nacelle du réacteur, qui sont séparées de l’écoulement par une plaque perforée. Lors de leur propagation, les ondes acoustiques générées par la soufflante sont en partie transformées en tourbillons dans les cavités du matériau absorbant, lesquels sont in fine dissipés par viscosité. C’est le mécanisme classique d’absorption de l’énergie sonore. Dans les réacteurs d’avion, une spécificité est que les ondes acoustiques se propagent dans un écoulement rasant turbulent, ce qui a plusieurs conséquences. D'une part, cet écoulement modifie la réponse acoustique du revêtement, c’est-à-dire son impédance acoustique, dont la définition même pose problème avec écoulement. D’autre part, le matériau affecte la structure de la couche limite turbulente, ce qui a un effet néfaste sur la trainée, signifiant que l’absorption sonore se fait au détriment de la consommation. Ainsi, une interaction entre trois acteurs différents se met en place : l'écoulement turbulent, l'onde acoustique, et le revêtement acoustique. Cette interaction est complexe de par sa nature fortement non linéaire et nécessite d'être étudiée dans son ensemble, ce qui fait l'objet du projet ACOUDRAG. Ce projet répond au besoin d'accroître les connaissances fondamentales dans deux domaines mentionnés dans l'Axe B.4 de l'Appel à Projets Générique 2023 (Ingénierie et Sciences des Procédés) : la mécanique des fluides et l'aéroacoustique. Il rassemble deux partenaires : l’Institut PPRIME (Université de Poitiers, CNRS), et l’ONERA Toulouse, un établissement public à ambition industrielle. Le projet ACOUDRAG cherche à éclaircir la physique de l'écoulement à proximité d'une surface traitée acoustiquement en considérant deux problèmes liés : (1) Comment les revêtements réagissent-ils aux structures turbulentes, comment ces dernières modifient-elles l’impédance acoustique ? (2) Comment quantifier l'effet de l'interaction onde acoustique/paroi sur la dynamique de l'écoulement ? En particulier se pose la question de l’impact de l’onde acoustique sur la trainée et des paramètres régissant cette interaction. Pour apporter une réponse à ces questions, le positionnement du projet consiste à utiliser des simulations numériques à haute-fidélité ainsi que des techniques de mesure résolues en temps. Les simulations numériques seront réalisées à PPRIME et porteront sur des écoulements de canal pleinement turbulents, où les échelles de la turbulence seront intégralement incluses ou partiellement modélisées, et la géométrie du matériau absorbant sera pris en compte. Les expériences seront réalisées à l’ONERA, qui dispose de deux bancs de mesures performants associant mesures microphoniques et vélocimétrie laser, et autorisant la mesure du frottement pariétal. Les partenaires définiront des configurations communes et partageront leurs méthodologies d’analyse. Leurs contributions complémentaires fourniront une base de données fiable et complète. Son analyse permettra d'élucider et de modéliser la dynamique des écoulements, et guidera la conception de nouveaux matériaux, permettant aux revêtements acoustiques de maximiser leurs propriétés d'absorption acoustique et de minimiser leur traînée. La base de données sera publiée en libre accès pour la communauté.

La propulsion électrique (PE) pour satellite, ou propulsion plasma, connaît actuellement un bouleversement dû à l’augmentation du coût du xénon, le principal gaz propulsif utilisé. Cette situation est créée par une diminution de la production, une augmentation du coût de production due à la crise énergétique, et une augmentation rapide de la demande en satellites utilisant la PE. Les industriels cherchent donc à remplacer le xenon par un autre gaz moins cher et plus abondant : le diode (I2). Cependant, il apparait dans les études actuelles que le I2 n’est pas compatible avec les neutraliseurs de faisceau de forte puissance, cathodes creuses d’émissions d’électrons, utilisés par les technologies de PE dominant le marché. Ce facteur est donc un frein important à la généralisation de son utilisation industrielle. Par ailleurs, les fabricants de satellites commencent à vendre des satellites produits en série et en grands nombres. Ces satellites sont principalement des modèles de tailles petites et moyennes (de 10 à 600 kg) pour lesquels les technologies de PE actuellement sur le marché ne répondent pas à tous les besoins exprimés par les fabricants de satellites. Ces derniers aimeraient réduire les coûts liés à la PE tout en ayant des produits plus fiables, plus efficaces et de durée de vie plus élevée. Ce projet vise à trouver une solution à ces problématiques en étudiant la combinaison du propergol l2 et d’une technologie particulièrement innovante de propulseur : le propulseur à résonance cyclotronique électronique (ECRT). Cette technologie a déjà démontré des performances particulièrement intéressantes à différents niveaux de puissance, 30 watts et 200 watts, elle n’utilise pas de cathode, ce qui la rend particulièrement compacte, bon marché, fiable et compatible avec le I2. Le I2 est un gaz moléculaire à la chimie complexe dont la connaissance reste naissante. En comparaison des études existantes sur les plasmas de I2 utilisant les technologies classiques de PE, l'ECRT présente des températures électroniques (Te) particulièrement élevées (de 20 à 60 eV) qui devrait permettre de mieux exploiter les propriétés du I2. Le projet permettra la création d’un banc d’essai pour caractériser les performances de l’ECRT au I2 et pour étudier finement la composition chimique du plasma produit par le propulseur. Cette chimie sera étudiée expérimentalement grâce à un grand nombre de diagnostics mis en œuvre durant le projet. Ces études seront comparées à des résultats de simulations numériques obtenus par un code PIC 1D. Ce code est existant et fonctionnel pour des gaz rares. Sa chimie sera adaptée aux plasmas de I2 durant le projet. Ces comparaisons permettront d’apporter des données sur la composition chimique d’un plasma de I2 dans des gammes de Te jamais testées auparavant et de contribuer à l’amélioration de modèles d’équilibre chimique de ces plasmas. Une étude spécifique sera menée sur la dynamique des différents ions du plasma au sein de la tuyère magnétique du propulseur. Cette étude apportera des jeux de données nouveaux décrivant pour la première fois le comportement d’une tuyère magnétique alimentée par un plasma aux propriétés électronégatives. L’étude contribuera ainsi à ce champ de recherche actif avec des données originales. Enfin, EPPSI mettra en place et caractérisera le fonctionnement du premier ECRT au I2 et permettra ainsi de fournir des éléments de réponses quant à la capacité de cette combinaison à modifier le paysage de la propulsion électrique de satellite de faible et forte puissance.

La cristallisation est un procédé de séparation et purification très employé dans l’industrie pour la fabrication de médicaments, la purification de métaux de qualité batterie, l’agroalimentaire, etc. Bien que le procédé soit mature, la cristallisation industrielle présente encore deux principaux défis : (1) contrôler la distribution en taille des cristaux (CSD), qui impacte fortement l’efficacité des procédés avals (filtration, lavage, séchage), et (2) contrôler la phase solide afin d’optimiser les propriétés physico-chimiques du produit –e.g. solubilité d’un principe actif (API). Le contrôle de ces caractéristiques est difficile à cause de la nucléation indésirable survenant dans les réacteurs de cristallisation. La nucléation est un phénomène stochastique à l’origine de la production de germes cristallins à partir d’une solution sursaturée. Dans un procédé de cristallisation, le changement d’échelle (scale-up) est souvent une étape complexe car l’agitation de la solution (nécessaire à l’homogénéité) induit du cisaillement qui augmente fortement le taux de nucléation [1] et empêche donc un contrôle précis de la CSD. L’industrie contourne le problème de la nucléation en amorçant la cristallisation par l’ajout d’une quantité de germes calibrés dans une solution à faible sursaturation afin de limiter la nucléation spontanée indésirable. Bien que cette technique soit satisfaisante, elle peut être contraignante dans certaines situations (milieu stérile, quantité insuffisante de germes, etc.). Il y a donc un besoin pour des techniques d’amorçage in situ, flexible et extrapolable permettant un haut degré de contrôle du polymorphe et de la CSD. Des alternatives à base de champs externes se développent – e .g. sonocristallisation, nucléation induite par laser [2] – mais leur caractère extrapolable est encore limité . Le projet INCRYS propose d’utiliser un plasma froid produit par décharge nanoseconde pour amorcer la cristallisation de façon flexible, non-intrusive et in situ. Trois objectifs sont visés : 1. Identifier le mécanisme de nucléation induite par plasma en mesurant (i) la dynamique de la nucléation et (ii) la dynamique d’agents plasma connus pour induire la nucléation. Nous supposerons alors que la nucléation est synchrone avec les agents plasma qui pilotent la nucléation pour en déduire le(s) mécanisme(s) 2. Comparer l’effet du cisaillement et du plasma sur la nucléation en mesurant le taux de nucléation dans des réacteurs agités. Comme le taux de nucléation augmente avec le cisaillement il doit exister un régime de nucléation induit par plasma à faible cisaillement. Ce régime définit les conditions d’application du plasma dans un cristallisoir agité. 3. Etudier le passage à l’échelle de la méthode par amorçage d’un cristallisoir de 100 mL Nous pensons que la charge de germes induite par plasma peut être ajustée pour avoir l’effet souhaité sur la CSD. Ces études seront réalisées dans un système plasma microfluidique, avec un pérovskite à base d’halogénure de plomb comme composé modèle. Elles seront conduites par un consortium de partenaires aux expertises complémentaires issus de CentraleSupélec, de l’Ecole Normale Supérieure Paris Saclay et du CNRS. A l’issue du projet, un réacteur d’amorçage plasma microfluidique ainsi qu’une méthode d’implémentation dans un réacteur de cristallisation agité seront obtenus. L’approche expérimentale développée dans le projet sera appliquée à la cristallisation de pérovskite mais pourrait être transposée à la cristallisation de n’importe quel autre composé d’intérêt, ce qui offre des perspectives d’applications intéressantes pour la recherche et l’industrie. [1] C. Forsyth et al., 2015, Cryst. Growth Des., 15, 94–102, https://doi.org/10.1021/cg5008878 [2] Clair B et al., J. App. Cryst., 2014, 47: 1252. https://doi.org/10.1107/S160057671401098X

De nombreux procédés et systèmes technologiques mettent en œuvre des films liquides ruisselants afin d’intensifier les transferts de matière et/ou de chaleur. Cette stratégie est utilisée en particulier dans les tours de refroidissement par évaporation, les processus d'absorption et de distillation, la capture du CO2, le dessalement ou les systèmes de refroidissement pour la mobilité électrique. Les films liquides minces s’écoulent généralement sur des surfaces complexes, caractérisées par la présence et la répétition de motifs de surface tels que des ondulations, des fentes ou des perforations. Depuis les travaux pionniers de Nusselt et Kapitza, les écoulements de films liquides ont fait l'objet d'une littérature abondante, la configuration de référence étant la plaque plane verticale ou inclinée. Cependant, il y a beaucoup moins d'études sur les interactions entre les films liquides et les motifs de surface et elles considèrent principalement l'effet des ondulations sur la dynamique des films tombants. Le projet FILLMORE vise à augmenter la connaissance, la compréhension et la maîtrise des interactions entre les films liquides et les motifs de surface, en examinant en particulier comment ces interactions se manifestent aux différentes échelles d’espace, dans le but d’optimiser les transferts, et de proposer des solutions plus appropriées pour atteindre une meilleure efficacité, une plus faible consommation d'énergie et une meilleure empreinte environnementale. Si l'échelle macroscopique dépend fortement du processus multi-physique ou du système étudié, les échelles méso et micro ont un caractère générique. Le projet est donc fondé sur l'étude de géométries génériques représentatives des structures rencontrées dans différents secteurs industriels. Ces géométries sont choisies pour se concentrer sur l'effet de la mouillabilité et des motifs de surface sur les écoulements de films liquides. Elles sont simplifiées pour permettre des expériences aux conditions contrôlées et des simulations sur des configurations bien définies. Le premier objectif est de produire des données expérimentales complètes et détaillées aux échelles micro et méso. Les écoulements sur ces géométries élémentaires seront soigneusement caractérisés (morphologie de l'écoulement, modes de franchissement des motifs, cartes d'épaisseur de film, champ de vitesse, et débit transféré par les perforations). Une nouvelle méthode de vélocimétrie 3D3C ne nécessitant qu’une seule caméra sera en particulier mise en œuvre. Le deuxième objectif est d'étendre cet ensemble de données avec des simulations numériques micro-résolues et de haute fidélité (CFD), avec une validation minutieuse du suivi de l'interface et la dynamique des lignes triples. Le troisième objectif est de développer des modèles appropriés à la méso-échelle (modèles de Saint-Venant moyennés sur l'épaisseur du film) sur la base de ces données expérimentales et numériques. Le quatrième objectif est d'optimiser la géométrie des motifs, en utilisant des simulations de systèmes industriels représentatifs, où des films liquides tombant sur des géométries complexes sont rencontrés, simultanément avec d'autres phénomènes physico-chimiques pilotés par l'hydrodynamique, tels que le transfert interfacial de chaleur et de masse ou la réaction chimique sur les surfaces ; visant à proposer des concepts innovants (éléments géométriques, stratégie d'alimentation en fluide...) en utilisant ces outils numériques. Ces approches seront appliquées à deux cas réels : l'optimisation des tours de refroidissement pour minimiser l'encrassement tout en garantissant l'efficacité du refroidissement, et le refroidissement direct des moteurs électriques.

La réfrigération secondaire est un moyen efficace de réduire fortement la quantité de fluide frigorifique primaire utilisée. Cette méthode améliore l'efficacité énergétique via le stockage et le transport de fluides secondaires à forte densité énergétique. Ces coulis de glace, composés de cristaux de glace suspendus dans une solution aqueuse, ne sont malheureusement pas encore répandus en raison du surinvestissement lié aux générateurs de type surface raclée. Dans ce cadre, le projet COOLISSE, consiste à participer à l’optimisation énergétique du secteur de la réfrigération en concevant de nouveaux types de générateurs de coulis de glace. Il s’agit de développer des surfaces en acier inoxydable où la glace formée sera emportée par l'écoulement du fluide, sans nécessiter de raclage mécanique. Ces surfaces biomimétiques micro/nanostructurées non mouillantes, dotées de propriétés antigivre, seront obtenues par une combinaison originale d’un procédé de fabrication additive (production de microstructures) et d’ablation laser femtoseconde (rugosité nanométrique), qui amèneront à une surface en acier inoxydable texturée multi-échelles. Ces surfaces seront imprégnées par un liquide inerte afin d'obtenir une surface infusée glissante (SLIPS). Le second objectif du projet est de développer des méthodes et une expertise sur la caractérisation de ces surfaces sous écoulement à basse température. Le potentiel de ces surfaces anti-givre sera étudié au travers de leurs actions sur la formation de glace, en analysant le temps de congélation, la force d'adhésion et la nucléation en cours de congélation. En parallèle, un modèle numérique sera développé pour décrire l'état d'équilibre thermique, le flux de chaleur et les changements d'interface gaz-solide-liquide pendant la congélation et le changement de phase. L'impact environnemental et le gain potentiel des nouvelles surfaces sur le processus de fabrication de coulis seront également étudiés par une analyse de leur cycle de vie.

Le projet OPTILAM a pour objectif développer des outils de diagnostics locaux à l’échelle du bain de fusion pour la détermination des microstructures de pièces fabriquées par le procédé L-PBF (laser powder bed fusion). Le projet vise ainsi à : (1) Evaluer in situ, à partir d’un banc instrumenté existant, l’absorption de l’énergie laser en phase solide du lit de poudre (avec une densité contrôlée) et en phase liquide (bain fondu) du procédé L-PBF à partir de 3 sources laser : source de référence IR, laser vert et laser bleu, ces 2 dernières sources permettant de modifier les niveaux d’absorption ; (2) Analyser in situ la vapeur éjectée (en plus de capteurs coaxiaux IR et visible déjà existants sur le dispositif) à partir des moyens de diagnostics (optique, spectroscopique, laser) croisés qui seront installés sur le banc. Ces analyses permettront d’estimer le niveau d’interaction laser-matière précis et serviront de base pour tester l’influence de l’énergie déposée sur le taux de vaporisation, les tailles de la zone fondue et les caractéristiques des phases présentes ; (3) Caractériser les matériaux/structures fabriqués à partir des différentes sources en termes de microstructures et de propriétés mécaniques à différentes échelles, à l’aide en particulier de mesures par nano-indentation à l’échelle locale et par tomographie et de mesures de propriétés physiques telles que la conduction électrique ; (4) Corréler les mesures in situ, les propriétés multi-échelle pour démontrer l’aptitude des données issues du banc instrumenté à décrire fidèlement la physique du procédé L-PBF et à contribuer à la prédiction d’une microstructure. (5) Valider les résultats obtenus à partir des bancs instrumentés sur une machine industrielle afin de démontrer la possibilité d’adapter et d’utiliser des outils de diagnostics locaux sur bancs instrumentés, à l’échelle du bain de fusion, pour la détermination d’une microstructure.

La dystrophie musculaire de Duchenne (DMD), la plus grave des maladies génétiques pédiatriques musculaires, est causée par l'absence de dystrophine, qui est une protéine essentielle à l'intégrité des fibres musculaires. Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans l'approche thérapeutique par thérapie génique basée sur l'AAV pour la DMD. Dans les modèles animaux de DMD, la restauration par thérapie génique de l'expression de la dystrophine a été associée à une amélioration significative de la fonction musculaire et à un bénéfice thérapeutique. Malheureusement, ce n'est pas encore le cas dans les essais sur l'homme, où la restauration de la dystrophine n'était jusqu'à présent que marginalement associée au bénéfice médical des patients traités. Bien que les raisons précises de cette différence ne soient pas complètement connues, on peut supposer que la pathologie humaine est plus complexe que dans les modèles animaux. Ainsi, une leçon importante est que les modèles animaux ne parviennent pas à reproduire certains aspects de la maladie, ce qui souligne la nécessité de développer de nouveaux modèles de maladie. La technologie des organoïdes humains a rapidement progressé ces dernières années, intégrant les avantages d'un système humanisé à celui de la réduction de l'expérimentation animale. Nous avons récemment identifié des perturbations du métabolisme des lipides dans la DMD. Nos données publiées et préliminaires soutiennent fortement que les perturbations lipidiques pourraient être une pathologie secondaire d'importance critique encore sous-estimée dans la DMD. Sur la base de cette hypothèse, nous développons le concept de thérapie combinée, intégrant la restauration de l'expression de la dystrophine avec la normalisation du métabolisme des lipides. Sur la base de l'expérimentation animale, nous avons ensuite développé un pipeline pour l'évaluation de la thérapie combinée dans le modèle de souris mdx. L'objectif de la présente proposition est le développement d’organoïdes humains, en tant que système modèle alternatif pour l'évaluation de la thérapie combinée dans la DMD. Les résultats préliminaires, qui sont présentés dans la proposition, montrent que les organoïdes DMD récapitulent de nombreuses caractéristiques du système de modèle de souris (in vivo) et qu'ils conviennent à l'analyse de la force musculaire en tant que critères d’évaluation thérapeutique, soutenant la faisabilité d'utiliser ce système en tant que contrepartie humaine in vitro aux études précliniques in vivo translationnelles chez l'animal. Une optimisation supplémentaire de ce nouveau système modèle peut intégrer les avantages de 1) la robustesse du modèle humanisé, 2) la réduction des coûts et du temps et des animaux, et 3) la médecine personnalisée.

"Templex" est un concept innovant issu d'un développement transversal au sein d'une équipe interdisciplinaire d'un institut consacré à l'étude du climat et de ses impacts. Le principe est ancré dans les contributions majeures d'Henri Poincaré, qui a été le premier à décrire la manière dont les propriétés d'un système dynamique dépendent de sa topologie. Les propriétés topologiques fournissent des informations détaillées sur les mécanismes fondamentaux qui agissent pour façonner le flot dans l'espace des états. Ces mécanismes - étirement, écrasement, déchirement, pliage, torsion - constituent un pont entre la dynamique et la topologie. Les invariants topologiques nous permettent donc de déterminer si deux dynamiques sont équivalentes, ou si un modèle particulier est une représentation adéquate de la dynamique sous-jacente à une série temporelle observée ou simulée numériquement. Par conséquent, une caractérisation topologique précise peut être utilisée pour sélectionner les modèles réduits appropriés qui capturent la bonne dynamique produisant les données : ceci est particulièrement utile lorsqu'il n'y a pas de connaissance préalable des équations gouvernant la dynamique observationnelle. Dans les sciences de la Terre et de l'environnement, il existe une grande variété de modèles de complexité et de résolution différentes. Bien qu'ils aient tous une formulation basée sur les équations qui régissent les fluides, ils diffèrent sur plusieurs aspects : la modélisation des nuages, de la dynamique des glaces ou des océans, entre autres processus. Il est donc important d'établir dans quelle mesure un modèle représente correctement une dynamique donnée. Ce projet propose l’étude d'ensembles de données sur l'atmosphère, l'océan et l'hydrologie, fournis par des observations ou des simulations numériques, en utilisant le nouveau concept de templex, avec le guide d'un consortium d'experts dans chacun de ces domaines.

La diminution de l’étendue de la banquise, et le changement de couleur de l’océan arctique associé ont un impact fort sur le changement climatique. De plus, cette diminution s’accompagne d’une variabilité accrue des conditions de la banquise qui impacte la sûreté du transport maritime et des habitants de l’Arctique lors de leur déplacement en mer ou sur la banquise. Afin de quantifier ces impacts ou de faire des prévisions météorologiques, des modèles physiques de la banquise sont utilisés. Ces modèles sont initialisés avec l’épaisseur de la banquise (sea ice thickness, SIT). Cette épaisseur est mesurée par des satellites altimètres, qui produisent des mesures peu denses, car ponctuelles le long de leur trajectoire. De plus, la mesure de l’altitude de la glace par les radars altimètre est biaisée par la présence d’étangs de fonte en été et la présence de neige en hiver crée une forte incertitude. Dans ce travail, des images SAR de Sentinel-1 (S1) seront utilisées pour compenser les changements d’état de surface de la banquise et étendre la couverture spatiale des mesures de SIT. Les avantages de capteurs actifs sont qu’ils couvrent une large zone à chaque acquisition, et que leur acquisition est journalière en Arctique pendant l’entièreté de l’année. Afin d’améliorer la résolution des cartes de SIT, de nouveaux algorithmes d’apprentissage profond seront conçus pour le traitement conjoint des données SAR et altimètre. Ce projet est construit en trois étapes: 1. Le développement d’une nouvelle méthode de cartographie haute-résolution de la banquise à partir d’images SAR S1 soit par apprentissage semi-supervisé en utilisant un petit nombre d’images Sentinel-2 (S2) imageant la même banquise que les images S1, soit par apprentissage faiblement en utilisant les mesures de concentration de banquise (sea ice concentration, SIC) obtenue par ASMR2 ou MODIS. 2. Le développement d’une nouvelle méthodologie d'apprentissage pour la mesure de la dérive de la banquise, utilisant les données basses résolutions obtenues grâce à ASMR2, et incluant la modélisation physique au travers de simulation haute résolution du modèle océan-banquise NEMO-SI3. 3. Le développement d’une méthode bayésienne permettant de l'estimation de la SIT sur l’ensemble de l’année par l’amélioration en été de la classification des échos altimétriques dans les classes “eau” et “glace” à partir de leur forme et des informations SAR disponibles. Ces informations de SIT seront ensuite extrapolées en se basant sur les statistiques des images radar, pour obtenir une meilleure couverture spatiale des mesures de SIT. Ces travaux seront permis par la création d’un jeu de données couvrant deux zones régionales en Arctique, incluant l'ensemble des données précitées, recalées, qui sera mis à disposition de la communauté. Ces nouveaux algorithmes pourront permettre de guider le développement de nouveaux outils pour les futurs capteurs tels que l’altimètre CRYSTAL ou HARMONY, le compagnon de S1. L’amélioration de la résolution des cartes de SIT permettra d’obtenir des mesures de SIT plus proches des zones côtières, zones dans lesquelles se situe la majeure partie du trafic maritime. Ces cartes hautes résolutions pourront être utilisées pour comprendre la dynamique de la banquise, ainsi que l’interaction entre la glace de mer et le vêlage d'icebergs. Cela contribuera aussi à la validation des modèles physiques de banquise à des résolutions fines, afin de guider le développement des futurs modèles de banquise. Lorsque ces méthodologies seront étendues à de plus grandes échelles, elles pourront servir opérationnellement à la navigation ou être assimilées à des modèles pour en améliorer les prédictions.

Summary of the project: Mobile communications have changed, and will continue to change our lives. With 5G under deployment, the interest of the scientific and industrial communities has started focusing on the future 6G communication networks, which will require more advanced capabilities. Achieving new challenging requirements calls for a paradigm shift that PASSIONATE will be advancing. In the architectural domain there is a need for a full integration and interoperation between satellite, aerial and terrestrial network components, merged in a unique dynamic‐adaptive network infrastructure denoted as the 3D network. Within this architecture, the evolution of mobile communications needs a combination of several innovative and complementary advances at the physical layer (PHY), medium access control (MAC) and radio resource management (RMM) that may be optimised with the use of Artificial Intelligence (AI) and Machine Learning (ML). With these goals in mind, PASSIONATE will unlock ML for wireless by customising and accounting-by-design the unique properties (“physics-based”) of the networks they are applied to. Physics-based ML is, in addition, the suitable approach to ensure the scalability, generalisation, reliability, and user trust of ML, enabling ML solutions that are technically robust and possibly explainable-by-design. In PASSIONATE we will develop the understanding and vision about what the application of AI/ML to the wireless network can provide, and design use cases that can take advantage of this technology. For these use cases and with the new physics-based AI/ML tools, we will design new PHY, MAC and RRM techniques and algorithms that achieve the ambitious goals of future mobile networks regarding coverage, data rate, latency and energy consumption. We will evaluate experimentally by realistic simulations and measurements the achieved gains and contribute to the creation of data sets that can be used for the community. By advancing the state of the art and stimulating research and technology-based innovation through dissemination, PASSIONATE will create awareness and facilitate the positive impact of advanced wireless communications on society and the economy. Relevance to the topic addressed in the call: In full agreement to the CHIST-ERA call, PASSIONATE will accelerate the path towards relevant Wireless AI by successfully integrating software-based solutions (algorithms and simulations) and hardware-oriented proof-of-concepts (developed with software-defined radios). By developing novel physics-based AI/ML to optimise the future wireless network, the project is addressing the following topics that are specified in the call. PASSIONATE will design and apply AI/ML-enhanced techniques to the physical layer and resource optimisation of Radio Access Networks, including MIMO processing and beamforming. AI/ML will be also applied to improving spectrum sensing, a key ingredient of Cognitive Radio. Energy efficiency will be one of the optimisation criteria and targeted KPIs and also the rationale behind some of the techniques that will be implemented, such as the RIS. Also, one of the advantages of the physics-based approach is that it will provide trustworthy and reliable AI. The combination of software and hardware allows the synthetic data that will be generated for ML training to be validated with measurements, rendering it more reliable and fitted to the reality. The data, algorithm descriptions and code will be shared in open access to facilitate reproducibility of the experiments and we will contribute to enhance some of the open access simulators that are already available. The research will be guided by the definition of use cases that can take advantage of these technologies.

1.Project summary In the following years, we will see the advent of many new applications and use-cases such as the metaverse, the adoption of XR/VR, holographic telepresence, the Internet of the Senses, the consolidation of the Internet of Things, with autonomous robots, fully automated industries and manufacturing plants, as well as smart infrastructures and environments, to mention just a few. To satisfy their strict and high requirements —in terms of throughput, latency, reliability, connectivity, and power consumption— wireless networks —and their radio interface in particular— are becoming exceedingly complex, with a plethora of advanced communication features, protocols and parameters, usually involving nonlinear dependencies between them. To deal with such complexity, the use of Artificial Intelligence and Machine Learning (AI/ML) techniques—and their ability to deal with complexity in general—is the necessary performance enabler for next-generation wireless networks. In this project, we aim to build a new, clean-slate AI/ML-Driven Radio (MLDR) interface. This new MLDR interface will learn to communicate by selecting and configuring the set of communication protocols and functionalities that better suit every particular use-case and scenario, thus satisfying the aforementioned hard performance requirements and efficiently using the available spectrum resources. While the project proposal is groundbreaking in terms of focus and goals, we will follow a standard research approach to reach the stated objectives, i.e., we will move from use-cases, concepts/specifications and design, to implementation, evaluation and analysis. The consortium includes four partners, all working at the intersection of wireless networks and AI/ML areas, with complementary expertise. During the MLDR design and evaluation process, we will generate new knowledge in the form of new ideas, theories, practical solutions, ML algorithms, and disruptive communication functions. We expect the results from this project will guide the design of future AI/ML-driven wireless communications and networks, becoming a reference to follow and compare with. 2.Relevance to the call The proposal meets the topic addressed in the call and is fully in-line with the following five target outcomes: (i) design of AI-enhanced techniques for resource optimisation in RANs (MLDR will perform decisions directly related to resource optimisation), (ii) implementation of ML in physical layer signal processing (a key component of MLDR), (iii) development of AI-enhanced techniques for MIMO processing & beamforming (MLDR will embrace any available hardware functionality such as multiple antennas to provide performance gains), (iv) design of improved Cognitive Radio Networks (MLDR is itself a self-learning, cognitive interface), (v) design of use-cases to take advantage of these technologies (the definition of appropriate use-cases is crucial for the justification of deploying MLDR). Additionally, we are partially in agreement with the following two outcomes: (i) development of hardware and or/software techniques to improve energy efficiency in wireless networks (energy efficiency is not a direct goal to address in this project, but resource optimisation will lead to energy efficiency), and (ii) generation and assurance of reliable training data for ML (we will openly provide our training data, but its generation is not our direct goal)

1. Summary of the project. This project aims to enhance the FAIR-ness of all supplementary data files and significantly improve the reuse of unstructured clinical case report forms (CRFs). Supplementary data are commonly attached to a scientific publication, either directly in biomedical libraries such as PMC, or via generalist deposition platforms such as Zenodo. The file types and formats are highly heterogeneous (e.g. PDF, XLS, CSV, GIF, etc.). CRFs collect the patient data in clinical research studies and trials, and represent an information-rich subset of clinical research literature and unstructured clinical study supplementary data. We propose to specifically enrich the contents - and therefore the interoperability, findability and reusability - of all supplementary data by delivering more normalised contents. The envisaged normalisation will be performed according to four dimensions, which are common in dataset management catalogues: 1. administrative metadata (e.g. author names, affiliations, licensing models), 2. descriptive metadata (e.g. diseases, gene or gene products, size of populations, experimental settings), 3. structural metadata (e.g. textual contents, images) and finally, 4. cross-references to other data deposition catalogues (e.g. URL, PID). Regarding the descriptive metadata layer, which may significantly vary depending on specialised life and health science areas, we propose to explore the semantic enrichment of clinical information. We will provide broad FAIR-ification of supplementary data files, covering all PMC contents, combined with a specific effort to structure CRFs into an Electronic Health Records (EHR)-like dataset. We propose to process CRFs to extract clinical concepts required to populate reference standards (e.g. OMOP, FHIR) using standard value sets (e.g. ICD-10, LOINC). The resulting dataset is expected to exhibit properties very similar to EHR contents (e.g. Anamnesis, Intervention, Diagnosis, Prescription). Unlike real EHR contents, which are subject to specific regulations, this unique dataset will be of unrestricted access and likely to support a broad range of health and life science research projects. The newly created collection of near EHR data will be made available on Zenodo, while the SIBiLS, the SIB Literature Services, will be used to provide access to the supplementary data files the same way it is already providing access to MEDLINE and PMC articles. In addition, the methods/pipelines developed here are useful as a toolbox to structure unstructured CRFs and other unstructured clinical text in hospital setups. 2. Relevance to the topic addressed in the call. Enriching the semantic content of published supplementary data files will result in an improved experience for end-users searching for literature contents in EuropePMC with the perspective to demonstrate users that careful annotations of supplementary data can significantly improve discovery. Further, obtaining high quality EHR data is knowingly difficult for legitimate data protection issues, while designing synthetic data poses several challenges, therefore being able to provide unrestricted access to published, yet EHR-analog data would significantly help clinical research by speeding up access to high-quality records

Contexte et objectifs : Le projet SaveTuber développera différentes formulations d’un nouvel agent de biocontrôle et évaluera leur efficacité pour lutter contre plusieurs pathogènes et maladies de la pomme de terre (PdT), une culture en situation d’usage orphelin et dont la filière française du plant de PdT est deuxième exportatrice mondiale. L’agent de biocontrôle Pseudomonas sp. PA14H7 cible les pathogènes Dickeya et Pectobacterium responsables de bactérioses (jambe noire et pourriture molle) dont les traitements (peu efficaces) sont à base de sulfates de cuivre. En 2021, ces agents pathogènes étaient responsables de 37% des refus lors du processus de certification des tubercules de semence produits en France. Pseudomonas sp. PA14H7 cible aussi d’autres pathogènes tels Rhizoctonia solani et Phytophtora infestans contre lesquels sont utilisés des produits phytopharmaceutiques. Les travaux antérieurs ont permis l’identification et la caractérisation de cibles de Pseudomonas PA14H7 (TRL1 à TRL3), la réalisation d’essais d’efficacité en serre (TRL4) et au champ (TRL5). L’objectif du projet SaveTuber est de franchir un verrou permettant une montée en TRL6 à TRL8 : il s’agit de la production à large échelle de l’agent biocontrôle et de sa formulation, deux étapes indispensables à des essais de qualification en condition réelle. Approche et méthodologie : Le projet SaveTuber (36 mois) est découpé en 6 tâches: (1) la production et (2) la formulation de l’agent de biocontrôle seront pris en charge par YpHen, une entreprise spécialisée dans la formulation d’agents biologiques ; (3) le développement d’outils de suivi de l’agent biocontrôle in situ par le partenaire académique (I2BC), (4) des essais de protection en parcelles expérimentales (TRL6 à TRL7) puis (5) avec des producteurs volontaires (TRL8) seront coordonnés par le partenaire filière plants de PdT (FN3PT/inov3PT) et le partenaire académique (I2BC). Une dernière tâche (6) permettra de réaliser le bilan et de faire des choix de valorisation des produits. Ce projet mobilisera 16 personnes dont 1 ingénieur CDD-IE de 3 ans financé par l’ANR qui réalisera, notamment, le suivi moléculaire de l’agent biocontrôle et des pathogènes tout au long du projet (Tâches 3, 4 et 5). Utilisateur final : Le premier utilisateur est le producteur de plants certifiés en France. En France, en 2021, les pertes causées par les pathogènes Dickeya et Pectobacterium ont été estimées à 6 M euros. Une réduction de ces pertes est attendue avec l’utilisation de l’agent de biocontrôle proposé. D’autres usages sont concernés par ces pathogènes et la solution proposée : betterave, carotte, endive, tomate. Pertinence et durabilité de la solution : Le développement de cet agent de biocontrôle est conduit en synergie avec d’autres approches de lutte dont la prophylaxie et la création variétale. Ce nouvel usage représente un effort de transition Ecophyto important de la filière plants de PdT. Un gain est aussi attendu avec les autres cibles Rhizoctonia solani et Phytophtora infestans contre lesquels il existe des produits pharmaceutiques de lutte. Ces derniers représentent une part importante de l’indice IFT pour la culture PdT. Le projet SaveTuber évaluera la substitution totale ou partielle de ces produits en prenant comme modèle Rhizoctonia solani. Ainsi, ce projet contribuera à réduire l’impact environnemental global des itinéraires de production pour plusieurs pathogènes tout en augmentant la productivité de la filière. Consortium : Le consortium associe la filière plant de PdT (Inov3PT de la FN3PT), un acteur académique (I2BC) ayant une expertise sur les interactions plantes-pathogènes et YpHen, une entreprise spécialisée dans la production et la formulation d’agents biologiques. Leurs expertises complémentaires permettront de franchir les étapes clés de production et l’évaluation d’un nouvel outil de protection des cultures de plants de PdT.

La sésamie, Sesamia nonagrioides, est le 2ème ravageur aérien du maïs en France après la pyrale du maïs. Il s'attaque aux cultures de maïs grain et semence dans le Sud et l'Ouest de la France où il peut causer d’importantes pertes de rendement. C’est une espèce originaire d’Afrique sub-saharienne, où ses chenilles sont parasitées naturellement par l’Hyménoptère Cotesia typhae, spécialisé sur cette sésamie. Ce parasitoïde, non présent en Europe, constitue un agent de lutte biologique à fort potentiel, grâce à sa spécificité, à son succès reproducteur sur des populations européennes de sésamie et à son faible impact environnemental. Le projet BIOCOSMA propose de développer une solution de biocontrôle contre la sésamie à l’aide de lâchers inondatifs de C. typhae au champ. Il s'inscrit dans la continuité du projet ANR Cotebio qui a permis de réaliser les études de biologie nécessaires à la demande d'introduction en France de cet auxiliaire et à sa production de masse au laboratoire. De plus, des expérimentations menées en conditions contrôlées sous serre sur la sésamie française ont montré un fort potentiel parasitaire et une capacité à se maintenir sur 2 générations du ravageur. Chaque année environ 300.000 ha de maïs sont touchés en France avec des dégâts allant jusqu’à 11% de perte de rendement. De plus, les attaques en fin de cycle du maïs augmentent le risque de développement de Fusarium spp. producteurs de mycotoxines impactant la qualité de la récolte. Actuellement, aucune solution de biocontrôle efficace n’est autorisée pour lutter contre la 2ème génération de ce ravageur. Les cultures sont protégées essentiellement par des insecticides chimiques. Disposer de C. typhae pour protéger les parcelles contre la sésamie présenterait deux avantages majeurs pour les producteurs : 1/ appliquée au cours de la première génération de sésamie, cette solution devrait permettre de contrôler la deuxième génération dont les impacts économiques et sanitaires sont les plus importants et 2/ cette solution est complémentaire aux trichogrammes efficaces contre la pyrale du maïs, elle permettra de proposer une stratégie de biocontrôle des deux principaux ravageurs aériens du maïs qui sévissent souvent simultanément. Les étapes clés de la maturation pour que C. typhae puisse être utilisé par les agriculteurs, sont le changement d’échelle de production du parasitoïde et la réalisation d’essais au champ, qui seront guidés par le développement d’un modèle mathématique. Les principales tâches envisagées doivent aboutir en fin de projet à la mise au point d’une stratégie de lutte qui soit efficace, pratique et d’un coût économiquement acceptable par les maïsiculteurs, et respectueuse de l’environnement. En particulier, nous proposons de 1/ optimiser la production de masse du parasitoïde afin d’en disposer en quantité et qualité pour les expérimentations prévues sur 3 campagnes et 2/ de réaliser des lâchers au champ suivant différentes modalités pour estimer leur efficacité sur la réduction de la population de sésamie et de ses dégâts aux cultures, comparativement à des parcelles non traitées. Ces essais au champ seront assistés par modélisation du système ravageur-parasitoïde visant à déterminer la période optimale d’introduction de C. typhae en fonction de la biologie des 2 espèces et des conditions environnementales. Ils permettront aussi de vérifier l’absence d’effets indésirables pour l’environnement. Pour assurer toutes les chances de succès au projet, un consortium multidisciplinaire rassemblant des partenaires privés et publics, spécialistes dans chaque thématique et complémentaires, a été constitué. Il sera formé de Bioline Agrosciences, acteur majeur du biocontrôle pour le portage du projet et les essais terrain ; du centre de recherche appliqué et de développement agronomique Arvalis également pour les études de terrain ; de l’EGCE pour l’élevage de masse, les études de biologie complémentaires ; et de l’GQE pour la modélisation.

Le projet CONFLUENCE vise à développer des technologies d'intelligence artificielle (IA) pour la segmentation sémantique des signaux sonores qui peuvent reconnaître les événements sonores et séparer/isoler les sources sonores formant des entités sémantiques. Cela peut être considéré comme une extension audio de la tâche de segmentation sémantique d'images qui a reçu beaucoup d'attention dernièrement. L'objectif est de concevoir des systèmes d'IA embarqué capable de mettre en œuvre ces technologies pour la communication immersive et les dispositifs de téléassistance et d’actimétrie. En analysant, en séparant et en augmentant les signaux séparés avec des métadonnées telles que des informations de localisation, il sera possible de transmettre uniquement les sons pertinents d'une scène sonore et de recréer spatialement cette scène dans un endroit éloigné, ou de comprendre ce qui se passe à distance. La ségmentation sématique pourra être appliquée aux systèmes de conférence en ligne respectueux de la vie privée, aux appareils d’assistance à domicile, qui ne transmettent que les sons importants, ou à de nouveaux systèmes de communication inclusifs qui permettraient aux participants locaux et distants de se sentir dans le même lieu. Dans ce projet, nous aborderons : (1) le développement de la séparation de sources sonores et de l'extraction des sons cibles comme base de la ségmentation sémantique, (2) l'implémentation open source des algortihmes développés et l'implémentation dans des dispositifs embarqués, (3) la diffusion de la technologie par le biais d'une proposition à la normalisation internationale des systèmes de communication mobile (3GPP) et le déploiement dans des dispositifs de téléassistance préservant la vie privée, (4) la contribution à l'accélération du domaine académique en distribuant les données acquises dans ce projet et en organisant des challenges internationaux. Grâce à la combinaison de l'expertise scientifique et industrielle de partenaires français et japonais, le projet CONFLUENCE développera des solutions innovantes et embarquées de segmentation du son.

L'électroluminescence est le phénomène définissant l'émission de lumière générée par un système en réponse à une tension appliquée - qui génère un courant (Strom, en allemand) dans le système. Dans notre vie quotidienne, nous observons souvent des exemples d'électroluminescence, dans les diodes électroluminescentes (DEL) et dans les DEL organiques (OLED), utilisées pour l'éclairage artificiel et les écrans. L'exploitation de l'électroluminescence dans les matériaux organiques pour des applications dans la technologie OLED promet d'être une source efficace, peu coûteuse et propre d'éclairs artificiels. Toutefois, la commercialisation à grande échelle des OLED nécessite encore des études sur leurs principes de fonctionnement, qui sont actuellement menées tant au niveau universitaire qu'industriel. Malgré les efforts croissants consacrés à ce sujet au cours des dernières années, la modélisation théorique et informatique de l'électroluminescence dans les matériaux organiques n'a pas réussi à fournir une image générale satisfaisante des processus microscopiques en jeu. STROM remédiera à ce manque d'informations de premier principe sur le phénomène de l'électroluminescence, en s'attaquant au problème des matériaux organiques manifestant une fluorescence retardée activée thermiquement (TADF). Les OLED de troisième génération sont basées sur la TADF et promettent d'être capables de récolter les excitations singlet et triplet produites dans la couche émettrice organique par l'application de la tension pour l'émission de lumière. STROM élucidera les étapes clés du phénomène d'électroluminescence dans les matériaux TADF organiques, en décrivant, sur la base des premiers principes, les processus (i) de migration électron-trou et de formation d'excitons par l'application de la tension, (ii) de conversion de triplet en singlet produisant une émission de lumière par fluorescence retardée, (iii) le processus d'émission spontanée par fluorescence. STROM fournira une compréhension qualitative et quantitative de la cascade de processus hors d'équilibre se déroulant dans la couche organique sur des échelles de temps et de longueur couvrant plusieurs ordres de grandeur.

Alors que des sociétés villageoises voisines, autrefois séparées par la frontière interallemande, sont aujourd'hui reliées par un réseau dense de mobilités et partagent les mêmes bassins d’emploi et la même stabilité sociale et économique, il est frappant de constater qu'elles ne coopèrent guère au-delà du travail et ne nouent pas de liens sociaux profonds ou d'amitié. Ce projet vise à éclairer ce paradoxe en saisissant et en analysant les expériences de vie, les pratiques sociales et les visions du monde des habitant·es de l'ancienne zone frontalière, qui séparait deux États idéologiquement ennemis. Nous prenons ainsi appui sur la proximité spatiale des sociétés villageoises le long de l'ancienne frontière interallemande pour interroger les effets de la séparation des deux États allemands ainsi que les processus de transformation, multiples et souvent asymétriques, qui ont accompagné la Réunification et dont les répercussions opèrent encore aujourd'hui. Le choix de trois sites d’enquête à cheval sur l'ancienne frontière permettra d'analyser les changements qui affectent à la fois l'Est et l'Ouest et de réexaminer, dans une perspective critique, la nature des processus en cours depuis 1989, interprétés dans la littérature tantôt en termes de « convergence », d’ « intégration » ou, plus récemment, de « co-transformation ». Le choix de « revisiter » des villages qui ont déjà fait l'objet de travaux de recherche dans les années 1990 confèrera une épaisseur temporelle originale à nos analyses. Nous mobiliserons une démarche ethnographique, complétée par des méthodes statistiques et cartographiques, afin de retracer la dissolution et le franchissement des frontières, ainsi que leur réaffectation et leur redéfinition. Le croisement réfléchi de trois approches disciplinaires (anthropologie sociale, sociologie et géographie) appliquées aux mêmes sites d'enquête nous permettra d’explorer plus particulièrement trois dimensions qui viendront expliquer l'émergence d'une frontière fantôme entre ces espaces sociaux, en dépit de la disparition des obstacles territoriaux et économiques : l'organisation de leur vie sociale et l'évolution des liens sociaux, familiaux et intergénérationnels (WP2), les ancrages territoriaux, les pratiques de mobilité et les aspects relationnels liés aux expériences de formation et d'emploi (WP3) ainsi que les rapports au politique et les formes d'engagement (WP4). En accord avec des considérations éthiques et de transfert, la valorisation (WP5) s'adressera tant au milieu académique qu’aux sociétés locales, qui seront invitées à participer au tournage d'un documentaire réalisé par une équipe professionnelle.

Les prix des biens alimentaires connaissent une inflation sans précédent qui résulte en grande partie de chocs exogènes comme la crise du COVID-19 ou de conflits armés, mais aussi de l'imposition de régulations spécifiques ou de l'exercice du pouvoir de marché à chaque niveau de la filière. L'inflation est très hétérogène selon les pays et les produits et nous souhaitons comprendre la source de cette hétérogénéité. Nous analyserons le processus de transmission des chocs dans la filière et le rôle de l'organisation des marchés de producteurs et de distributeurs (PARETO) dans ce processus. Nous développerons de nouvelles théories et exploiterons une base de données de scanner nouvelle et unique ainsi que des données de production pour différents pays européens. Nous divisons notre projet en 4 Work Packages (WP). Le WP1 documentera l'hétérogénéité des prix à la production et à la distribution pour différents pays européens et identifiera les catégories de consommateurs les plus affectés par l'inflation. Nous estimerons ensuite comment différents chocs de coûts ( taxes, choc sur le coût de l'énergie) se répercutent sur les prix fixés par les producteurs et par les distributeurs. Nous identifierons les déterminants les plus saillants de ces taux de transmission pour définir des politiques de lutte contre l'inflation. Le WP2 s'intéressera aux pouvoirs de marché des producteurs et des distributeurs, à savoir leur capacité à fixer des marges élevées. Nous tenterons de vérifier si, comme cela a été montré sur de nombreux marchés aux Etats-Unis, les marges se sont accrues dans le temps en Europe. Nous analyserons ensuite les déterminants de ces marges et l'impact de différentes politiques sur celles-ci (informer les consommateurs sur le contenu nutritionnel des produits ou sur la part de la rémunération allant aux agriculteurs). Le WP3 se propose d'étendre les méthodes d'estimation de la demande des consommateurs pour intégrer la possibilité d'acheter de multiples unités d'un bien ou des produits appartenant à des catégories de produits différentes. La modélisation des interdépendances entre les unités ou catégories de produits est clef pour les achats alimentaires, les consommateurs réalisant la plupart de leurs achats dans un seul magasin. Nous analyserons dans quelle mesure ces interdépendances sont susceptibles d'affecter les prix des produits, les relations entre producteurs et distributeurs et les politiques publiques. Le WP4 analyse la façon dont l'entrée et la sortie de nouveaux distributeurs, notamment les discounters et le commerce en ligne, a modifié les prix et la variété des biens offerts aux consommateurs. Nous étudierons comment les contrats, le pouvoir d’achat des distributeurs et les évolutions structurelles affectent l'offre de produits aux consommateurs. La résilience des ménages à l'inflation dépend en effet de façon cruciale de la façon dont ces derniers peuvent adapter leur consommation face aux hausses de prix.

The emergence of atomically thin two-dimensional (2D) materials and their van der Waals (vdW) heterostructures has sparked new scientific interest, offering unprecedented electronic properties for next-generation technologies. 2D magnets, the latest addition to the 2D family, have unique characteristics that make them ideal for vdW heterostructure designs. 2D magnets have the potential to revolutionise magnetic sensors and spintronic technologies, particularly tunnel magnetoresistance (TMR) devices. These devices offer ultra-high sensitivity in magnetic field detection at room temperature, making them invaluable for applications such as magnetic sensors, data storage, memory, and computing. However, reliable and tunable TMR devices pose challenges with conventional materials. Recent advancements have achieved large TMR values using 2D magnets, however most of the reports are limited to cryogenic temperatures and studies are limited to exfoliated flakes. Scalable growth of 2D magnets and the fabrication of magnetic tunnel junctions (MTJs) with multiple layers separated by a tunnel barrier remain challenging and coherent spin-polarised electron tunneling across vdW tunnel barriers on TMR effects is also unexplored. The MagicTune project aims to address these challenges by controlling spin-polarised tunneling in 2D MTJs through twist angle and gate voltage control, achieving large and tunable TMR at room temperature. Scalable growth processes for high-quality vdW magnetic heterostructures with high Curie temperatures (TC) and perpendicular magnetic anisotropy (PMA) will be developed. The project will maximise tunnel spin polarisation in MTJs by exploiting momentum-conserving electron tunneling across vdW barriers. Robust room temperature TMR device operation with TMR ratios above 100% will be demonstrated using epitaxial vdW magnetic heterostructures. We have the following ambitious objectives: Objective 1. Develop scalable growth of high-quality 2D magnetic heterostructures with TC ≥ 350 K and PMA by molecular beam epitaxy. Objective 2. Tune and maximise the tunnel spin polarisation in MTJs by twist angle, bias and gate control by exploiting momentum-conserving electron tunnelling across 2D tunnel barriers. Objective 3. Demonstrate robust room temperature TMR device operation with TMR ratio >100% using scalable epitaxial vdW magnetic heterostructures. MagicTune will leverage expertise in epitaxial growth and characterisation, synthesis of epitaxial graphene templates, tunnel magnetoresistance devices, twistronics, quantum and spin transport measurements, and nanofabrication of all-2D nanodevices. Success in MagicTune will drive breakthroughs in TMR device functionalities and enable high-performance, compact, and energy-efficient technologies using 2D heterostructures. This project holds great promise at the forefront of multidisciplinary nanoscience and nanotechnology.

Post-coma patients with disorders of consciousness (DoC) suffer from brain lesions that can be restricted or extensive, leading to vegetative (or unresponsive) or minimally consciousness states. Because some brain regions – sometimes a large part of the brain - are essentially intact, there is a hope to restore consciousness in such patients but a clear procedure and associated neurobiological mechanism are still lacking. In the present project we aim to test different ways of restoring brain activity leading to consciousness, using a combination of analyses on existing data, and computational modelling. We will analyse data from different laboratories, where the brain is activated using different means, such as administration of psychedelic and dissociative drugs (e.g., psilocybin, ketamine) or non-pharmacological interventions (e.g., transcranial direct-current stimulation, tDCS). In some of these experiments, the level of excitatory glutamate was estimated using MRS spectroscopy, while in others, the brain was stimulated using transcranial magnetic stimulation (TMS). Resting-state activity and evoked responses were measured using either functional imaging (fMRI) or EEG source imaging. These data will be analyzed to quantify the dynamic changes of functional connectivity (FC), in both resting state and TMS-evoked responses, using measures of complexity of pattern propagation, such as the perturbational complexity index (PCI), and will determine how the artificial activation of the brain using drugs or tDCS, can be linked to particular patterns of complexity dynamics. Computational models will take advantage of the mean-field approach to integrate changes at the microscopic level (typically synaptic receptors) and evaluate the emergent behaviour that can be induced at large scales, at the level of interacting brain regions. We have shown that simulating the alteration of GABA-A receptors by anesthetics such as propofol, can lead to a transition from desynchronized activity to synchronized slow waves across the brain. Similarly, we will model here the effect of psychedelic and dissociative drugs on synaptic receptors such as NMDA (ketamine) or serotonergic 5HT2A receptors (psilocybin), and how these stimulations can interact with the natural, neuromodulatory-driven mechanisms of brain activation. The model will directly use the quantifications of excitatory glutamate concentrations in the brain provided by MRS spectroscopy. The effect of tDCS on neuronal membrane potentials will also be integrated in the mean-field model and its emerging effect will be evaluated. We will use the same measures as for experimental data, such as dynamic FC or PCI, and determine how the receptor stimulation (or antagonism) can lead to reverse the transitions seen with anaesthetics, here from slow-wave (or burst suppression) to desynchronized activity typical of conscious states. The models will also simulate the combined action of drugs and tDCS, with the aim to predict a protocol that can be used later on a patient-specific way, to restore signs of consciousness. At the end of the project, we will provide a set of open-access tools to construct whole-brain models specific to each patient, and use the model to estimate the effect of psychedelic and dissociative drugs and tDCS (or their combination) to restore consciousness. This tool is aimed to help clinicians to estimate the optimal protocol for each patient.

Les giga modèles de langue sont le couteau suisse du traitement automatique des langues (TAL) actuel. Ils surpassent souvent l’état de l’art pour des tâches telles que l’étiquetage en parties du discours, la classification des textes et la reconnaissance des entités nommées, ouvrant ainsi la voie à une myriade d’applications pour l’utilisateur final. Cependant, ces modèles présentent des problèmes éthiques majeurs, notamment leur impact environnemental et le fait qu’ils reflètent et amplifient les biais stéréotypés, qui ont à leur tour un impact disproportionné sur les groupes sociaux historiquement défavorisés. Il est urgent de s’attaquer à l’impact sociétal du TAL puisque les applications que nous développons, comme chatGPT, sont désormais directement mises à disposition des utilisateurs finaux. La détection et l’atténuation des biais est donc devenue un domaine de recherche actif au cours des dernières années, se concentrant principalement sur les modèles de langue masqué tels que BERT, sur l’anglais et sur le contexte social d’Amérique du Nord. Plusieurs sources de biais ont été identifiées dans le pipeline du TAL, mais l’interconnexion entre les sources et l’impact global de chaque source sur les applications en aval reste flou. Dans ce projet, nous voulons observer l’ensemble du pipeline, du point de vue intrinsèque (au sein du modèle lui-même), du point de vue de la tâche de pré-entrainement (dans le cas des modèles auto-régressif, génération de texte), sur certaines applications aval. Nous avons choisi de nous concentrer sur deux types d’applications médicales : l’aide au diagnostic de la maladie mentale et l’extraction d’informations à partir de dossiers cliniques à des fins de santé publique telles que l’inclusion de patients dans des essais cliniques. Le projet fournira des corpus et des méthodes pour une évaluation globale des biais dans les modèles de langue du français, ainsi que des études pour approfondir la compréhension des biais dans les pipelines cliniques de TAL et l’impact environnemental de l’intégration de ces modèles en santé numérique.

Le projet VORTEX propose une nouvelle approche pour l'exploration d'environnements intérieurs inconnus avec une flotte de drones autonomes. Nous proposons de définir une stratégie fondée sur l'intelligence en essaim exploitant uniquement des comportements basés sur la vision. La flotte se déploiera comme un graphe dynamique se reconfigurant en fonction des événements et des zones découvertes. Sans nécessiter de cartographie ou de communication sans fil, les drones se coordonnent par perception mutuelle et communiquent par signes visuels. Cette approche sera étudiée avec des caméras RGB et événementielles, afin d'obtenir une navigation rapide et à faible consommation. Les performances, les propriétés de l'essaim et la robustesse seront évaluées en construisant un démonstrateur étendant un prototype de quadrirotor développé dans le consortium.

Le projet NAIAD se place dans le contexte de la maîtrise du domaine sous-marin et adresse une problématique essentielle pour les secteurs des télécommunications (câble optique sous-marin) et de l'énergie (énergies renouvelables, pétrole et gaz voire ressources minières). Le projet NAIAD a pour objectif de trouver des solutions aux défis technologiques liés aux opérations robotiques en milieu sous-marin où la communication sous-marine présente des limites inhérentes à la nature même de l'environnement sous-marin. Une localisation précise des drones autonomes peut être rendue impossible par besoin de furtivité ou à cause de l’absence de signal ou de repères. Or, une flotte d’agents robotiques collaboratifs a besoin de se localiser par rapport à ses objectifs et d'échanger des informations pour mener à bien sa mission. On se propose donc de résoudre le problème du déploiement d’une flotte de drones sous-marins (sans accès à un système de positionnement par satellites en immersion) dans une zone littorale, sans accès immédiat pour un bâtiment porteur et de soutien qui reste en haute mer. La problématique principale pour effectuer cette opération est la capacité pour chaque drone de rallier la zone d’intérêt et d’être capable de se positionner précisément. Pour répondre au besoin de localisation précise, on envisage d’utiliser un dispositif externe positionnable – en l’occurrence des balises de positionnement larguées par un drone aérien ou de surface déployé à partir d’un bateau porte-drone qui navigue au large des côtes (20km). Ces amers synthétiques auront pour but de baliser un plan de navigation de manières optimale, tenant compte des contraintes de l’environnement et des moyens déployés. Le largage de ces amers engendre des imprécisions de localisation dont les incertitudes ne sont pas parfaitement connues. On vise ici à dépasser les limites causées par la localisation incertaine en utilisant des techniques de planification automatique en intelligence artificielle qui produiront des plans robustes, permettant de rallier les amers sous incertitude, tout en maintenant la capacité de garantir un certain degré de coordination au sein de la flotte. Traditionnellement, la génération de trajectoires optimisées par rapport à la capacité de navigation et de localisation des drones a été placée au second plan par rapport aux solutions technologiques capables d’assurer une meilleure localisation; NAIAD par contre s’appuie sur des trajectoires alignée sur des amers stratégiquement placés afin de favoriser en amont une meilleure localisation de la flotte, tout en visant l’optimisation des ressources (autonomie, temps). L’autonomie de la navigation est assurée par l’exécution des plans générés par le logiciel d’intelligence artificielle permettant le captage des amers le long du parcours. Premièrement, un planificateur dans l’incertain produira des plans de largage des amers permettant une localisation sur la base des amers et des éventuels repères géographiques disponibles. La synthèse automatique de plans de mission en tenant compte de l’incertitude sur la position des drones sera déclinée selon le paradigme de la planification HTN Temporelle (Temporal Hierarchical Task Network), afin de découper la mission en tâches élémentaires, ce qui permet une utilisation rationnelle des ressources, et de coordonner la flotte sur des points de rencontre ou sur l’enchaînement de tâches collaboratives. Finalement, un moniteur de l’exécution permettant d’évaluer l’écart entre la position estimée et celle mesurée (malgré l’imprécision due aux signaux) agira comme un superviseur capable de déclencher une replanification afin d’adapter la navigation autonome aux aléas de l’environnement et de pouvoir se recaler le long d’un plan de navigation en cas de perte d’un amer. La mise en œuvre de ces méthodologies de planification et leur intégration sur des plateformes robotiques sera effectuée lors d’essais en mer à partir de la seconde année de projet.

Depuis les années 2000, 2,3 milliards de personnes ont été impactées par des catastrophes naturelles. Face à des enjeux complexes, la gestion des risques a évolué pour analyser les risques de manière systémique, en intégrant le concept de résilience. Cependant, peu d'acteurs locaux parviennent à transformer ce concept en stratégies efficaces. Les outils d'aide à la décision existants sont principalement axés sur des approches technico-fonctionnelles. Bien que basés sur des approches rigoureuses et scientifiques, ils ne représentent pas la réalité avec véracité, subtilité et précision. Les communautés locales peinent à se les approprier. Il est donc essentiel de trouver un moyen efficace de renforcer les capacités de résilience des communautés locales, afin de développer des approches plus inclusives pour faire face aux risques climatiques. Le consortium estime que certains éléments sont des piliers de la résilience locale : les expériences, les connaissances intergénérationnelles, traditionnelles, vernaculaires et locales, etc. L'intégration de ces formes de résiliences locales dans les outils d'aide à la décision est un défi pour comprendre la résilience dans sa diversité et une garantie pour l'appropriation de ces outils. Deux régions sont identifiées comme très vulnérables aux risques climatiques : les zones polaires et les îles du Pacifique. Des communautés à forte dimension culturelle ont été sélectionnées : les Marquisiens (Polynésie française), les Samis et les Kven (Norvège) et les Ahtna (Alaska). RETRACE vise à produire un système d'aide à la décision permettant la mise en œuvre de stratégies de résilience adaptées aux enjeux locaux. La méthodologie est basée sur une approche mixte : données qualitatives issues d'une approche collaborative visant à identifier les facteurs de résilience dans les récits locaux, et données quantitatives dérivées de données open source. L'objectif est de développer des stratégies de résilience à long terme face aux risques climatiques dans ces communautés et de garantir la reproductibilité de la méthodologie.

Aggregation of the protein alpha-synuclein in neurons and oligodendrocytes in the brain causes a group of neurodegenerative diseases collectively referred to as synucleinopathies, including, among others, Parkinson’s disease (PD), dementia with Lewy bodies (DLB), and multiple system atrophy (MSA). In absence of disease-modifying treatment options, it is essential to increase the knowledge about the molecular causes and consequences of alpha-synuclein pathology to identify novel therapeutic targets and to develop more powerful therapeutic interventions. In preparatory projects, members of the group of applicants have already generated large datasets in patients-derived materials (genome-wide association study, epigenome-wide DNA methylation study, miRNA sequencing in MSA and PD) and corresponding cell models (DNA-methylome, miRnome, transcriptome, proteome). In an alpha-synuclein-overexpression cell model, a genome-wide siRNA modifier screen and two compound screens have been conducted to identify molecular targets and drug-like compounds for their ability to reduce synuclein-induced toxicity. Objective: In the proposed SynOD project, we will assemble the unique large OMICS datasets described above and explore them with powerful computational methods to generate an integrated map of molecular pathways involved in synucleinopathies, with a particular focus on drug-target identification. Aims: We will collate the existing datasets to generate a multi-dimensional map of molecular alterations occurring in synucleinopathies. Secondly, by analyzing the interventional datasets in conjunction with the aforementioned map, we aim to identify molecularly defined targets for therapeutic interventions aimed at preventing neuronal dysfunction and death. After the project completion the assembled dataset will be made publicly available as resource. Methods: The large set of existing data generated previously in human brains and neuronal cell models by the applicants with both observational methods (DNA methylation, miRNA, mRNA, proteome) and interventional methods (siRNA screen, FDA drug-screen, compound screen) and further enrichment with genetic, transcriptomic and epigenetic datasets from major international consortia allows to link observational markers to therapeutic approaches. These unique multi-omics datasets will be explored by powerful and efficient computational methods. The analytical power will be increased by conducting hypothesis-free analyses and analyses on existing information into account. Thereby, we will generate an integrated map of molecular pathways involved in synucleinopathies. The therapeutic relevance of the identified drug targets will be examined in vitro by qualified researchers. To facilitate the international research activities into synucleinopathies. Expected outcome: The proposed project will ultimately lead to a more profound and comprehensive understanding of the genomic, epigenomic, transcriptomic and proteomic mechanisms and their interplay implicated in synucleinopathies. The SynOD project will pave the way to the identification of new molecular targets to cure the disease, which imposes a growing socio-economic burden to the ageing European society.

a-Synuclein pathology is inextricably linked to the pathogenesis of Parkinson’s disease (PD), yet we have very limited understanding why specific neuronal populations are vulnerable to a-Syn-related PD pathology while others are much more resistant. Likewise, we have very limited knowledge of whether neurons may transition from a resistant state to a vulnerable state, how neuronal vulnerability manifests itself during disease development, how it defines distinct stages of a-Syn pathology, and how other non-neuronal cells (astroglia, microglia, infiltrating immune cells) contribute to these processes. 4DPD-Omics is a consortium of experts in a-Syn biochemistry, neuroanatomy and neuropathology, translational a-Syn disease models, spatial and single cell omics profiling, bioinformatics and systems biology who are ideally positioned to perform an unprecedented, integrated, spatiotemporal transcriptome and proteome analysis of neuronal and non-neuronal responses to a-Syn pathology. The consortium has already collaboratively generated rich sets of bulk transcriptomics and proteomics data in preclinical models and post mortem human samples with a-Syn pathology. Using these data and subsequent bioinformatics and functional interrogations, the 4DPD-Omics consortium members have identified mitochondrial dysfunction, rewiring of metabolic networks, defects in mitophagy/autophagy, proinflammatory processes and altered synaptic vesicle trafficking as key mechanisms contributing to a-Syn pathology. However, it remains unresolved which cell types display these changes, how these processes are altered over time in the context of development and spreading of targeted a-Syn pathology and neurodegeneration, and which signalling pathways trigger these alterations. 4DPD-Omics will avail of well-characterised preclinical mouse models developed by consortium partners (striatal injections of a-Syn fibrils with progressive disease-like pathology), as well as clinically and genetically annotated human post mortem samples of defined Braak stages (0-VI), to perform an in-depth cell-specific spatial transcriptomics and proteomics analysis. We will avail of spatial transcriptomics, mass spectrometry, and CellDIVE multiplexing platforms to determine whole transcriptome/proteome changes at spatial tissue level and single cell level in neuronal and non-neuronal cell populations over time, and correlate these alterations to the progression and spreading of a-Syn pathology. We will create a 4D dynamic atlas of the distribution of specific cell subpopulations, correlate their transcriptome/proteome changes to their vulnerability to pathogenic processes, and characterise the spatial cellular landscape in relation to a-Syn pathology. Integrative bioinformatics analyses, including network modelling and master regulator analyses, will identify biomarkers, pathways, and signatures in cellular sub-types susceptible and resistant to a-Syn pathology that may precede appearance of the pathological phenotype. Utilising systems biology approaches such as genome scale modelling, previously identified disease pathways will be systematically investigated in the context of disease progression and the cell types in which they occur, and mapped to master regulators. Identified signalling pathways and master regulators will be validated in clinical samples using multiplexing approaches that enable the quantification of up to 50 markers in ±10,000 individual cells within a single tissue section/region, providing unprecedented insights into disease patterns in humans at single cell resolution. Collectively, by generating spatial tissue profiles and more than 10,000,000 single cell profiles and by analysing the spatiotemporal responses of vulnerable and less vulnerable neurons and non-neuronal cells to a-Syn pathology, we will identify biomarkers of disease progression and endophenotypes in PD patients, representing novel cell-specific targets and strategies for drug development.

In the last century, life expectancy in Europe has increased from 44 in 1900 to 80 years in 2020. However, people are living longer but experiencing more years in ill health, with an increase in age-related neurodegenerative diseases. Lifestyle changes have also contributed to a rise in obesity, which is a known risk factor for dementia, and has been linked to chronic inflammation and immune sensitization. To identify inflammatory factors driving chronic inflammatory diseases we have made use of an unbiased large-scale multi-omic in vivo screen evaluating 1100 parameters. Using machine learning techniques we have identified that the consumption of a Western diet (WD) in models of atherosclerosis triggers a specific lipid, Sphingomyelin d18:1/14:0 (S14). This new endogenous trigger of inflammation binds TLR4 and activates microglia, which have a central role in Alzheimer's disease (AD) and frontotemporal dementia (FTD). This proposal aims to determine whether S14 could be a key signaling factor linking WD, obesity and atherosclerosis with dementia. The proposal will examine the role of S14-driven neuroinflammation and neurodegeneration across human and murine studies using patient cohorts and animal models. Lipidomics will be performed on blood and cerebrospinal fluid (CSF) from patient cohorts with neurodegenerative disease (AD and FTD) and atherosclerosis. Mice with AD and FTD pathology will receive WD and TLR4 inhibition with TAK242 to prevent S14 signaling, and to inhibit downstream epigenetic changes. Microglia will be prepared for single cell RNA sequencing and ATAC sequencing to identify epigenetic and transcriptional changes, which will be functionally tested with RNA therapeutics. Additionally, CSF immune cells of aged atherosclerosis individuals will undergo sequencing. S14- and TAK242-treated iPSC-derived brain organoids from patients with AD and FTD will delineate the role of S14 signaling in driving neuroinflammatory changes in human cells. The project aims to uncover shared gene pathways and transcriptional networks underlying the WD/S14-induced changes, assess whether the networks are shared across human and murine microglia, and identify whether TLR4 and its epigenetic targets can be exploited therapeutically to mitigate the risk of neurodegenerative disease. The consortium includes multidisciplinary specialists in clinical research, animal studies, systems biology, epigenetics and bioinformatics. The research could highlight S14 as a sensitive biomarker for AD or FTD progression and provide new targets for personalized therapies in dementia.

Le but de l’activité est d’étendre le modèle Salammbô de l’ONERA, de simulation physique de la dynamique des ceintures de radiation électronique de la Terre aux très hautes énergies électrons. Pour cela, le processus d’interaction onde-particule doit être revisité afin d’y intégrer un modèle de densité de plasma froid valide aux très faibles niveaux de densité. En parallèle, les incertitudes de modélisations devront être maîtrisées et modélisées afin de les prendre en compte dans l’outil d’assimilation de données associé au code Salammbô. Une métrique dédiée à l’évaluation objective des performances du modèle sera proposée et utilisée. De plus, ce nouveau modèle sera comparé, sur différentes orbites, via le logiciel OMERE (développé par TRAD), aux modèles standards et émergents. Enfin, les implications d’une meilleure modélisation des électrons de très hautes énergies seront évaluées par des calculs de dose et de charge interne sur des géométries complexes, ainsi qu’avec l’étude de leur impact sur le blindage des satellites. Ces calculs seront réalisés avec le logiciel FASTRAD, également développé par TRAD.

Le challenge MOBILEX vise à relever le défi de la navigation autonome de véhicules en environnement déstructuré complexe. Pour répondre aux différents Défis proposés dans le challenge MOBILEX, le CEA et Magellium ont associé leurs compétences dans les domaines de la perception, de la localisation, de la navigation en environnement complexe. Depuis plus de 15 ans, Magellium accompagne le CNES dans le développement de composants de perception et de localisation dans le but final d’accroitre l’autonomie des rovers ; certains de ces composants sont embarqués dans des systèmes d’excellence tels qu’ExoMars ou MMX. Ce savoir-faire, labellisé par le CNES, permet aujourd’hui d’accompagner sur ces technologies de grandes entreprises du transport (Renault, SNCF, …) ou de la Défense (Arquus, Nexter, DGA, …). Le Service de Robotique Interactive (SRI) du CEA-LIST apporte son excellence reconnue dans les domaines du contrôle commande, de la navigation autonome et de la maitrise des systèmes robotiques, développée lors de nombreux projets français, européens, industriels ou en interne, que ce soit dans les domaines du nucléaire, de la logistique transitique, ou agricole. Nous proposons ainsi un consortium maitrisant l’ensemble des technologies nécessaires pour la réussite du projet, disposant d’une compétence forte dans la robotique et d’un haut niveau scientifique qui saura offrir des solutions aux problématiques des différents défis à complexités croissantes et qui participera à l’émergence et à l’industrialisation d’algorithmes de l’état de l’art. Pour réussir le challenge, nous avons définis 5 objectifs : (1) Doter la plateforme de capacités de perception et de localisation, (2) Intégrer une fonction de navigation innovante adaptée aux caractéristiques du challenge, (3) Doter le robot d’une capacité de caractérisation de la « traversabilité » du terrain, (4) Développer une plateforme mobile robotisée capable d’opérer en toute sécurité, (5) Communiquer, disséminer et valoriser les résultats du projet. Nous mettrons en œuvre une méthodologie reposant sur l’adaptation des composants existants, avec la montée en maturité et la robustification de fonctions innovantes. Le Défi #1, nécessitera l’équipement et la prise en main de la mule, il consistera principalement à adapter et intégrer des fonctionnalités existantes apportées par chaque partenaire pour assurer la mobilité autonome de la plateforme dans un environnement à la complexité limitée. Pour relever le Défi #2, nous ajouterons des modalités de perception complémentaires et intègrerons des algorithmes innovants développés spécifiquement et dont la redondance sera assurée par une robustification des moyens précédemment déployés. Enfin, pour relever le Défi #3 nous travaillerons principalement à améliorer les performances et la robustesse de l’ensemble du système mis en place à l’occasion des deux premiers défis. Nous avons tenu compte de la particularité de chaque défi pour structurer nos travaux. Ainsi, les tâches envisagées permettent de réaliser une montée en maturité tout au long du projet du système matériel et logiciel proposé, tout en minimisant les risques et dans le respect du phasage du projet jalonné par les trois évaluations. Au-delà du pari technique à relever, adressé par des technologies innovantes et un consortium de haut niveau, un effort particulier sera porté sur la communication, la dissémination et la valorisation, éléments clés de notre proposition. La composition partenariale de notre projet permet de toucher une large audience scientifique, industrielle et opérationnelle, par des stratégies de communication adaptées et lors d’évènements dédiés (salons, séminaires, conférences, journées thématiques, etc.). Enfin, des actions de valorisation des résultats en termes de productions scientifiques et techniques seront menées.

Le coordinateur de cette proposition et tous ses partenaires ont identifié un réel besoin de former des experts des processus immunitaires des poissons avec comme objectif une compréhension globale des problématiques liées à la production alimentaire en pisciculture et à la santé humaine. Dans ce but, nous proposons de former 15 jeunes scientifiques prometteurs, par le biais d'une combinaison de projets de recherche individuels, d'efforts collaboratifs et d'une formation coordonnée, fournissant une solide base de connaissances théoriques et des compétences dans les techniques de laboratoire pertinentes. Les objectifs de recherche de la formation sont les suivants : - Comprendre la base génomique, cellulaire et développementale du système immunitaire des poissons. - Comprendre la diversité des stratégies immunitaires dans différents groupes de poissons, soit d'importance aquacole, soit faciles à manipuler en laboratoire. Il convient de noter que la diversité des espèces de poissons d'élevage continue d'augmenter et qu'elle est beaucoup plus élevée que pour tous les autres groupes d'animaux d'élevage/domestiques. Une vaccination efficace et moins coûteuse reste une priorité essentielle pour le développement durable de la pisciculture, en particulier pour limiter autant que possible l'utilisation d'antibiotiques. - Développer de nouvelles stratégies d'imagerie in vivo à différentes échelles dans des modèles de poissons, non seulement pour décrire le comportement des poissons et les comportements des acteurs cellulaires de l'immunité, mais aussi pour disséquer la base moléculaire de l'immunité aux principales infections affectant la pisciculture, et pour proposer de nouveaux modèles de poissons pour étudier les maladies infectieuses humaines. - Développer des outils mathématiques et de modélisation originale, pour analyser à la fois la richesse des données générées, et pour informer le développement de modèles avec lesquels comprendre les processus immunitaires, et des outils pour comprendre la base pathologique des maladies infectieuses humaines. Ce cadre de formation est, de par sa conception, interdisciplinaire, impliquant des scientifiques de domaines très différents de la biologie (biologistes structurels, imageurs, immunologistes, généticiens), ainsi que des mathématiciens, des programmeurs et des modélisateurs. Nous avons fait un effort particulier pour que le cadre de formation proposé soit intersectoriel, afin de maximiser la possibilité que les retombées d'un tel programme scientifique atteignent à la fois les entreprises impliquées dans la pisciculture, et les patients. Le programme comprendra à la fois une formation technique, de sorte que tous les doctorants recrutés atteignent un niveau d'expertise commun permettant de véritables collaborations interdisciplinaires, et des compétences complémentaires/transférables permettant le développement de carrières scientifiques réussies dans les sphères tant académiques qu'industrielles. Il est important de noter que les doctorants recrutés seront également formés à la communication de leurs travaux, non seulement à leurs pairs, mais aussi au grand public, car nous sommes conscients de la nécessité d'informer et de sensibiliser le grand public aux grandes avancées scientifiques et à leurs retombées dans la société. Cet objectif sera atteint par le biais d'articles scientifiques, d'événements de communication et de vulgarisation, d'articles sur Wikipédia, d'un MOOC et de serious games à destination des adolescents. À notre connaissance, il s'agit du premier réseau européen à relever les défis décrits ici, et nous pensons que le programme proposé contribuera à la formation des futurs leaders européens dans ce domaine interdisciplinaire.