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Le projet MoSAiC vise à créer un consortium européen réunissant partenaires académiques et non-académiques autour de la question des imaginaires, pratiques et mémoires de l’engagement social et politique à l’époque contemporaine (XIXe - XXIe siècle), de l’échelle locale à l’échelle globale. Le projet européen visé est le Marie Sklodowska-Curie Staff Exchanges 2023 qui permettra d’organiser des échanges de personnels de 1 mois à 1 an sur 4 années entre les différentes institutions partenaires. Partant de leur expertise reconnue internationalement dans les domaines de l’histoire culturelle, les trois laboratoires à l’initiative du projet MoSAiC proposent dans une approche pluridisciplinaire (histoire, histoire de l’art, littérature, LLCER, disciplines artistiques…) et internationale de renouveler l’étude du processus complexe de l’engagement, individuel et collectif, autour de quatre axes : sous le triple angle des imaginaires, des pratiques et des mémoires ; sur le temps long, allant du premier XIXe s. à nos jours ; dans une perspective comparative et diachronique ; et enfin, en portant une attention toute particulière à la question des sources, archives et objets disponibles pour en faire le récit. Ainsi, par le choix de ces perspectives, le projet MoSAiC invite à renouveler l’étude de l’engagement social et politique à l’époque contemporaine - compris comme l’ensemble des actions, individuelles ou collectives, au sein de l’espace public (de la polis), en vue d’influencer la vie publique, nationale ou internationale. Il s’agit d’encourager une analyse menée autour d’entrées thématiques (telles que les revendications républicaines, nationales et patriotiques ; l’internationalisme ouvrier ; le communisme ; le fascisme et l’antifascisme ; la défense des droits de l’homme ; les mouvements de solidarité internationaux ; le féminisme et l’écologie) en croisant l’étude des imaginaires et des pratiques afin de saisir les représentations qui tout à la fois jouent un rôle dans le processus de mobilisation mais également émanent de l’engagement même. La troisième dimension, mémorielle, vise à mettre l’accent sur les enjeux d’écriture et de mise en récit de l’histoire de l’engagement. Culture matérielle et culture visuelle notamment seront ici mobilisées dans un dialogue étroit avec archivistes et responsables de musées afin de réfléchir en commun aux types de sources (écrites, audiovisuelles…) et objets à collecter, conserver et valoriser autour de l’histoire de l’engagement sous toutes ses facettes. En effet, l’originalité et le caractère innovant du projet MoSAiC repose aussi sur le choix de développer un programme de mobilités entre les personnels de centres de recherches, d’universités d’une part et notamment de doctorant.es - de lieux d’archives, de documentation et d’exposition d’autre part. L’ambition est de favoriser une collaboration étroite entre ces différentes institutions, fortes de leurs expertises respectives, afin de réfléchir en commun à la manière de favoriser une meilleure diffusion des résultats de la recherche scientifique auprès d’un public non-académique. Le programme de mobilités doit permettre d’initier également un dialogue entre démarches scientifique et artistique et aboutir à des résultats concrets sous divers formats : publications, expositions (virtuelles ou non), web-documentaire… Se saisir du thème de l’engagement social et politique pour contribuer à la démocratisation et vulgarisation des savoirs à l’échelle européenne nous semble particulièrement pertinent face aux nombreux défis auxquels les démocraties se trouvent actuellement confrontées en Europe.

Quantum Electrodynamics (QED) is the theory that unifies electromagnetism and quantum mechanics to describe how light and charged particles interact. Considered as one of the most accurately tested theories, it led Richard Feynman to call it “the jewel of physics”. Yet, in its strong-field (SF) regime, when the light fields E are ultra-intense and close to the so-called Schwinger limit (ES>10^18V/m) in the charged particles rest frame, QED has so far remained ‘terra incognita’ in experiments and the developed SF-QED theory has never received an accurate experimental validation. When the electric field is well above the Schwinger limit (E>1600 ES) in the particles rest frame, QED enters the so-called ‘fully non-perturbative regime’ (NP), for which there is currently no accepted theory to describe how light interact with charged particles. Due to the extreme fields values required, the SF and NP regimes of QED are out of the reach of all experiments envisaged so far with current high-power laser technology, that currently offers the most intense source of electric field on earth. To break this barrier, we propose a new approach based on so-called Doppler-boosted lasers, than rely on plasma optical devices dubbed 'plasma mirrors' to considerably boost the intensity of current lasers by orders of magnitude. By colliding such Doppler-boosted lasers with relativistic electron beams produced by laser-plasma accelerators, it could in principle be possible to reach the fully NP regime of QED. The implementation of such experiment is very ambitious, requires many complementary expertise (strong-field quantum electrodynamics, Doppler-boosting with plasma mirrors, high-intensity laser-matter modelling, laser-plasma acceleration and electron beam manipulation, laser and electron beam spatio-temporal characterization) and considerable funding. In this context, we plan to apply for an ERC synergy grant for the upcoming call. We recently set-up an international consortium of three principal investigators and are in the phase of writing the proposal. The present ANR project would help us support our consortium (on-site meetings and brainstorming) as well as finalizing the writing of our proposal (external ERC expert consultant).

L'objectif du projet PAS-AGRO-PAS est d'augmenter la productivité, l'adaptabilité et la durabilité des systèmes agro-pastoraux méditerranéens, en valorisant toutes les dimensions de leur multifonctionnalité. L’approche systémique mobilisée dans ce projet favorisera l’identification des contraintes qui affectent actuellement la viabilité de ces systèmes pour mettre en œuvre des stratégies adaptées, leur permettant d’évoluer de systèmes agro-pastoraux vulnerables vers des systèmes résilients plus orientés vers la valorisation commerciale de leurs produits. Pour atteindre cet objectif, PAS-AGRO-PAS explorera 10 cas d’étude issus du Portugal, d'Espagne, de France, d'Italie, de Chypre, du Maroc, d'Egypte et de Tunisie, couvrant ainsi un large éventail de caractéristiques et de défis environnementaux, agro-écologiques, économiques, socioculturels et institutionnels; et appliquera une approche systémique de la ferme à l'échelle globale, mettant en interaction trois niveaux d’organisation: (i) Le niveau “agro-écosystème”, avec des interventions sur la productivité et la diversification des cultures, des pâturages et des ressources animales (telles qu'une meilleure valorisation des résidus de cultures, l’utilisation de nouvelles surfaces pâturées, l'utilisation de semences de prairies biodiversifiées, y compris les légumineuses fourragères en rotation avec les cultures, fourrages et variétés de cultures tolérantes à la sécheresse, traitement efficace du fumier, adéquation du cycle de production du bétail aux ressources alimentaires, etc.) favorisant la réduction des intrants, le maintien/l'augmentation de la biodiversité, l'amélioration de la fertilité des sols et la conservation de races locales adaptées – à court terme, et la réhabilitation des parcours et la réduction de la vulnérabilité au changement climatique – à long terme; (ii) Le niveau “composantes socio-économiques de l’agro-écosystème”, avec des interventions valorisant mieux les produits agro-pastoraux (en assurant la qualité, la sécurité et la typicité, ainsi que la création de cahiers de charges visant des signes officiels de l'origine ou de la qualitéde ces produits), favorisant leur intégration dans les marchés et une poussée vers une “vision plus orientée vers la commercialisation” des agro-pasteurs, afin de leur assurer de meilleurs revenus et faciliter le renouvellement générationnel; et (iii) Le niveau "système d'information", où les connaissances traditionnelles des agropasteurs seront sourcées et intégrées aux résultats du projet, dans le cadre d'un processus de co-construction multi-acteurs. La numérisation collaborative, fer de lance de l’Agriculture 4.0, permettra de gérer efficacement à la fois les ressources stockées et l'accès aux outils numériques d'aide à la décision. Par ailleurs, la réussite de PAS-AGRO-PAS, avec des impacts attendus aux échelles ferme, régionale et globale, s’appuiera sur deux piliers: (i) des "activités de renforcement de capacités" des agro-pasteurs basées sur les stratégies alimentaires, l'atténuation et l'adaptation au changement climatique, la qualité des produits, la durabilité économique, la commercialisation et l'entrepreneuriat, le développement inclusif mettant l’accent sur les femmes, les jeunes et les nouveaux arrivants; et des “activités de diffusion et communication” avec les principaux acteurs et décideurs politiques pour fournir des orientations facilitant des cadres structurels, économiques et institutionnels plus favorables aux systèmes agro-pastoraux; et (ii) le développement de la plateforme électronique PAS-AGRO-PAS Méditerranée qui fournira des éléments essentiels à la prise de décision des agro-pasteurs et des décideurs politiques, grâce à la mise à disposition des données, des rapports, des modèles et des applications Web pour l'allocation des ressources, la formulation des rations et la gestion des aliments, la prédiction optimale du poids à l'abattage et le commerce par internet.

Les progrès dans la manipulation quantique d'atomes froids ont déjà conduit au développement de capteurs ayant un impact industriel important (gravimètres appliqués à l'hydrologie ou au génie civil, déjà commercialisés; capteurs inertiels pour la navigation, en phase avancée de développement), mais les capteurs reposant sur des systèmes quantiques solides à base de semi-conducteurs n’en sont encore qu’à leurs balbutiements, malgré des atouts remarquables. Parmi ces systèmes, le centre NV- (azote-lacune) dans le diamant est apparu comme un capteur très polyvalent, permettant de mesurer des paramètres physiques tels que les champs magnétiques et électriques, la tension, la température, et ceci à des échelles allant du nanomètre au millimètre, offrant ainsi des capacités d'imagerie avec des performances de résolution et de sensibilité exceptionnelles. Le développement rapide de ces capteurs à centres NV tient à leur capacité à fonctionner à température ambiante, à celle d’initialiser et de lire optiquement leur état quantique et à la stabilité du diamant. Cependant, à l’exception des magnétomètres à pointes et des détecteurs sensibles de bio-analytes, les transferts technologiques d'autres modalités de détection à base de centres NV sont encore freinés par le développement insuffisant de procédés de mise en forme micro- et nanométrique du diamant. L'ambition de SINFONIA est d’établir une chaîne de valeur nationale de nouveaux capteurs NV, de la croissance des films de diamant de « qualité quantique », à la préparation de membranes plane ou nano-structurées ayant de fortes concentrations en NV, jusqu’à leur intégration dans un magnétomètre industriel permettant le contrôle non destructif de matériaux et dans un imageur de l'activité électrique de neurones en culture. Une méthode de détection originale sans micro-ondes sera également mise en œuvre pour la stabilisation optique du champ magnétique à champs faibles. Le projet s'appuie sur des installations de pointe récemment acquises ou mises à niveau grâce à l'Equipex+ e-Diamant, et sur un savoir-faire internationalement reconnu dans la fabrication de diamant de qualité quantique. Le consortium rassemble toutes les compétences requises en nanotechnologies, physique du NV, métrologie appliquée et électrophysiologie neuronale pour répondre aux applications envisagées. La participation de deux industriels garantira la commercialisation rapide des produits viables, et les partenaires académiques bénéficieront de matériaux de qualité quantique et mis en forme pour tester de nouveaux concepts et dispositifs de détection. Ces recherches fondamentales préparent à la prochaine génération de capteurs à centre NV du diamant.

Acute cardiovascular syndromes (ACS) are the main cause of death in Western society and are caused by atherosclerosis. Intraplaque hemorrhage is a key characteristic of an unstable atherosclerotic plaque at risk for rupture. We propose here that therapeutic approaches to prevent the incidence of intraplaque hemorrhage is a powerful strategy to limit the incidence of ACS and reduce overall disease burden. Intraplaque hemorrhage is caused by leakage of intraplaque microvessels. We hypothesize that mast cells, a potent immune cell type, induce microvascular instability in advanced atherosclerosis and is causally involved in the incidence of intraplaque hemorrhage. We aim to a) elucidate how mast cells in atherosclerosis contribute to microvessel instability and hemorrhage and b) develop therapeutic strategies inhibiting mast cell induced vascular leakage to prevent intraplaque hemorrhage and subsequent ACS. To address these aims, we envision the following strategy: 1) Identify atherosclerosis specific mast cell phenotypes and druggable targets using human atherosclerotic plaque cells. 2) Fate mapping of mast cells in atherosclerosis: to understand the underlying processes of mast cell accumulation in atherosclerosis, we will assess the origin of the mast cells in the plaque. 3) Characterize mast cell dependent intraplaque angiogenesis and hemorrhage: to establish a causal role between mast cells, atherosclerosis, intraplaque angiogenesis and hemorrhage, we will perform mast cell activation and inhibition studies will be performed in apoE-/-Fbn1C1039G+/-, a unique mouse model that presents all these features. 4) Provide therapeutic strategies to prevent plaque instability using human ex vivo atherosclerosis models and experimental models of advanced atherosclerosis. Together, we will gain novel insights in mast cell-induced intraplaque hemorrhage, and novel therapeutic intervention strategies to improve plaque stability and to limit the incidence of ACS.

Pour créer une société durable, nous devons cesser d'utiliser le carbone d'origine fossile pour produire des produits chimiques et des carburants, afin de ne plus augmenter les niveaux de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère. Une alternative consiste à traiter le CO2 non pas comme un simple déchet, mais à l'utiliser comme une matière première neutre en carbone pour la synthèse chimique. Le recyclage du CO2 de cette manière est un défi car sa transformation nécessite un apport énergétique important et de nombreux produits différents peuvent être obtenus, généralement sous forme de mélange indésirable. En combinant l'électricité renouvelable comme source d'énergie et des matériaux catalytiques pour aider à stimuler les voies de réaction souhaitées, l'approche électrochimique est une technologie émergente prometteuse pour la conversion du CO2. Mais des défis fondamentaux persistent lors de l'utilisation de dispositifs électrochimiques dans des conditions de fonctionnement constantes, notamment des barrières énergétiques importantes et des gradients de concentration préjudiciables qui limitent l'efficacité et la vitesse de réaction. Nous proposons une stratégie basée sur l'activation pulsée des réactions de conversion électrochimique du CO2, stimulée par l'entrée de lumière pulsée, qui peut fournir des stratégies pour minimiser les barrières de réaction et régler avec précision les voies de réaction. En combinant des semi-conducteurs absorbant la lumière et des catalyseurs organiques ou inorganiques, nous étudierons la photoélectrochimie par lumière pulsée sur des dispositifs hybrides dans le but d'acquérir une nouvelle compréhension des mécanismes de conversion du CO2, de démontrer une meilleure sélectivité des produits et d'établir une nouvelle frontière dans la catalyse de résonance.

Le projet FLORES propose l'élaboration d'un système de (re)connaissance des plantes et de leur milieu, en lien étroit entre partenaires académiques pluridisciplinaires, associations de naturalistes, collectivités locales et autres communautés impliquées en faveur de la biodiversité. Le système conçu est celui de flores (livres numériques ou papiers) adaptées à un écosystème ou un milieu en particulier (du jardin agroécologique au milieu régional), co-construites avec les actrices et acteurs locaux concernés. Ces flores comprendront d'une part, une description morphologique précise et uniforme des espèces présentes dans le milieu considéré, permettant de les connaître ; et d'autre part de clés de détermination, produites automatiquement à partir des fiches, permettant de les reconnaître. Évolutifs et fondés sur un renseignement participatif d’informations, ces outils représenteront la diversité des formes à tous les niveaux d’organisation, plants, population, espèces, et seront résilients aux erreurs et incertitudes grâce à une modélisation probabiliste des caractères morphologiques et à un fonctionnement bayésien. Simples, compréhensibles, et déployables par des petites communautés, ils seront conçus pour garantir l’autonomie des actrices et acteurs vis-à-vis de la technologie et des groupes sociaux qui la possèdent. Nous comptons ainsi accompagner l’établissement d’un rapport entre les humains et les plantes basé sur l’attention et la (re)connaissance plus que sur la domination et l’éloignement, qui ont leur part de responsabilité dans le franchissement de plusieurs limites planétaires.

Le verre est un matériau très polyvalent qui est omniprésent dans la vie quotidienne depuis des millénaires et qui joue un rôle clé dans les futures technologies avancées neutres en carbone. Toutefois, les modèles actuels de production de verre ne sont pas particulièrement respectueux de l'environnement et entraînent d'importantes émissions de CO2. Pour répondre aux exigences d'une chaîne d'approvisionnement neutre en carbone d'ici le milieu du 21e siècle, le défi pour le verre réside dans les matières premières et les processus de fusion neutres en CO2. Actuellement, la quasi-totalité du verre, tant à l'échelle industrielle qu'artisanale, est fabriquée dans des fours à gaz qui émettent de grandes quantités de CO2, car les fours à gaz permettent une grande flexibilité et une adaptation constante du volume de production, de la température et des conditions d'oxydoréduction, qui ont tous un impact significatif sur les propriétés physiques et chimiques du produit final. Pour limiter au plus vite les émissions de gaz à effet de serre dans tous les secteurs de l'industrie du verre, des alternatives sans carbone doivent être développées tant pour les matières premières que pour les technologies de fusion. En ce qui concerne les émissions de CO2 et la consommation d'énergie, plusieurs options d'amélioration ont déjà été explorées, telles que l'augmentation de la proportion d'hydrogène dans le mélange gazeux, l'utilisation de fours électriques et l'utilisation de calcin comme matière première dans l'industrie du verre et du ciment. L'utilisation de matériaux recyclés dans l'industrie est déjà très répandue et des protocoles avancés existent déjà pour les deux premières solutions. Ce qui n'a pas encore été exploré, c'est l'ajout de différentes proportions de lave volcanique au calcin de verre (max. 50 % en poids) pour produire de nouvelles compositions de verre, ce qui permettrait d'éliminer complètement les carbonates, l'une des principales sources d'émissions de CO2 dans l'industrie du verre. En combinaison avec le verre recyclé, cela permettrait de réduire considérablement la consommation d'énergie du processus de fusion. Un facteur limitant à l'utilisation de ces matériaux naturels est la plage de travail en température du verre dans les limites de ses propriétés physiques et chimiques. Ces restrictions s'appliquent aussi bien aux verriers de l'Antiquité (et aux artisans verriers d'aujourd'hui) qu'à la fabrication industrielle à l'échelle d'une tonne. Plus précisément, les différents processus de travail du verre, tels que l'assemblage, le soufflage et la trempe, sont les mêmes, indépendamment de l'échelle, et sont limités par la plage de travail du verre à haute température. 3Ver s'attaque à tous ces facteurs et vise à développer de nouvelles recettes de verre pour la production sans carbone d'objets de tous les jours dans des fours électriques. Ces nouvelles compositions seront basées sur l'utilisation de calcin en combinaison avec différentes proportions et types de lave volcanique pour éviter l'utilisation de carbonates. L'objectif est de formaliser et d'adapter les nouvelles compositions aux différents processus de fabrication du verre, puis d'optimiser les nouvelles compositions dans un four électrique et enfin de traduire la recherche de laboratoire en une application industrielle. En complément du développement de nouvelles compositions de verre, nous apprendrons aux futures générations de maitres verriers à travailler ces nouveaux matériaux et pouvoir s'adapter à de futures évolutions. L'ensemble du travail de recherche sur les nouvelles compositions et leur adaptation aux gestes verriers sera réalisé avec l'ensemble des partenaires et notamment les enseignants et élèves du Lycée.

Actuellement, le vieillissement de la population représente un défi majeur social et de santé publique. Il est caractérisé notamment par une augmentation de la vulnérabilité des seniors à des troubles physiologiques et métaboliques qui peuvent être dus à une mauvaise alimentation. Différents facteurs peuvent être liés à cette malnutrition : contexte socio-économique, déficit sensoriel, perte d'appétit, problèmes bucco-dentaires ou encore diminution de la mobilité. Si une nutrition préventive tout au long de la vie est essentielle pour limiter la survenue des maladies liées au vieillissement, il est également essentiel de pouvoir proposer une alimentation spécifique et adaptée aux seniors (enrichissement sensoriel et nutritionnel, textures modifiées, portions adaptées, etc.) afin de prévenir et de lutter contre ces troubles. Dans ce contexte, ce projet vise à développer une nouvelle approche intégrant l’implication d’acteurs clés (des agriculteurs aux séniors) lors des phases de conception et développement de produits alimentaires adaptés aux séniors. L’objectif sera de tenir compte de multiples contraintes liées aux produits alimentaires à concevoir (agronomiques, nutritionnelles, technologiques, économiques ou sensorielles), mais également liées aux différents acteurs impliqués. Une recherche participative sera alors menée avec les acteurs de ce système alimentaire : agriculteurs, chercheurs en science des aliments, chefs culinaires, sociologues, diététiciens et seniors non dépendants, afin de mieux comprendre et intégrer leurs comportements, besoins et préférences et identifier des leviers pour développer des aliments adaptés. Différentes associations seront impliquées dans le projet : Alim50+ pour les séniors, Institut Paul Bocuse pour les chefs cuisiniers et Terre et Cité pour les agriculteurs. Cette étude sera ainsi une preuve de concept de mise en œuvre de recherche participative pour concevoir des produits alimentaires sains, durables et appréciés, en intégrant les étapes d’idéation et de co-création multi-acteurs, la construction et la mise en place d’un plan de diffusion et communication des résultats, ainsi que la validation d’acquisition des connaissances par les différents acteurs impliqués.

Afin de palier à l’intermittence des énergies renouvelables, l’utilisation d’un vecteur énergétique tel que l’hydrogène semble une solution idéale. Il permet de stocker massivement de l’énergie sur une longue période de temps, convient à une large gamme d’utilisation (mobilité, chaleur, procédés) et son impact carbone est très intéressant selon sa production. Cette source d’énergie apparait donc comme une bonne alternative aux énergies fossiles dont nous sommes très dépendants. Cependant, 95% de l’hydrogène est actuellement produit par vaporeformage du gaz naturel conduisant à des émissions importantes de dioxyde de carbone (CO2) ! Outre cette contrainte de production, l’hydrogène être utilisé dans des piles à combustible ou en combustion directe pour des applications mobiles ou stationnaires mais cette utilisation dépend fortement de son stockage qui représente un verrou majeur. Des progrès aux niveaux de la production et du stockage sont donc nécessaires avant de pouvoir utiliser de manière performante et réaliste cette source d’énergie. Face à cet enjeu, ce projet interdisciplinaire qui réunit une équipe de l’Institut de Chimie Physique (ICP) CNRS-Université Paris-Saclay (Orsay) et 1 membre de l'Institut polytechnique de Paris (ENSTA IP Paris) vise à proposer une solution innovante de production (verte) et de stockage de l'hydrogène adaptée aux contraintes énergétiques de la société actuelle et aux environnements des opérations de déploiement militaires. La production de l'hydrogène, pilotée par le partenaire ICP, sera réalisée en utilisant de nouveaux matériaux photocatalytiques tels que des photocatalyseurs composites à base de Nanostructures de Polymères Conjugués (NPC) couplés à des semiconducteurs inorganiques (tels que TiO2) et des matériaux de type Metal Organic Framework (MOFs) synthétisés par le partenaire ENSTA. Les composites obtenus seront alors modifiés avec des cocatalyseurs formés par des nanoparticules métalliques (sans métaux nobles) induites par radiolyse. Le stockage de l’hydrogène, piloté par le partenaire ENSTA, sera envisagé par adsorption dans matériaux poreux de type Metal Organic Frameworks (MOFs) dopés à l'aide de matériaux carbonés et de nanoparticules métalliques synthétisées par le partenaire ICP.

SPREADS est une étude prospective des conséquences des ruptures technologiques affectant la gestion stratégique des connaissances à l’ère des plateformes numériques et des bases de données massives infectables. Dans la perspective de guerres cognitives, il s’agit d’explorer l’hypothèse d’un sabotage radical des bases de la cognition par la corruption du savoir scientifique. La vulnérabilité des résultats de la recherche s’accroît au fur et à mesure que les algorithmes prennent une importance toujours plus grande dans ses procédures. La complexité et l’opacité des intelligences artificielles favorisent la possibilité de biaiser leur apprentissage par piratage des données. SPREADS aborde cet enjeu à travers le design de fictions spéculatives envisagées sous l’angle de la conception adversariale (mise en scène de mesures et contre-mesures). On considérera notamment le scénario d’une guerre cognitive totale où des puissances antagonistes ont simultanément recours à la diffusion de fictions infectieuses et au secret des recherches scientifiques.

Le projet MOCACCINO s’inscrit dans un contexte économique et sociétal caractérisé par l’accroissement significatif des besoins en communication. On observe en particulier le déploiement rapide de nouvelles infrastructures, la densification et la montée en performance de réseaux existants. Toutes ces évolutions visent à accroître la connectivité et les vitesses de transfert d’information entre utilisateurs, bénéficiant ainsi à de nombreux secteurs d’activité économiques (santé, mobilité, industrie, sécurité etc.). Cette montée en puissance et en nombre de dispositifs communicants nécessite un usage optimal de l’espace physique disponible et du spectre fréquentiel. Pour cela, il est important de disposer de dispositifs antennaires planaires, à haut rendement, large bande et directifs. Ceux-ci permettent d’assurer des communications énergétiquement efficaces et des débits importants. Les systèmes actuels et futurs de communication SATCOM sont un exemple notable de cohabitation de ces différentes contraintes. On peut également citer les développements en cours pour les systèmes de communication terrestres 5G+ et 6G. Les développements numériques proposés dans le projet MOCACCINO visent à répondre aux besoins d’outils efficaces pour la conception et l’optimisation d’antennes complexes à très faible encombrement, haute performance radioélectrique et haut rendement énergétique. Le projet propose de poursuivre la montée en maturité d’outils de conception et d’optimisation développés dans le projet Fast-HEM-3DSIW (ANR-16-ASTR-0001) dépassant les limitations des logiciels commerciaux “general purpose”. Ces outils permettront l‘analyse efficace et rapide de systèmes planaires à très forte complexité afin de mieux répondre aux besoins applicatifs. L’obtention d’un haut niveau de performance repose sur l’optimisation fine des nombreux degrés de liberté géométriques offerts par les structures multicouches en technologie circuit imprimé, par le choix judicieux des matériaux employés et par la capacité à prendre en compte certains aspects du champ proche de l’antenne tels que la présence de superstrats (radôme, lentille, surface sélective en fréquence ou métasurface). En parallèle, il propose également de poursuivre le développement du concept des réseaux d'alimentation parallèle en technologie circuit imprimé sur plusieurs niveaux introduit dans l’ASTRID initial afin d’améliorer significativement la stabilité du gain en fréquence des antennes à réseau de fentes. Enfin, l’outil de conception développé permettra également de faciliter la conception et l’optimisation d’autres dispositifs hyperfréquences (circuits d’alimentation, filtres, coupleurs, etc.).

Le projet SPECTRAL repose sur les propriétés quantiques d’un ensemble de centres NV du diamant à température ambiante pour réaliser l’analyse spectrale d’un signal hyperfréquence de manière quantitative et sur une large bande instantanée au moyen d’un dispositif compact, large bande instantanée. L’objectif central de la proposition SPECTRAL est de poursuivre la montée en TRL jusqu’à TRL5 du dispositif d’analyse spectrale exploitant la modalité optique de lecture des centres NV du diamant élaboré dans le cadre du projet ASTRID ASPEN tout en commençant à y intégrer de façon duale la modalité de lecture électrique, moins mature technologiquement que la modalité optique. La proposition SPECTRAL repose sur l’exploitation des propriétés quantiques à la fois photophysiques et de spin du centre coloré NV du diamant, un défaut ponctuel constitué à la fois d’un atome d’azote (N) substitué à un atome de carbone associé à une lacune (V) de carbone située sur un site adjacent. Ce défaut possède des transitions de spin dans le domaine hyperfréquence qui peuvent être détectées sous excitation optique dans le vert, à la longueur d’onde de 532 nm, et à température ambiante suivant des modalités optiques, en mesurant les changements de photoluminescence, ou électrique, par la mesure des changements de photoconductivité induits par la modification de son état de spin. Les fréquences de transition de ces résonances magnétiques peuvent être contrôlées par l’application au centre NV d’un champ magnétique statique donnant lieu à deux pics dont la séparation en fréquence est directement proportionnelle à la projection du champ magnétique le long de l’axe azote-lacune. L'utilisation des centres NV pour l'analyse spectrale de signaux hyperfréquence repose sur l’encodage spatial au moyen d’un gradient de champ magnétique de la fréquence de résonance d’un ensemble de centres NV contenu dans un cristal de diamant et éclairé par un faisceau laser de façon à transposer le contenu spectral instantané d’un signal radiofréquence d’intérêt sur le niveau local de photoluminescence et/ou de photoconductivité. Le spectre de fréquence complet d’un signal complexe peut ainsi être reconstruit à partir de l’image de la distribution spatiale du signal de photoluminescence émis par les centres NV et, de façon duale, de la mesure du profil de photoconductivité le long du faisceau avec une probabilité d’interception proche de 100 % sur une large bande instantanée. Le consortium du projet SPECTRAL implique les trois partenaires initiaux d’ASPEN (Thales Research & Technology (TRT), un laboratoire de recherche industriel et deux partenaires académiques, le laboratoire Lumière, Matière et Interfaces (LuMIn) et le Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux) complété par la participation d’une TPE, la société Diam Concept (DC) dont le champ d’activité concerne principalement l’élaboration de diamants synthétiques pour la bijouterie. A l’issue du projet SPECTRAL, nous aurons réalisé un dispositif d’analyse spectrale d'un volume de quelques litres, une bande fréquentielle d’analyse instantanée reconfigurable pouvant aller jusqu’à plusieurs GHz, une résolution fréquentielle proche du MHz et une aptitude à exploiter de façon duale une modalité de détection optique (ODMR) et électrique (PDMR) sur un nombre de canaux compris entre 5 et 10 au moyen d’électrodes en graphite de façon à comparer les performances et l’apport des différentes modalités pour l’application d’analyse spectrale large bande instantanée. Ce dispositif d’analyse spectrale radiofréquence situé à TRL5 extrêmement compact sera à même de pouvoir à terme adresser de multiples problématiques civils (5G, CEM) ou militaires (surveillance du paysage électromagnétique). D’autre part, les travaux réalisés sur les aspects matériau contribueront à développer, structurer et renforcer une filière intégralement française quant à la production d’un matériau diamant conçu pour les technologies quantiques.

Les Radars à Ondes de Surfaces (ROS) permettent une observation continue de la surface de mer sur de longues distances, de 50 à 300 km selon la fréquence utilisée dans la bande des Hautes-Fréquences (HF, 3-30 MHz). L’objectif de ce projet est de renforcer les capacités de surveillance maritime civile et environnementale par ROS sur la façade méditerranéenne française. Pour cela, nous proposons une collaboration entre les deux seuls opérateurs développant une activité d’observation pérenne sur cette côte : le laboratoire MIO, qui maintient deux réseaux de radars océanographiques HF (13.5 et 16.15 MHz) pour la cartographie en temps réel des courants dans les régions de Toulon et Nice, et l’ONERA, qui déploie actuellement un ROS (6.5 MHz) en Camargue pour la surveillance des navires dans le Golfe du Lion. Nous souhaitons réaliser une symbiose des données et méthodes développées pour chacun des réseaux de radars pour augmenter leurs performances respectives et accroître les produits disponibles sur la côte Méditerranéenne. Les principales nouveautés seront : 1) Une expertise des performances de détection de cibles marines offerte par les systèmes ROS du MIO et de l’ONERA en fonction des conditions environnementales, des caractéristiques techniques des instruments et des cibles illuminées par les deux radars. Une évaluation du pistage des navires et de son transfert d’un système ROS à un autre sera également réalisée. 2) Le développement de nouvelles applications à finalité environnementale (en particulier, cartographie à haute résolution spatiale des courants de surface et des champs de vagues et de vents, mesure d’événements extrêmes) pour les systèmes ROS du MIO et de l’ONERA et fusion des résultats obtenus par chaque instrument pour une optimisation de la couverture spatiale. Les modèles numériques (de circulation générale et de vagues) ainsi que des données de bouées dérivantes constitueront un jeu de données complémentaire. 3) Une confrontation des produits issus des deux instruments ROS du MIO et de l’ONERA avec des produits obtenus depuis des instruments spatiaux (cartes de vents et courants et détection de navire par radar imageur SAR, composante géostrophique du courant et mesure des vagues par altimétrie). Mots clés : Radar à Ondes de Surfaces (ou radar HF), courants, vagues, détection de navire, radar SAR spatial, altimétrie spatiale, côte Méditerranéenne.

Le projet PACTE-ESPACE (Physique ACTivE des particules énergétiques, des ondes, et de leurs interactions dans l’ESPACE proche Terre) est proposé par des chercheurs du centre DIF (DAM Ile-de-France) de la Direction des Applications Militaires (DAM) du Commissariat à l’Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) , en collaboration avec des chercheurs du CNRS et des ingénieurs d’Airbus Defence and Space. Tous sont spécialistes en sciences spatiales, physique magnétosphérique et/ou atmosphérique. La partie recherche et communication de PACTE-ESPACE sera pilotée par le CEA DIF, en lien étroit avec le CNRS. Airbus DS interviendra pour le suivi, l’orientation, la proposition de stratégies relatives à la recherche et l’innovation, aux développements technologiques associés à l’anticipation des menaces et des défenses possibles et à la compréhension des agressions électroniques et électromagnétiques émergentes. Le projet PACTE-ESPACE relève directement du sous-thème 7.4.3 : Détection and Imagerie : Surveillance des activités électroniques spatiales dans l’axe thématique 4 « Ondes acoustiques et radioélectriques ». Le projet PACTE-ESPACE aura aussi des retombées in fine pour la protection des composants électroniques en environnement spatial suite à des agressions électromagnétiques intentionnelles ou non, une application du sous-thème 7.4.5 : Agressions électromagnétiques et vulnerabilité. Le projet s’intègre aussi dans trois axes d’efforts du Document d’Orientation de l’Innovation de Défense 2019 : l’amélioration de la surveillance de l’espace depuis l’espace, la protection de nos satellites et les moyens d’action dans l’espace pour contrer une menace. PACTE-ESPACE propose d’observer, i.e. de surveiller, par des moyens satellites à disposition, l’environnement électronique ambiant, i.e. les flux d’électrons, complexe et très variable, depuis l’ionosphère jusqu’à des régions de l’espace proche de la Terre et de mieux le comprendre en le simulant. Pour cela, nous étudierons des événements naturels (e.g. orages ou sous-orages magnétiques) en les observant grâce à plusieurs types de mesures satellites simultanées, effectuées depuis plusieurs satellites. PACTE-ESPACE s’attaque à des problèmes de physique amont des interactions ondes-électrons dans l’espace, avec de nombreuses retombées en météorologie de l’espace. Nous étudierons, de la même manière, une série d’expériences actives, conduites hors laboratoire, dans l’espace ou la haute ionosphère, qui ont pour but de modifier l’environnement électronique ambiant grâce à la création d’ondes électromagnétiques. Cette application est en lien direct avec des applications de la Défense, comme la remédiation active, qui est la capacité de l’homme à pouvoir déplacer des électrons afin de diminuer les doses locales de radiation. Une partie des recherches sera conduite dans le cadre d’une thèse CEA-DGA sélectionnée et co-financée en 2021 (hors financement ANR). PACTE-ESPACE permettra de faire progresser notre compréhension physique et théorique générale et de valoriser et d’étendre le développement d’outils numériques d’expertise pour ces applications du CEA et du CNRS. Le volet expérimental de PACTE-ESPACE, traité au CNRS, permettra d’établir la faisabilité de mesures dédiées à l’environnement électronique et électromagnétique et aux expériences actives pour différentes tailles de satellites (de nano à micro). Les retombées de PACTE-ESPACE sont donc de permettre de suivre et de progresser dans le domaine des activités électroniques dans l’espace, en termes d’observations et de calculs physico-numériques. PACTE-ESPACE s’inscrit dans la modernité d’applications émergentes duales, civiles et militaires, dans un contexte compétitif et stratégique de conquête et de défense de l’espace.

L’objectif du projet proposé par Bertin Technologies, le CEA et l’ISL est de développer un système d’aide à la détection, à la reconnaissance et à l’identification de menaces dans les domaines du visible et de l’infra-rouge. L’algorithme développé au cours de ce projet a vocation à être embarqué sur des systèmes optroniques au plus proche du terrain. Il sera donc soumis à des contraintes de frugalité matérielle et énergétique. L’approche proposée reposera sur des solutions d’intelligence artificielle s’appuyant sur des réseaux de neurones profonds. Cette technologie est très prometteuse pour les applications de détection, reconnaissance et identification. Cependant, elle requiert un apprentissage supervisé avec de nombreuses données annotées représentatives des situations d’utilisation, difficiles à obtenir pour les applications militaires, ainsi qu’une grande puissance de calcul lors de l’utilisation. L’ISL, le CEA et Bertin Technologies exploiteront leurs savoir-faire complémentaires en acquisition de données, entrainement et optimisation d’IA, intégration matérielle et optronique pour lever les trois verrous techniques que sont l’apprentissage à partir d’un jeu de données frugales, l’exploitation conjointe de données visibles et infra-rouges, et la frugalité en puissance de calcul. Une maquette de démonstration basée sur les solutions optroniques existantes de Bertin Technologies sera réalisée afin de valider la solution développée. Ce projet s’inscrit dans les stratégies française et européenne de poursuivre l’effort de recherche dans le domaine de l’IA, dont les enjeux stratégiques sont majeurs. Sur le plan militaire, il présente de forts enjeux tactiques et opérationnels, en particulier pour des applications de surveillance, reconnaissance, identification, et collecte de renseignements. Embarquée sur des systèmes optroniques, l’intelligence artificielle peut faciliter le traitement des informations transmises par les capteurs, limiter les risques d’erreurs humaines, faciliter une prise de décision rapide et optimiser la consommation des batteries des capteurs. Les fonctions de détection, de reconnaissance et d’indentification de menaces présentent également un intérêt dans des domaines civils, notamment celui de la surveillance de zones sensibles (ports, frontières) ou de sites industriels, ainsi que de la mobilité autonome.

Le projet ALlumage acTIvé Par Ondes Retournées Temporellement 2 se donne pour objectif de réaliser une rupture avec les techniques habituelles d’allumage. Elles utilisent une activation locale et figée dans la chambre de combustion. Ces « bougies », positionnées en parois n’offrent que peu de degrés de liberté pour allumer les moteurs dans des conditions critiques. En particulier lors de l’allumage à froid et en altitude ou lors d’une procédure de ré-allumage en vol. Dès lors des alternatives innovantes sont activement recherchées au sein de la communauté aéronautique. Celle proposée ici offre un dépôt d’énergie versatile et la caractérisation du domaine d’allumage associé est le résultat attendu du projet. Comme cela a récemment été montré au LAboratoire PLasma et Conversion d’Energie, la maîtrise de la forme temporelle de la puissance électromagnétique injectée dans une cavité microonde réverbérante, telle que serait une chambre de combustion convenablement blindée, permet d’envisager la création et le contrôle dans l’espace et le temps d’un plasma. Par sa température et sa réactivité chimique, ce dernier est ensuite capable d’initier la combustion. Il faut disposer d’un circuit d’allumage avec une architecture particulière. Selon la procédure classique de retournement temporel mise en place à l’Institut Langevin, un apprentissage permet de connaître la forme temporelle précise associée à chaque position dans la chambre de combustion. La production et l’amplification de cette forme permettent de créer une impulsion de quelques nanosecondes de durée à l’endroit désiré. On peut ainsi focaliser la puissance microonde en un lieu plus approprié pour l’allumage en conditions extrêmes et répéter ces impulsions à des cadences très élevées. L’exploitation de ce procédé permet d’envisager l’extension du domaine d’allumage des moteurs vers des situations qui présentent aujourd’hui des difficultés non surmontées. Le LAPLACE est expert et innovant sur les plasmas microondes engendrés par retournement temporel. L’ONERA est reconnu pour ses moyens d’essais disposant d’une instrumentation au meilleur niveau d’analyse et son expertise de longue date dans l’allumage des moteurs aérobies. Le CEA-Gramat est un centre de référence dans la production, la caractérisation et l’exploitation des hautes puissances pulsées microondes. Le LAPLACE et l’ONERA avec l’appui du CEA-Gramat proposent de conduire une recherche conduisant à allumer puis à contrôler un plasma atmosphérique dans une chambre de combustion par une stratégie de retournement temporel. Les étapes de ce travail seront : - l’adaptation d’une chambre de combustion représentative au procédé ALTIPORT 2, - l’étude du claquage de l’air dans cette chambre avec l’aide d’un initiateur résonant, - la réalisation de l’allumage et les études paramétriques conduisant à adapter la stratégie aux conditions de test, - l’évaluation de cette méthode d’allumage. Ce projet permettra de poser les bases scientifiques et techniques sur lesquelles développer un futur système opérationnel profitable aux aéronefs d’usage civil ou de défense. Ce projet se donne aussi pour objectif d’identifier les partenaires académiques et industriels des domaines de l’électronique microonde de puissance et de l’allumage de moteurs aérobies pour les informer des résultats et les intéresser à l’exploitation industrielle d’ALTIPORT 2 qui suivra, vraisemblablement dans un cadre ASTRID maturation à la suite du présent projet de recherche.

La détection d’objets immergés à distance dans des eaux turbides (contenant des particules absorbantes/diffusantes) est un enjeu majeur dans les domaines industriels (travaux sous-marins, oil & gas, énergies marines renouvelables, câbles et pipelines…), militaires (guerre des mines, surveillance…) et scientifiques (biologie, archéologie…). Or la portée de l’imagerie optique conventionnelle haute résolution est limitée par les phénomènes de multidiffusion et les aberrations générées par le milieu aquatique turbide. Ces effets limitent la distance à laquelle il est possible d’imager un objet, ainsi que la résolution ou le contraste des images obtenues. L’amélioration des performances des techniques d’imagerie optique haute résolution pour voir à travers des eaux turbides constitue un réel challenge scientifique et présente un intérêt stratégique pour de nombreuses opérations subaquatiques civiles ou de défense. Les phénomènes de multidiffusion et d’aberrations générés par le milieu aquatique turbide sont extrêmement complexes, et leur modélisation et leur correction représentent une gageure pour les physiciennes et les physiciens. Les aberrations dues au mélange d’eaux de salinité et de température différentes dégradent la résolution de l’image et son contraste. En ce qui concerne la diffusion, on distingue en général trois types de photons parvenant jusqu’au capteur : les photons balistiques (qui n’ont été rétrodiffusés qu’une fois par l’objet lui-même), les photons serpentiles (diffusés quelques fois par le milieu) et les photons multi-diffusés (diffusés de nombreuses fois). Si l’on n’exploite que les photons balistiques, on estime à environ 80m la portée maximale potentiellement atteignable en eau claire (il s’agit là d’une limite théorique, la portée en eau très turbide est parfois inférieure au mètre). Si l’on parvient à exploiter aussi les photons serpentiles, la portée peut être multipliée par 10. L’objectif d’AQUAMAT est donc d’extraire les photons balistiques, de filtrer les photons multidiffusés, et de parvenir à exploiter les photons serpentiles pour gagner un ordre de grandeur en portée pour l’imagerie subaquatique en eaux turbides. Ces dernières années, un domaine d’application particulier de l’imagerie à travers des milieux aqueux diffusants a suscité un formidable développement technologique : l’imagerie biomédicale. Certains auteurs suggèrent donc de s’inspirer du biomédical et d’en transcrire les méthodes pour l’imagerie subaquatique. C’est la démarche que nous nous proposons de suivre ici, en important vers l’imagerie subaquatique des techniques que nous avons appliquées avec succès à l’imagerie de tissus : l’optique adaptative et l’approche matricielle de la caractérisation d’un milieu complexe. Notre consortium est constitué d'organismes experts en correction des aberrations (ONERA) et de la diffusion (Institut Langevin) et en imagerie subaquatique (LIRMM). Les différentes séquences de ce projet ont été pensées pour être chacune source de résultats scientifiques valorisables : - L’étape de conception sera l’occasion de recueillir expérimentalement des données in-situ inédites et d’associer un simulateur expérimental d’eau turbide calibré (nommé « aquarium » dans ce projet) à sa version numérique (codes simulant propagation, aberration, diffusion et imagerie matricielle); - L’étape de réalisation permettra de créer un imageur matriciel original validé dans un environnement représentatif ; - L’objectif final, qui constituera une réelle percée dans le domaine, est l’obtention d’un gain d’un facteur 10 en portée à travers un milieu diffusant dynamique ; - Enfin, un comité scientifique incluant des utilisateurs potentiels de ces techniques contribuera à rédiger une feuille de route pour le transfert de ces technologies à des acteurs industriels et défense de l’imagerie et la surveillance du milieu subaquatique.

Au cours des dernières décennies, le monde technologique qui nous entoure a connu de profondes mutations, notamment portées par les progrès dans les domaines de l’autonomie, de la robotique et de l’intelligence artificielle. Aujourd’hui, les opérateurs humains font régulièrement face à des systèmes fortement automatisés, voire autonomes, avec pour rôle premier celui de superviser ces nouveaux partenaires artificiels. Ce changement profond dans le rôle attribué aux opérateurs humains a généré de nouveaux risques relatifs aux facteurs humains qui se traduisent notamment par des difficultés à comprendre les agents artificiels, à détecter leurs erreurs et à les reprendre en main lorsque nécessaire, un ensemble de problèmes regroupés sous le terme de phénomène de sortie de boucle (ou OOL performance problem). Bien que largement étudié, ce phénomène de sortie de boucle reste aujourd’hui bien difficile à caractériser, et plus encore à compenser. Notre constat est celui d’une faiblesse explicative quant aux concepts et outils utilisés lorsqu’il s’agit d’étudier ce phénomène. Dans ce cadre, notre projet vise à proposer de nouveaux outils inspirés des travaux récents en neurosciences cognitives et computationnels afin de mieux comprendre et caractériser ce phénomène de sortie de boucle et le prévenir. En particulier, à travers l’utilisation et l’analyse conjointe de signaux électroencéphalographiques et oculométriques, le projet EMOOL se propose de fournir un outil permettant de mieux caractériser les mécanismes neurocognitifs sous-tendant l’activité de supervision d’un système automatisé, mais également de mieux comprendre comment cette activité évolue lors des situations de sortie de boucle. Un des intérêts majeurs et innovants de ce couplage réside dans l’analyse de la dynamique de l’activité de supervision lors de tâches dynamiques de supervision plus écologiques telle que celles envisagées dans le projet de recherche dans un contexte aéronautique (i.e. ici tâche de supervision de système d’assistance à l’évitement d’obstacles), impliquant une exploration visuelle et un traitement de l’information en continu. Le contexte émotionnel, au combien important dans le contexte aéronautique, susceptible de moduler cette exploration visuelle sera, par ailleurs, modulé afin d’étudier son influence sur l’activité de supervision et l’émergence du phénomène de sortie de boucle. Enfin, notre projet vise à développer un premier modèle d’estimation de l’activité de supervision sur la base des marqueurs cérébraux et/ou oculométriques en utilisant des méthodes d’apprentissage profond et des approches méthodologiques prenant en considération la dynamique spatio-temporelle du phénomène de sortie de boucle. Les verrous scientifiques de ce projet sont multiples, qu’ils s’agissent de l’induction du phénomène de sortie de boucle, de la manipulation du contexte émotionnel, de l’analyse conjointe de données EEG et oculométriques dans un contexte écologique et dynamique, ou encore de l’identification de caractéristiques suffisamment discriminantes et robustes de l’état de sortie de boucle afin de développer un modèle d’estimation de l’activité de supervision. Les travaux proposés dans le cadre de ce projet, bien qu’instanciés ici dans des tâches propres à l’aéronautique, nous semblent tout à la fois ambitieux d’un point de vue scientifique et potentiellement disruptif d’un point de vue appliqué. Enfin, ces travaux permettront d'ouvrir des perspectives quant à la compensation en temps-réel de ce phénomène.

Optimisation de la propulsion des moteurs fusés, contrôle de la transition de régime et vectorisation par injection fluidique secondaire dans les tuyères à double galbe Pour obtenir la poussée maximale d’un moteur fusée, il faut détendre les gaz propulsifs de manière à ce que la pression du jet soit égale à la pression externe (adaptation). La pression externe évoluant en fonction de la trajectoire de l’aéronef, il faudrait donc idéalement que la forme de la tuyère d’éjection varie avec l’altitude ce qui est impossible du point de vue pratique. Les tuyères à double galbe possèdent deux profils et deux régimes de fonctionnent. On est donc adapté à deux altitudes. Le premier profil permet d’être adapté aux basses altitudes. Dans ce régime l’écoulement est collé au premier galbe et décollé du second. Le second galbe permet d’être adapté aux hautes altitudes. Dans ce régime l’écoulement est collé aux deux galbes. Le problème est que l’écoulement change de régime à trop basse altitude ce qui provoque une perte d’impulsion spécifique. Pire, cette transition de régime s’effectue de manière non axisymétrique ce qui génère de fortes charges latérales qui pourraient détruire l’aéronef. Grâce à l’expérience acquise sur la vectorisation fluidique de la poussée par injection secondaire dans le divergent d’une tuyère à simple galbe, nous proposons une technique d’injection fluidique dans le second galbe d’une tuyère à double galbe permettant de contrôler favorablement le changement de régime d’écoulement et d’obtenir la vectorisation de la poussée. Un tel système permettra l’utilisation des tuyères à double galbe plus performante. Pour les applications civiles, l’augmentation de la poussée et la suppression des organes traditionnels de contrôle de trajectoire serait des bénéfices qui pourrait donner un avantage important au lanceur de satellite Européens en permettant de diminuer les coûts d’accès à l’espace et en permettant de développer les lanceurs réutilisables. Dans le cadre des applications militaires, cette technique permettra d’augmenter les performances des moteurs de missile ou de drone en augmentant leur masse utile, leur portée. La vectorisation fluidique de la poussée permettra une augmentation du domaine de vol en autorisant un meilleur contrôle de trajectoire grâce à des temps des réactions plus courts et à une augmentation de la manœuvrabilité. Le projet est organisé en deux parties. La première portera sur l’étude du contrôle fluidique du changement de régime d’écoulement (altitude montante : transition, altitude descendante : retransition). La seconde partie portera sur l’étude de la vectorisation de la poussée dans les tuyères à double galbe. Le projet sera abordé de manière expérimentale au laboratoire ICARE, qui dispose des installations expérimentales lourdes permettant l'étude des écoulements à grande vitesse. Il sera abordé par le biais de la simulation numérique au LMEE, de manière à permettre une meilleur compréhension des phénomènes liés a l'injection secondaire, dont l'étude expérimentale est difficile faute d'accessibilité. Les résultats seront confrontés aussi souvent que possible pour garantir une bonne corrélation.

La reconstruction des conditions environnementales sur Terre au cours des temps géologiques est généralement basée sur la composition chimique et isotopique des minéraux carbonatés, nécessitant ainsi une bonne compréhension des mécanismes contrôlant l'incorporation élémentaire dans ces derniers. Le lithium (Li) a été proposé comme un traceur important de paramètres environnementaux tels que le pH et la température. Le projet MeLiCa vise donc à explorer les mécanismes contrôlant l'incorporation et le fractionnement isotopique du Li dans la calcite et l’aragonite. Notre hypothèse, soutenue par des résultats préliminaires, est que la [Li] et le ?7Li des solides sont décidées lors de l'étape d’adsorption du Li sur la phase minérale carbonatée en croissance. L'adsorption du Li sur les surfaces minérales étant contrôlée par le pH et la composition chimique du fluide, des variations de [Li] et de ?7Li des solides sont attendues pour différentes compositions chimiques du fluide. L'objectif du projet MeLiCa est de quantifier les paramètres physico-chimiques contrôlant la [Li] et le ?7Li du CaCO3, permettant ainsi l'utilisation de cet élément comme traceur. Ce projet s’articulera autour de quatre composantes : i) des expériences d’adsorption/coprécipitation du Li sur/dans la calcite et l’aragonite permettant de quantifier la [Li] et le ?7Li des solides sous différentes conditions physico-chimiques, ii) la caractérisation de l'environnement de liaison du Li dans le solide en utilisant la spectroscopie RMN 7Li, iii) la modélisation à l'échelle atomique basée sur la DFT pour fournir des informations sur le ?7Li des minéraux carbonatés et iv) la mesure de [Li] et de ?7Li d’échantillons naturels formés dans des conditions bien caractérisées afin d’évaluer les résultats des travaux expérimentaux et théoriques. Ces recherches aideront au développement du Li en tant que traceur ainsi qu’à la modélisation biogéochimique de l'évolution climatique au cours des temps géologique.

Le projet ALPHA-O3 a pour but de créer un consortium de haut niveau afin d’amener les mesures de télédétection de l'ozone atmosphérique au niveau inédit de précision autour de 1%. L'ozone est une molécule clé de la composition atmosphérique. De par ses propriétés radiatives, elle joue un rôle important dans le changement climatique, ce qui rend cruciale sa mesure précise et traçable. La détection de l'ozone in situ et à distance repose sur des données d'absorption qui souffrent d'incertitudes et de biais de l'ordre de plusieurs %. Une amélioration des mesures atmosphériques est nécessaire pour évaluer la reconstitution de la couche d'ozone et l'impact de l'ozone atmosphérique sur le changement climatique. ALPHA-O3 cible ainsi l'ozone dans la région de la haute troposphère-basse stratosphère (UTLS) où l'impact de l'ozone sur le climat est le plus important et où les tendances de l'ozone sont les plus incertaines. Le projet vise à apporter une contribution majeure à l'effort international pour réviser les données spectroscopiques qui limitent la précision des mesures de l'ozone atmosphérique et l'évaluation de ses tendances évolutives. Afin d'établir un nouveau standard spectroscopique dans l'ultraviolet (UV) pour la télédétection de l'ozone, des mesures de sections efficaces seront réalisées dans l’environnement contrôlé du laboratoire, et seront ensuite utilisées par des expériences de terrain. Afin de réaliser l’étude de laboratoire, une source laser innovante accordable dans la gamme de longueurs d'onde 306-320 nm sera conçue. Ce laser sera utilisé pour mesurer les sections efficaces de l’ozone avec une haute résolution, dans l’environnement contrôlé du laboratoire, en balayant une large plage de longueur d’onde et une gamme de température correspondant à celle de la stratosphère et de l’UTLS. Nous couvrirons la longueur d'onde de 308 nm des lidars mesurant l’ozone dans la basse stratosphère, ainsi que d’autres longueurs d'onde utilisées par les spectrophotomètres Brewer ou Dobson et par les instruments satellitaires. La précision accrue des mesures de télédétection utilisant ces nouvelles sections efficaces offrira un nouveau standard de référence pour les autres techniques et notamment les sondes électrochimiques utilisées très largement pour mesurer l’ozone dans l’UTLS. Atteindre une précision meilleure que 1% pour la section efficace ainsi qu'une incertitude jusqu’à 1% dans les mesures de l'ozone atmosphérique est un enjeu majeur depuis plus de 20 ans. Pour enfin y arriver, nous avons choisi une approche multidisciplinaire. Le nouveau laser UV innovant, spectralement étroit et accordable sera réalisé par conversions non-linéaires de sources laser de haute puissance dans l’infrarouge. Il sera développé au sein d'un groupe spécialisé dans ces développements laser : l’équipe photonique du LP2N. L'équipe du LERMA qui effectuera les mesures de laboratoire de section efficace d'absorption est spécialisée dans la spectroscopie quantitative et la physique moléculaire de l'ozone. Les équipes du LATMOS et du GMSA étudient la composition et la physico-chimie de l'atmosphère, et sont spécialistes de l’étude de l'ozone à l’aide de différentes techniques de mesure. ALPHA-O3 rassemble ces différents acteurs, offrant un nouveau niveau de cohérence et de précision pour les mesures de l'ozone atmosphérique. Les résultats du projet permettront de résoudre les incohérences actuellement observées entre les données spectroscopiques UV et IR de l'ozone. Ces améliorations sont nécessaires non seulement pour pouvoir faire des mesures plus précises de concentrations et de tendances d'ozone, en particulier dans l'UTLS, mais aussi pour pouvoir profiter pleinement de nouvelles approches synergiques de mesures par satellite qui combinent les données de télédétection de l'ozone provenant de différentes régions spectrales afin d'obtenir une évaluation plus complète de la répartition verticale de l’ozone dans l’atmosphère à l’échelle globale.

L’objectif du projet (MPC)2 (Caractérisation des Processus Microphysiques des nuages en Phase Mixte en ArCtique Européen) est d’améliorer notre compréhension des processus clefs influençant le climat en zone arctique. Cette région du globe est particulièrement sensible au changement climatique, avec un réchauffement deux fois plus rapide que la moyenne mondiale (phénomène d’amplification arctique). Notre compréhension encore parcellaire des processus physiques liés aux nuages ainsi qu’à leurs interactions avec les aérosols limite la capacité des modèles à prédire les conséquences du changement climatique en Arctique. Les nuages jouent un rôle primordial sur le bilan radiatif en Arctique. Néanmoins, leurs distributions spatiales et saisonnières, leurs effets radiatifs ainsi que leur impact sur le cycle hydrologique sont encore mal connus compte-tenu du manque d’observations in situ et des limites des techniques de télédétection spatiale dans ces régions. Les nuages en phase mixte (MPC) caractérisés par une coexistence d’eau surfondue et de cristaux de glace jouent un rôle primordial sur le bilan radiatif en Arctique. De nombreuses incertitudes accompagnent nos connaissances sur les nombreuses interactions entre les différents processus dynamiques, radiatifs, microphysiques associés aux MPC et les conditions environnementales à plus grande échelle (état de surface, origine des masses d’air, situation météorologique). Ce complexe entrelacs de rétroactions et d’interactions à différentes échelles reste encore très mal représenté dans les différents modèles limitant notre capacité à prédire les effets du changement climatique dans ces régions. Dans le cadre du projet (MPC)2, nous nous proposons d’étudier les différents processus impliqués dans le cycle de vie des MPC en Arctique à partir de l’analyse combinée de données de campagnes aéroportées, au sol et satellitaires en synergie avec des études de modélisation à différentes échelles. Nos analyses cibleront plus particulièrement l’impact des conditions environnementales à grande échelle sur les propriétés microphysiques et radiatives des nuages. Nous étudierons également l’impact de la variabilité à petite échelle des propriétés thermodynamiques et des aérosols sur les mécanismes d’initiation de la phase glace et du partitionnement eau/glace dans ces nuages, dans le but d’améliorer la représentation des nuages en Arctique et des interactions aérosols-nuages dans les modèles. Ainsi les résultats de (MPC)2 contribueront à l’amélioration de notre compréhension des processus microphysiques responsables de glaciation, de la distribution de l’eau liquide et de la glace ainsi que de leurs rôles sur la persistance des MPC. Nous nous appuierons sur la mise œuvre et l’analyse d’une base de données sans précédent acquises lors des campagnes de mesures aéroportées ACLOUD à la fin du printemps 2017 (Arctic CLoud Observations Using airborne measurements during polar Day), AFLUX au début du printemps 2019 (Joint Aircraft campaign observing FLUXes of energy and momentum in the cloudy boundary layer over polar sea ice and ocean) et MOSAiC-ACA (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate) en été 2020. Ces mesures seront complétées par des observations réalisées par les bouées déployées dans le cadre de IAOOS (Ice Atmosphere Ocean Observing System) entre 2014 et 2020 ainsi que des observations satellitaires (POLDER, MODIS, IASI, CALIPSO, CloudSat). Une hiérarchie de modèles à différentes échelles (DESCAM, 3DCLOUD, Polar WRF-Chem) sera utilisée en synergie avec les observations pour développer et tester de nouvelles paramétrisations nuageuses pour différentes conditions environmentales clefs. Ce travail s’effectuera en collaboration étroite avec les projets (AC)3 (ArctiC Amplification : Climate Relevant Atmospheric and SurfaCe Processes and Feedback Mechanisms) et MOSAiC.

La calotte glaciaire Antarctique est la plus grande source d'incertitude sur les projections du niveau des mers. L'ampleur et le signe de la contribution de l'Antarctique résultent de la compensation de deux effets opposés : les augmentations du gain de masse en surface et de la perte de masse par la dynamique glaciaire (induite par l'océan), qui sont toutes deux très incertaines. Une grande partie de l'incertitude sur ces effets opposés provient de l'absence de couplage entre les modèles de calotte et d'océan/atmosphère, ce qui a motivé le développement récent de ce type de modèles couplés. Cependant, il y a un décalage entre la résolution grossière des modèles océan/atmosphère et la haute résolution nécessaire pour les modèles de calottes glaciaires. Dans ce projet, nous améliorerons l'intégration de la calotte glaciaire Antarctique dans un modèle de climat via l'utilisation de réseaux de neurones aux interfaces de couplage. Ceux-ci apporteront une résolution accrue et tiendront compte des processus polaires absents ou mal représentés dans les modèles de climat (par exemple, la fonte en surface ou à la base des plateformes). Les réseaux de neurones seront entraînés sur des simulations atmosphériques et océaniques polaires à haute résolution, y compris dans un climat plus chaud et avec une géométrie modifiée de la calotte. Les membres de notre consortium ont récemment mené deux études pilotes qui prouvent la faisabilité de ce projet. Les réseaux de neurones seront utilisés à l'interface entre le modèle de calotte Elmer/Ice et les composantes océaniques et atmosphériques de IPSL-CM6-LR. Nous évaluerons la capacité du modèle à reproduire l'évolution observée de la calotte Antarctique. Nous effectuerons également des projections jusqu'en 2100 avec une incertitude contrainte par les réseaux de neurones nouvellement développés. Le couplage proposé sera applicable à d'autres modèles climatiques intégrant les calottes ainsi qu'à des modèles de calottes non couplés. Notre projet s'inscrit dans le cadre du volet "L'intelligence artificielle au service des défis sociétaux" de la stratégie française en matière d'intelligence artificielle, et aura un fort impact sociétal (gestion du littoral) à travers l'amélioration des projections d'élévation du niveau de la mer.

L'antimoine (Sb) est l’un des éléments les plus enrichis dans l’environnement urbain mais aussi l’un des moins étudié. Il est très important d’identifier son impact sur les milieux récepteurs accumulant cette contamination émergente. En effet, des questions scientifiques importantes sont totalement inexplorées en milieu urbain, telles que les contributions relatives des différentes sources de contamination de Sb et le comportement biogéochimique du Sb dans et entre les réservoirs sédimentaires, notamment les bassins de rétention des eaux de ruissellement routier qui sont des concentrateurs de Sb comme le montrent nos travaux préliminaires. Le projet pluridisciplinaire ANTIMONY fournira des connaissances innovantes sur la spéciation et les conditions de transfert de ce contaminant émergent dans la zone critique, depuis les sources jusqu’au milieu récepteur, à court et long terme. Cette stratégie est adaptée à la complexité des processus impliqués et au manque de connaissances fondamentales sur la biogéochimie de cet élément en milieu urbain. Ainsi, ANTIMONY explorera les mécanismes régissant le comportement du Sb à l'échelle moléculaire dans des expériences contrôlées en laboratoire, et augmentera progressivement les échelles de temps et d'espace des expériences jusqu'à l'étude des tendances à long terme et des impacts des contaminations en Sb sur le terrain. Le nombre de processus potentiels (oxiques et anoxiques, biotiques et abiotiques) étant important, les expériences en conditions contrôlées (Tâche 1) permettront d’isoler ces processus, sélectionnés sur la base de nos résultats préliminaires : sorption ou incorporation de Sb(III) et Sb(V) sur des minéraux précédemment identifiés dans les bassins routiers (oxyhydroxydes de fer, sulfures), oxydation et réduction des espèces de Sb par des souches bactériennes pures. Cette approche globale générera de nouvelles informations fondamentales concernant le fractionnement isotopique et les changements minéralogiques accompagnant les processus environnementaux et microbiens dans lesquels Sb est impliqué. Deuxièmement, la tâche 2 est consacrée aux bassins de rétention des eaux routières, qui constituent des systèmes modèles pour étudier les transferts de Sb du trafic routier vers le milieu aquatique. La partition du Sb dans ces milieux, le rapport isotopique de Sb et la minéralogie des phases porteuses seront documentés. Des expériences de mésocosmes avec des sédiments représentatifs des réservoirs urbains seront conçues pour mieux comprendre les processus affectant la mobilité du Sb dans ces réservoirs et élucider le rôle des bactéries dans le transfert de Sb entre les compartiments eau et sédiments. Nous nous appuierons notamment sur des mesures de ?123Sb pour obtenir des indices sur les mécanismes impliqués à l'échelle moléculaire (oxydation, réduction, échange de ligands), permettant de faire des hypothèses sur les changements de formes chimiques observés dans l'environnement. Des consortiums bactériens purs ou simplifiés impliqués dans la réduction/oxydation du Sb dans ces systèmes modèles seront isolés. Troisièmement, nous explorerons le comportement de Sb dans le continuum « routes – bassins » lors d’un évènement d’orage, événements suspectés de transporter une grande partie du flux de Sb. C’est aussi dans cette tâche 3 que nous qualifierons les autres sources urbaines, passées et présentes (par ex. peintures, plastiques, co-contaminant du plomb), notamment en établissant leur signature isotopique en Sb. Quatrièmement, des archives de sédiments seront collectées sur le bassin de la Seine pour documenter la trajectoire de contamination en Sb sur le dernier siècle en considérant l'influence des changements de source et de la diagénèse (tâche 4). Enfin, les banques de sédiments et d'acides nucléiques fourniront du matériel pour de futures études consacrées aux cycles biogéochimiques du Sb et/ou au cycle d’autres contaminants émergents, liés ou non au trafic routier.

L’étude des transitions glaciaires-interglaciaires du Quaternaire est essentielle pour répondre aux défis liés aux changements climatiques actuels, car elles sont associées à des augmentations de 50-100 ppm de la concentration atmosphérique en CO2 (pCO2), en quelques milliers d'années. Cependant, interpréter quantitativement ces changements de pCO2 n’est pas encore possible car les stocks et flux de carbone associés aux principaux réservoirs du système climatique sont mal connus. En particulier, ceux impliquant la productivité biosphérique à l’interface entre atmosphère, hydrosphère et lithosphère, ont un rôle majeur sur ces changements de pCO2 atmosphérique. Dans ce cadre, BIOCOD vise à quantifier les changements de productivité biologique et leurs impacts sur les variations de pCO2 atmosphérique au cours des cycles glaciaires-interglaciaires des 800 000 dernières années, via l’étude multi-outils de carottes sédimentaires et de carottes de glaces, et via l’utilisation de modèles climatiques.

La question de la hausse du niveau marin en relation avec la dynamique de la calotte glaciaire de l'Antarctique oriental (EAIS) est une question majeure dans le contexte du changement climatique. L'hypothèse d'une stabilité de l'EAIS, et donc d'un faible impact de cette partie de l'Antarctique sur la hausse du niveau marin dans les siècles à venir, s'appuie en réalité sur peu de données et sur des modèles prédictifs sous-contraints. Pour le moment, les modèles numériques de l'EAIS pour les siècles à venir ne prennent pas ou très peu en compte les données long-terme d'évolution de la calotte au niveau de la côte, depuis le LGM (20 ka). Ces modèles s'appuient essentiellement sur les données satellitaires et glaciaires (type EPICA), ou marines, distales. Or, les durées critiques des processus impliqués à la côte, comme l'évolution de la ligne d'échouage ou encore l'isostasie sont sur des échelles pluri-centenaires à millénaires, et agissent en particulier au niveau de la côte. Dans ce projet, nous proposons d'étudier la dynamique de déglaciation post-LGM en Terre Adélie (TA) pour mieux prédire le comportement futur de l'EAIS. Nous appliquerons une étude multi-proxi basée sur l'acquisition de données à terre et en mer, puis à la réalisation de modèles numériques qui seront contraints et validés par ces données. Ces modèles seront utilisés en mode forward pour évaluer la réponse de la calotte au changement climatique. - Le volet 'terre solide' s'appuiera notamment sur la datation par radionucléides cosmogéniques du Be, Al, C et par OSL (optically Simulated Luminescence) des blocs morainiques/surfaces polies le long de la TA pour documenter en détail les fluctuations et variations d'épaisseur de l'EAIS après le dernier maximum glaciaire (LGM). Des datations par OSL de sédiments marins permettront de dater d'anciennes lignes de rivage soulevées et ainsi de contraindre la composante isostatique long-terme qui reste non contrainte. -Les nouvelles données marines comprendront l'acquisition à haute résolution de données géochimiques sur des carottes sédimentaires disponibles jusqu'à 11.5 ka BP. Ces analyses permettront de recalculer les données de température de surface et vers -500 m (profondeur de ligne d'échouage de la calotte). Ces données permettront notamment de documenter pour la première fois la phase de réchauffement climatique du MWP-1B, utilisée comme proxi du changement actuel. - Ces données marines et terrestres couplées aux archives glaciaires, seront intégrées à des modélisations numériques 3D de la calotte glaciaire (Elmer/Ice et GRISLI) où pourront être testés avec différents niveaux de résolution les différents forçages sur l'évolution de celle-ci. Les modèles ayant le meilleur accord pour les derniers 20 ka seront utilisés en 'forward mode' pour évaluer la réponse future de l'EAIS, notamment à l'horizon 2300.

Dans le contexte des émissions actuelles de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, il est essentiel de se tourner vers le passé pour comprendre comment le système climatique fonctionne. Un problème particulièrement intéressant est l’évolution de la réponse climatique au forçage orbital pendant la Transition du Mi-Pléistocène, il y a environ 1 million d’années, quand la cyclicité glaciaire/interglaciaire a évolué de 40 000 ans à 100 000 ans. C’est pourquoi le projet européen H2020 « Beyond EPICA » (2019-2026) a pour but de forer une carotte d’1.5 million d’années dans le voisinage de Dôme C en Antarctique. La science du projet Beyond EPICA repose en partie sur des financements nationaux et c’est pourquoi nous faisons cette demande à l’ANR. Le but du projet ToBE est de développer des méthodes nouvelles (analytiques et numériques), qui seront utilisées pour l’interprétation de la carotte « Beyond EPICA ». Les hypothèses de recherche sont exprimées comme suit : · Est-ce que l’on peut reconstruire les variations climatiques et environnementales à partir de la très vieille glace qui existe à la base de la calotte antarctique, malgré son altération ? · Est-il possible de dater cette vieille glace, dont l’intégrité stratigraphique n’est pas garantie ? · Est-ce que cette région d’Antarctique a été stable en termes d’écoulement de la glace, en particulier la position de Dôme C et des lignes d’écoulement ? · Est-il possible d’appréhender la nature du socle sous-glaciaire et l’âge de la dernière période où ce socle n’était pas recouvert de glace ? Le projet ToBE regroupe par conséquent quatre laboratoires français (IGE, LSCE, CEREGE et CRPG-Nancy) avec des scientifiques experts de différentes questions fondamentales pour le projet Beyond EPICA : la préservation des signaux, la datation, l’écoulement de la glace et la géologie sous-glaciaire.

Les sols sont des régulateurs clés du cycle global du carbone (C). Les amendements organiques des sols sont considérés comme appropriés pour séquestrer le C dans le sous-sol et contribuent à l'atténuation du changement climatique. Avec l'évolution des systèmes de valorisation de la biomasse et l'utilisation des centrales énergétiques, les amendements organiques utilisés en agriculture se sont diversifiés. La diversité des amendements de qualité différente (compost, digestat, biochar) remet en question notre capacité à juger de la persistance à long terme de l'amendement C dans les sols avant application. La persistance du C dans le sol est principalement une propriété de l'écosystème, mais les propriétés intrinsèques de la matière organique (MO) influencent toujours sa persistance. Récemment, une corrélation positive significative entre la décomposition microbienne à court terme (24 heures) de la MO dissoute et son retour sur investissement (ROI) énergétique a été découverte. Le retour sur investissement énergétique est le rapport entre le contenu énergétique total et l'énergie d'activation de la MO, indiquant le gain énergétique net pour les décomposeurs microbiens après un investissement énergétique initial. Il reste cependant inconnu si le ROI énergétique est un indicateur approprié pour prédire la persistance à long terme des amendements organiques dans le sol. Ce projet vise à évaluer les liens entre le retour sur investissement énergétique des amendements organiques et leur persistance à court et long terme (jours à année, année à décennies) dans les sols. Ainsi, il contribuera à notre compréhension générale de la persistance de la MO dans le sol. Son hypothèse globale est que les micro-organismes du sol décomposent préférentiellement les amendements organiques avec un retour sur investissement énergétique relativement élevé, conduisant à une persistance plus longue des amendements organiques avec un retour sur investissement énergétique relativement faible.

Le soufre est un élément omniprésent et abondant dans les environnements hydrothermaux, et est crucial pour la production d'énergie. La dismutation microbienne des composés inorganiques soufrés (=MSD) est moins documentée que les autres réactions d’oxydo-réduction du cycle du soufre (sulfato-réduction, sulfo-réduction et sulfo-oxydation). Pourtant, la MSD pourrait contribuer de manière significative aux flux de soufre des écosystèmes naturels, notamment hydrothermaux. Les voies cataboliques de la MSD ne sont que partiellement élucidées, et impliquent chez certains taxons des enzymes de la voie de sulfato-réduction. La méconnaissance des mécanismes moléculaires qui sous-tendent ce processus empêche l'application de méthodes d'investigation génomique pour identifier et quantifier les taxons mettant en œuvre ce processus dans les habitats naturels. La part de la dismutation dans les flux d'espèces soufrées des habitats naturels par rapport à ceux de la sulfo-oxydation et de la sulfato-réduction n’est pas connue, car la MSD est confondue avec ces voies dans les bilans globaux, puisqu'elle conduit à la production de sulfates et de sulfures. La chronologie de l'apparition de la dismutation du soufre et de la sulfato-réduction n'est pas non plus établie, car les données sur les isotopes du soufre dans les archives géologiques anciennes n'ont pas permis de tirer une conclusion sans équivoque. Ce projet ambitieux vise à isoler de nouveaux modèles hydrothermaux dismutant les composés inorganiques soufrés, à étudier leur écophysiologie, à décrypter les chemins métaboliques empruntés et les intermédiaires chimiques de cette réaction et à rechercher des gènes marqueurs de cette réaction. Il propose également de tenter de déterminer si ce métabolisme microbien est antérieur ou postérieur à celui de la sulfato-réduction. Pour aborder ces questions, des approches culturales, physiologiques, génomiques, protéomiques, analytiques et phylogénomiques/phylogénétiques seront mises en œuvre.

Comprendre comment les pressions environnementales ont façonné la diversité des repliements et des fonctions protéiques est essentiel pour comprendre l'évolution de la biodiversité. Véritables Legos moléculaires, les protéines sont faites de briques structurales dont la combinaison dicte leurs repliement et fonction. Savoir si l'inventaire des briques et repliements protéiques connus est complet, quelles sont les principales sources de diversité protéique et comment les contraintes environnementales façonnent l'espace structural des protéines est fondamental pour comprendre les bases structurales de l'innovation moléculaire et de l'adaptation des espèces. Ce projet focalise sur la diversité des protéines d'archées qui présentent une grande variété d'habitats, dont des extrêmes, et de nombreux gènes uniques (sans aucun homologue). Encore récemment, caractériser la diversité des repliements contenus dans ces protéomes était impensable pour des raisons de temps et de coûts. Cependant, le programme AlphaFold2 de DeepMind révolutionne la biologie structurale avec une intelligence artificielle capable de prédire les structures 3D des protéines avec une précision atomique inédite. Cela offre une opportunité sans précédent pour (i) répondre à une question toujours non résolue : connaissons-nous toutes les briques et repliements protéiques existant dans la nature ? et (ii) étudier la relation entre les contraintes environnementales et le répertoire 3D des briques, repliements et fonctions protéiques. Nous répondrons à ces questions avec l'exploration d'un jeu de données de 500 génomes (sélectionnés pour couvrir l'arbre des archées et leurs différents écosystèmes) et de leurs structures protéiques correspondantes pour mettre en évidence les innovations moléculaires entreprises par les espèces pour s'adapter à leur environnement. Nous étudierons aussi si les eucaryotes partagent plus de briques et repliements protéiques avec des groupes spécifiques d’archées comme les Asgards.

Le mésozooplancton joue un rôle clef dans le fonctionnement des écosystèmes marins et des cycles biogéochimiques (e.g., production secondaire alimentant les pêcheries, export du carbone). Il est caractérisé par une forte diversité taxonomique et phylogénétique (e.g., protistes géants, copépodes, krill, petits gélatineux, larves de poissons), mais aussi fonctionnelle (e.g., petits vs. grands organismes, herbivores se nourrissant par courants de filtrations vs. carnivores chassant à l'affût, migrations verticales, production de réserves lipidiques, etc.). Pourtant, le lien entre la diversité du mésozooplancton et le fonctionnement des écosystèmes planctoniques demeure mal compris.? TRAITZOO vise à le déchiffrer par une approche basée sur les traits fonctionnels en tirant parti des récents développements du séquençage et de l’imagerie à haut débit. A partir de données déjà disponibles, issues de différentes provinces biogéographiques de l'océan global couvrant un large spectre de gradients environnementaux, et principalement acquises par les membres de notre consortium, nous utiliserons des outils d’écologie numérique et d'apprentissage machine pour 1) apporter de nouveaux outils pour étudier les traits fonctionnels à partir d'image et de données transcriptomiques, 2) décrire la biogéographie des traits fonctionnels et identifier les principaux drivers de la diversité fonctionnelle du mésozooplancton, et 3) améliorer les modèles d'écosystèmes marins existant et développer de nouveaux modèles basés sur les traits fonctionnels pour mieux quantifier les flux de carbone. Notre consortium rassemble des experts en écologie et physiologie du mésozooplancton, en biogéochimie marine, et en mathématiques appliquées. Nos compétences couvrent l'imagerie du plancton, la transcriptomique, le métabarcoding, la modélisation biogéochimique, la modélisation individu-centrée, les statistiques, et l'apprentissage automatique (machine learning).

Le projet COR-Resilience vise à reconstruire, quantifier et évaluer les impacts passés, présents et futurs des changements globaux d'origine anthropogénique (acidification des océans, réchauffement climatique) et des facteurs de stress locaux (métaux lourds, nutriments) sur les mécanismes de calcification et de croissance de deux des principaux genres de coraux constructeurs de récifs (Porites et Diploastrea) présents dans la région Indo-Pacifique, ainsi que sur la flore microperforante qui leur est associée. Pour atteindre cet objectif, le projet appliquera une approche combinée "données biogéochimiques - modélisation" et reconstruira les paramètres environnementaux clés à partir de la géochimie des coraux. Les variations décennales à centennales de la température passée de l'eau de mer, de la chimie des carbonates et de la concentration en métaux lourds seront reconstruites et comparées aux variations temporelles de l'activité de la microflore perforante et des paramètres de croissance du squelette afin de prédire pour chacun des genres, quelles seront leur devenir face aux changements environnementaux. De telles comparaisons sont rares car elles nécessitent d’acquérir de multiples informations liées à la croissance des coraux, à la présence de la microflore et l’analyse géochimique du corail. L'hypothèse de travail du projet est que la croissance des coraux et les macro- et micro-structures du squelette ne sont pas directement pilotées par les paramètres de l'eau de mer ambiante, mais par l'influence directe de facteurs abiotiques/biotiques sur la chimie du fluide calcifiant qui pilote la précipitation de l'aragonite. A travers COR-Résilience, nous souhaitons fournir: i- une caractérisation complète de la variabilité actuelle et passée de la chimie du carbonate dans le fluide de calcification extracellulaire de plusieurs colonies de Porites et de Diploastrea de la région Indo-Pacifique. La géochimie des coraux sera également utilisée pour reconstituer les variations passées des SST et des teneurs en métaux polluants de l'eau de mer; ii- une comparaison "données - modèle" des changements de la chimie des carbonates et des SST au cours des derniers siècles; iii- une analyse complète des multiples facteurs de stress, biotiques ou abiotiques, sur les mécanismes de croissance des genres Porites et Diploastrea, en utilisant à la fois les carottes ou colonies déjà prélevées en mer et d'autres cultivées en aquarium. Pour atteindre les objectifs, le projet a accès à des données environnementales issues des récentes campagnes TARA-Pacific (2016-2018) et TAAF CLIM-Eparses (2019), ainsi qu'à une collection unique de carottes de corail. COR-Resilience est innovant car il combinera l'analyse de traceurs géochimiques établis et émergents (d18O, d13C, d11B, B/Ca, Sr/Ca, Li/Mg, etc.) avec l'analyse des paramètres de croissance du corail acquise à diverses échelles (jusqu'aux microstructures) par Tomographie - RX (XCT & µCT). COR-Résilience est issu d'une initiative conjointe d'expérimentateurs et de modélisateurs de 5 laboratoires (LSCE, LOV, LOCEAN, EPOC et CSM) reconnus pour leurs expertises et leurs travaux de recherche sur le Climat et l'Environnement des régions tropicales. Le projet proposé est organisé autour de cinq groupes de travail: i- coordination, gestion & diffusion; ii- environnements modernes & calibrations; iii- reconstructions passées; iv- cultures de coraux & paramètres de croissance; v- comparaison données-modélisation. La subvention ANR demandée est de 599k€: 13% pour la gestion administrative du projet, 3% pour le pilotage et les activités de diffusion, 7% pour la valorisation, 25% pour le matériel et les analyses, 21% pour 2 post-doctoraux, 20% pour 1 doctorant et 2 masters, et 11% pour 1 aide technique. Les résultats du projet COR-Resilience auront un impact scientifique et sociétal majeur et seront largement partagés (publications, médias sociaux, exercices de sensibilisation, interventions scolaires).

Les organismes s'ajustent continuellement à leur environnement. Cette plasticité est le résultat d'un processus d'adaptation, mais la manière dont les architectures génétiques évoluent pour permettre une telle réponse reste mal comprise. Dans ce projet, nous nous intéresserons à l'évolution de la plasticité de l'expression des gènes et à l'évolution de la structure des réseaux de régulation sous-jacents. Nous proposons une double approche: dans un premier temps, nous mettrons en place un modèle théorique couplant un modèle dynamique de réseau de gènes au niveau de chaque individu, et un modèle de génétique des populations permettant de simuler l'évolution des réseaux sous l'influence des mutations, de la sélection, et de la dérive génétique. De ce modèle, nous tirerons des prédictions théoriques sur la manière dont les réseaux de gènes pourraient évoluer, en fonction de la variabilité de leur environnement par exemple. Dans un deuxième temps, nous validerons ces prédictions théoriques en les comparant à des résultats d'évolution expérimentale. Nous disposons de 18 lignées d'un champignon, Zymoseptoria tritici, ayant évolué in vitro pendant un an (>500 générations) en conditions de températures stables ou fluctuantes. Nous nous proposons de mesurer les transcriptomes de ces lignées à différents points de temps durant leur adaptation, et de comparer l'évolution de l'expression des gènes et de la structure des réseaux de co-expression aux résultats des simulations. Notre objectif est donc de mettre en place un cadre théorique capable de prédire certaines caractéristiques de l'évolution des architectures génétiques complexes en fonction de la stabilité de l'environnement, et de vérifier ces prédictions empiriquement.

En réponse à la demande mondiale de nourriture et de matières premières, les zones montagneuses des tropiques humides subissent des changements rapides et importants d'usage des terres (LU) qui entraînent fréquemment des problèmes de perte en sol et augmentent l'apport de sédiments aux rivières, polluant ainsi les eaux de surface. DinBuam se concentrera sur la mobilisation et la propagation des bactéries pathogènes fécales (FPB) en raison de leur pertinence pour la santé publique dans les régions rurales reculées des pays en développement. Les zones humides d'amont (HW) sont des points de convergence des chemins de l'eau et constituent des filtres pour les FPB. Toutefois, lors de précipitations extrêmes, ils pourraient passer du rôle de piège à celui de source de FPB. Dans ce contexte, DinBuam propose une approche partenariale pour préserver ou restaurer les HW, qui sont très peu étudiés et pour lesquels des politiques de gestion font défaut. L'idée centrale de DinBuam est d'évaluer si les HW peuvent être utilisés comme sentinelles de l'utilisation durable des terres et de l'eau. Le projet comprend 6 tâches interconnectées: (1) coordination, gestion, communication, sensibilisation & diffusion; (2) profilage socio-environnemental & cartographie; (3) processus biophysiques ; (4) modélisation multi-échelles ; (5) science citoyenne et capteurs bas coût; (6) approche participative des parties prenantes. L'un des principaux résultats attendus est de proposer une approche systémique qui aidera efficacement à la gestion durable à la fois des HW et des terres en amont des HW, grâce à des stratégies de production agricole respectueuses des sols. Ces stratégies seront co-construites par une équipe de parties prenantes : villageois agriculteurs, ministère des Forêts et de l'Agriculture du Laos (DALaM), Unité de gestion du Parc National NEPL & organisation non gouvernementale (WCS-Laos), laboratoire des maladies infectieuses (LOMWRU), 5 unités mixtes de recherche françaises (GET, iEES, LSCE, CESSMA et CESBIO), et trois start-up (GLobEO, e-biom, MounoyDEV).

L’eutrophisation côtière est reconnue comme l’une des menaces les plus importantes qui pèsent sur la santé des socio-écosystèmes (SES) côtiers à l’échelle globale. Malgré des efforts soutenus et de longue date, l’eutrophisation persiste aujourd’hui dans une majorité des zones concernés. GreenSeas abordera cette question de durabilité, reconnue comme un « wicked problem », en s’appuyant sur le cas complexe et multi-site de la Bretagne (France), l’une des régions côtières les plus affectées par l’eutrophisation en Europe. L’objectif général est d'étudier l'adaptation passée et actuelle des systèmes côtiers vulnérables, exposés à une eutrophisation de longue durée, ainsi que les voies de transformation possibles vers des futurs plus durables et plus justes. Nous développerons une approche transdisciplinaire le long du continuum terre-mer, en articulant plusieurs disciplines scientifiques (agronomie, écologie, biogéochimie, anthropologie sociale, histoire environnementale, sciences politiques et économie) et l'expertise des acteurs concernés par l’eutrophisation. Le projet apportera une compréhension intégrée de la dynamique d'adaptation du SES, et des changements sociaux et politiques affectant les zones côtières à différents niveaux organisationnels, en vue d'une gestion durable de ces zones. Il identifiera les conditions dans lesquelles la confrontation avec des problèmes environnementaux de longue date peut conduire à une transition rapide vers des SES durables, et contribuera à la co-conception de stratégies de gestion de l’eutrophisation et de politiques publiques adaptées.

Les bactéries phytopathogènes sont responsables des nombreuses maladies affectant les plantes telles que les chancres, la pourriture molle ou le feu bactérien. Face aux conséquences économiques de ces pathogènes, ainsi qu'à l’émergence des bactéries résistantes aux antimicrobiens et à la toxicité de la plupart des biocides chimiques, le développement de solutions antibactériennes durables est aujourd’hui une priorité. Inhiber le quorum sensing (QS) bactérien, un mécanisme de communication utilisé par de nombreux phytopathogènes pour réguler le processus infectieux, est une piste prometteuse. Un partenaire du projet a développé une enzyme robuste (SsoPox) ciblant le QS de nombreux pathogènes basé sur des acyl-homosérines lactones (AHL). La capacité de cette enzyme, dite lactonase, pour inhiber le QS de P. aeruginosa, un pathogène humain opportuniste particulièrement menaçant pour sa capacité de résistance, a été d’abord démontrée puis améliorée par mutagénèse dirigée. Dans la continuité de ces résultats, le projet BactSqueez vise à relever un nouveau défi en étendant l’approche à la dégradation enzymatique d'AHL utilisées par des pathogènes de plantes hautement problématiques (Dickeya, Agrobacterium, Pectobacterium). Grace à un consortium pluridisciplinaire et complémentaire, impliquant des partenaires académiques et industriel, BactSqueez combinera design computationnel, ingénierie enzymatique et microbiologie végétale pour développer de nouvelles lactonases aux propriétés améliorées qui seront caractérisées au niveau biochimique et dont l'efficacité sera évaluée in vitro et in planta. Grâce à l'implication d'un partenaire industriel, les enzymes issues de BactSqueez seront destinées à des applications concrètes et permettront de limiter les intrants pharmaceutiques en agriculture en utilisant des solutions innovantes, durables et responsables. Les enzymes sont de plus absentes du secteur de l'agriculture ce qui constituera une approche de rupture dans le secteur.

L’impact du changement climatique et des activités anthropiques rend critique l’apport en nourriture fourni par les vergers avec l'augmentation de la population mondiale. Le défi est de combiner une production alimentaire fructueuse, des pratiques durables et une économie viable tout en restant accessible à tous. L'agroécologie conçoit des systèmes de production reposant sur les fonctionnalités offertes par les écosystèmes en minimisant les pressions environnementales et en préservant les ressources naturelles. Sa portée est élargie avec l’emploi de données de télédétection, non-destructives, à haut débit et dynamiques, pour évaluer l'état de la végétation à grande échelle. En couplant télédétection et agroécologie, le projet CANOP vise des solutions innovantes, d'une part pour caractériser la santé des arbres face aux ravageurs et maladies sous des gestions contrastées (réduction des produits phytosanitaires, irrigation maîtrisée) et pour différents génotypes pour une gestion donnée (sélection de variétés résilientes), et d'autre part pour optimiser le recours à la fertilisation. Ces applications orientées arbres nécessitent une échelle d'observation adéquate. Alors que l’essentiel des études portent sur la variabilité intra- et inter-espèces, CANOP cible l'échelle de la feuille et la variabilité intra-individu. A partir des propriétés optiques (0,4-2,5 µm), les traits biochimiques foliaires tels que les pigments, la teneur en eau et matière sèche sont estimées, témoignant de l’activité photosynthétique, la transpiration, l'allocation des nutriments, le taux de croissance et la décomposition. À l'échelle de l'arbre, l'objectif de CANOP est d’appréhender leur variabilité spatiale (coloration, stress hydrique et biomasse). Mais, quatre défis majeurs se présentent pour des résolutions spatiales centimétriques: (1) le comportement anisotrope des propriétés optiques, jusqu'à présent négligé pour des résolutions spatiales plus élevées, (2) l'impact de la géométrie 3D de l'arbre, dominée par la distribution et l'orientation des feuilles, accentuant les effets de diffusions multiples, (3) la mise à l'échelle spatiale de la feuille à l'arbre puis au verger à partir de différentes données de télédétection (incluant l'imagerie satellitaire), et (4) la difficulté de relier les traits biochimiques à l'état de santé/nutrition (qualitatif/quantitatif). Pour y répondre, l'ambition de CANOP est de coupler les technologies de télédétection optique active et passive (3D-LiDAR et imagerie spectroscopique) avec la polarisation à partir de mesures en laboratoire et des acquisitions drone. Ainsi, les mesures expérimentales auront un grand rôle à jouer, ainsi que la modélisation des données entre les propriétés optiques et traits foliaires, ces derniers avec l'état de santé/nutrition. Cela inclut des méthodes IA basées sur les données, d'autres basées sur l’emploi de modèles physiques, ainsi que le développement de nouveaux modèles. Avoir des méthodes robustes multi-échelles est essentiel pour fournir des cartes de santé/nutrition des arbres avec une grande précision. Des vergers d'abricotiers et de pêchers (3ème/4ème rangs nationaux pour la production de fruits) gérés par l'INRAE sont étudiés, à l'UERI Gotheron près de Valence et à Avignon. Enfin, le projet CANOP est en phase avec le 4ème Programme d’Investissements d'Avenir (PIA4) financé par le gouvernement, avec deux Programmes et Equipements Prioritaires de Recherche (PEPR), "Agroécologie et numérique" et "Génétique et sélection variétale", (co-)pilotés par l'INRAE. Ainsi, les résultats de CANOP auront des impacts industriels (ex: conception de nouvelles plateformes de télédétection courtes portées pour la sélection variétale), sociétaux et économiques pour l’agroalimentaire (optimisation de la gestion pour la production de fruits en réduisant les pesticides) grâce à une compréhension complète du fonctionnement du végétal en alliant télédétection, modélisation et agroécologie.

Les nouvelles stratégies de gestion des eaux usées ou d’irrigation ne pourront se faire sans être accompagnées d’un suivi sanitaire. La présence d’agents pathogènes (notamment bactériens) doit être détectée de manière rapide et directement sur site. Parmi les méthodes de détection existantes les biocapteurs plasmoniques (SPRI) sont de plus en plus utilisés, et sont des candidats prometteurs en tant que dispositifs transportables. Ces capteurs d'affinité doivent leur spécificité aux ligands moléculaires utilisés pour capturer les cibles. Leur dynamique est cependant limitée par le temps de capture des cibles requis pour un signal fiable, qui peut être très long à faible concentration. Le transport actif par champ électrique (ou DEP, ACEO) peut alors s'avérer très efficace pour une détection sensible et rapide. Nous proposons donc de développer un système SPRI-DEP-ACEO entièrement configurable, à dynamique rapide et à faible seuil de détection pour la biodétection sans marquage de bactéries pathogènes, des plantes notamment comme du genre Dickeya responsable chaque année de lourdes pertes financières pour les agriculteurs.

Le projet NearLimits contribue au développement de la technologie de récupération d’énergie vibratoire en proposant une technique appelée "Récupération d'énergie proche des limites physiques" basé sur un contrôle actif de la dynamique électromécanique du système, ce qui est en rupture avec les approches conventionnelles. Cette technique est particulièrement adaptée pour alimenter des dispositifs biomédicaux (portables ou implantés) en récupérant l’énergie des mouvements du corps humain. Ces mouvements sont caractérisés par des vibrations irrégulières et/ou à de très basses fréquences (< 10Hz). Les systèmes conventionnels de récupération d’énergie mécanique, basés sur des résonateurs linéaires ou non, sont peu efficaces dans ce contexte. Ces derniers sont en effet souvent optimisés pour des vibrations canoniques, de type harmonique ou bruit blanc gaussien. L’approche proposée dans ce projet promet un gain d’un à deux ordres de grandeur en termes de puissance convertie, en visant des densités de puissance de l’ordre de 100 µW/cm3 pour des vibrations typiques. La méthode de conception associée est résolument orientée vers les spécificités des vibrations de chaque application. Ce projet se propose de prouver la faisabilité de cette approche « proche des limites physiques » pour la conversion d’énergie des vibrations ambiantes à basse fréquences et/ou irrégulières. Il s’agit notamment de montrer qu’une synthèse active de la trajectoire de la masse mobile requise par le principe « proche des limites » peut être réalisée par un circuit de contrôle adiabatique (à faibles pertes d’énergie), lui-même actionné de façon appropriée. La réalisation physique de cette synthèse active s’appuie sur le contrôle de la dynamique de la masse mobile par un transducteur électrostatique différentiel réalisé en technologie MEMS (microelectromechanical systems) silicium, qui intègre également les fonctions de capteurs nécessaires à l’implémentation du contrôle. En outre, la conception du système circuit de contrôle + transducteur implémentant l’approche « proche des limites » est fait en lien étroit avec les caractéristiques des vibrations de l’application visée. Ainsi, les caractéristiques des vibrations déterminant la performance des récupérateurs « proche des limites » seront identifiées, ainsi que leur impact sur le dimensionnement du système. Cela permettra de restreindre la classe des vibrations visées à celles pour lesquelles le concept « proche des limites » est fondamentalement supérieur aux approches conventionnelles. Trois défis scientifiques et techniques principaux se posent : - La recherche d’un circuit de conditionnement dont la dynamique, lorsque couplé au transducteur, résulte en la trajectoire optimale de la masse mobile, tout en assurant un transfert adiabatique de l’énergie. C’est un défi car le problème ne se pose généralement pas en ces termes dans les systèmes classiquement étudiés en automatique ; - Les circuits de contrôle devront supporter des hautes tensions inhérentes à la physique des transducteurs électrostatiques miniatures (typiquement de l’ordre de 100 V), tout en consommant peu. Cet aspect est une contrainte supplémentaire dans le choix du circuit et donc de la loi contrôle ; - L’architecture du dispositif MEMS doit embarquer simultanément une structure de transduction différentielle et un bloc de mesure de position, résultant en des structures complexes. Le projet prévoit la réalisation de deux prototypes, l’un basé sur un dispositif mécanique macroscopique imprimé en 3D, l’autre sur un dispositif MEMS réalisé dans une technologie silicium à couche structurelle épaisse. Le dispositif et son électronique de contrôle seront dimensionnés pour viser un type de vibration réaliste pré-identifié (par exemple, mouvement du corps humain). Le système complet sera alors testé pour prouver expérimentalement l’avantage de l’approche « proche des limites » dans ce cas.

En évolution vers un paradigme de réseaux électriques intelligents, l'objectif du projet ESTHER est l’élaboration de méthodes de conception et d'analyse pour les systèmes électriques modernes (i.e. micro-réseaux) dans le cadre de systèmes cyber-physiques (CPS), et l’identification de meilleures stratégies pour opérer aux interconnexions entre les différents niveaux de la pyramide de contrôle hiérarchique dédiée aux systèmes électriques. Pour surmonter les limitations dues aux scénarios plug&play de la production décentralisée renouvelable et des systèmes de stockage d'énergie, de nouveaux systèmes de contrôle évolutifs et modulables sont ciblés pour prendre en compte la nature multi-niveaux et multi-échelles des systèmes électriques. Le développement de théories analytiques rigoureuses fondées sur des mathématiques avancées est couplé au développement d'algorithmes simples dédiés qui permettent un déploiement rapide dans la validation numérique et expérimentale. Le projet est divisé en trois phases/tâches : 1. La modélisation des composants de base des micro-réseaux, de leurs spécifications et de leurs interactions. Elle est effectuée à travers une conception à base de plateformes (platform-based design) et s’appuyant sur les propriétés de la théorie des contrats ; 2. La conception de méthodes de contrôle à plusieurs niveaux qui quantifient les certificats de stabilité et, par la suite, les zones de fonctionnement sûres pour les micro-réseaux ; 3. Le test des contrôleurs développés dans des micro-réseaux réels par une expérimentation de type hardware-in-the-loop.

La transition énergétique et l’essor de l’économie de l’hydrogène va demander des méthodes de production d’hydrogène bas carbone toujours plus efficaces et compactes. Parmi ces celles-ci, on peut citer la production d’hydrogène par décomposition du méthane ou de l’ammoniaque. Cependant, les procédés thermiques ou thermo-catalytiques classiques souffrent de limitation qui entravent leur généralisation. L’objectif de ce projet est d’évaluer les performances d’un nouveau type de réacteur plasma (brevet déposé) pour ces deux réactions de décomposition. Ce réacteur utilise des décharges pulsées générées dans des capillaires, permettant un contrôle précis de l’énergie déposée une bonne « scalabilité ». Le dispositif permet un dépôt d’énergie rapide et homogène, suivi d’une thermalisation rapide due aux temps de diffusion faibles de ce type de réacteur capillaire. Ces propriétés permettent une opération du réacteur en régime pseudo-transitoire, en déséquilibre chimique, afin d’augmenter l’efficacité. Ce procédé d’intensification est appelé activation pulsée. A partir de résultats prometteurs obtenus sur la décomposition du CO2 et du méthane, le projet MP4HyP vise à démontrer que ce réacteur peut décomposer efficacement le méthane et l’ammoniaque en utilisant cette activation pulsée par plasma. Pour cela, des expériences en mélange réactifs seront menés pour identifier la configuration régime d’opération du réacteur le plus efficace pour maximiser le taux de production et l’efficacité. La dynamique de la décharge dans le capillaire sera ensuite caractérisée par des diagnostics optiques et électriques afin de mesurer ses propriétés (extension, densité électronique au cours du temps, température du gaz). Enfin des modèles cinétiques, thermiques et du plasma (dérive diffusion) seront employés afin d’identifier les processus physico-chimiques clés pour optimiser la conversion et faciliter la montée en échelle.

L'enfouissement de composants de puissance dans des circuits imprimés est une technologie attractive qui permet d'atteindre des performances électriques et thermiques élevées, tout en tirant partie d'un outil industriel très développé. Cependant, les solutions étudiées jusqu'alors se focalisent sur l'enfouissement de puces de puissance, et réclament des composants très particuliers. TECoCIP vise à favoriser le développement de cette technologie d'enfouissement en 1-proposant un "pré-package", qui facilite l'intégration de tous les composants actifs, que ce soit des puces de puissance ou leurs circuits intégrés de commande; 2-étudiant les composants magnétiques enfouis, indispensables à la réalisation des convertisseurs de puissance; 3-s'assurant du bon comportement thermo-mécanique de l'ensemble. Pour cela, TECoCIP intègre des travaux de développement technologique, de modélisation électro-magnétique et thermo-mécanique, et de validation expérimentale sur prototypes.

L’aéronautique s’est fixé des objectifs ambitieux dans sa lutte pour le climat visant efficacité énergétique et réduction des émissions de gaz à effets de serre. Le choix de carburants d’aviation durables (SAF) est prometteur à moyen terme : utilisant les mêmes moteurs et infrastructures carburant, il n’ajoute pas de carbone dans la biosphère. Pour accroître ce bénéfice environnemental, les SAF peuvent être injectés dans des architectures en combustion pauvre, technologie en rupture capable d’atteindre les objectifs de réduction des NOx et de limitation du CO. Mais les SAF, de par leur composition complexe et leur impact sur l’atomisation et l’évaporation, peuvent changer la dynamique de la combustion. Il est donc crucial d’étudier les processus non linéaires susceptibles d’induire un couplage combustion/acoustique caractérisé par des oscillations de grande amplitude de pression, vitesse et taux de dégagement de chaleur, particulièrement néfastes dans le cas de modes azimutaux. Pour faire face à la complexité de composition, le projet FlySAFe propose l’emploi de substituts mimant les propriétés des SAF cibles, issus de synthèse ou dérivés de la biomasse. Il vise à répondre aux questions suivantes : (1) quelle est la dynamique des flammes swirlées formées par un substitut binaire dont les composants ont des taux d’évaporation différents dans une situation de couplage entre combustion et modes acoustiques, longitudinaux ou azimutaux ? (2) quels sont les effets des interactions collectives sur la dynamique de la combustion lorsque les injecteurs sont alimentés en combustibles liquides multicomposants ? Pour répondre à ces enjeux complexes, les laboratoires CORIA, EM2C et CERFACS proposent de combiner expérimentations avancées, modélisations et simulations haute performance. Les expériences seront réalisées au moyen de 4 configurations originales : une chambre de combustion annulaire MICCA-Spray, de 16 flammes swirlées, pouvant être instable aux ondes acoustiques de modes longitudinaux et azimutaux et 2 chambres, SICCA (mono-injection) et TICCA (triple-injection), forcées par des ondes longitudinales (laboratoire EM2C), ainsi que d’une chambre de combustion linéaire à 5 flammes TACC-Spray, simulant un secteur développé de la chambre de combustion annulaire, forcée par des ondes transversales (laboratoire CORIA). La modélisation LES à l’aide du code AVBP de flammes de combustibles multi-composants, développée par le CERFACS pour les SAF, servira à simuler le couplage spray-acoustique et le couplage combustion-acoustique, notamment dans le cas des configurations multi-injection. Le projet FlySAFe, organisé en 4 tâches scientifiques principales consolidées par de fortes interactions inter-laboratoires, utilisera in fine les éléments déduits de ces recherches croisées dans des modèles d’ordre réduit décrivant la réponse acoustique de la chambre de combustion annulaire et dans le solveur de Helmholtz AVSP développé par le CERFACS pour simuler la dynamique du système et les instabilités de combustion couplées par des modes azimutaux (CERFACS, EM2C, CORIA). Ce projet vise à faciliter la prévision des instabilités thermo-acoustiques et ainsi éviter des phénomènes dynamiques qui réduisent les domaines d’opérabilité des moteurs, induisent des vibrations et une fatigue cyclique et peuvent entrainer la dégradation mécanique de la chambre de combustion. Les avancées méthodologiques de ce projet peuvent à la fois apporter des réponses à des questions fondamentales dans le domaine de la dynamique de la combustion et donner des clés pour l’utilisation des SAF en remplacement du kérosène. Les objectifs sont en phase avec ceux des motoristes (comme Safran), avec les enjeux de l’axe scientifique H.9 : Une énergie durable, propre, sûre et efficace, et avec l’ODD n°7 Energie propre et abordable de l’Agenda 2030 de l’ONU.

Le déploiement à grande échelle de véhicules électriques (VE) représente un challenge, mais également une opportunité de rendre plus efficace et abordable la transformation des réseaux électriques actuels en réseaux plus intelligents. Cela pourra être réalisé par le pilotage efficace de flottes de véhicules électriques dont l’utilisation sera mutualisée pour différents services (recharge intelligente, équilibrage réseau, etc.). Cependant, les stratégies actuelles présentent plusieurs écueils. Les stratégies centralisées, ne passant pas à l’échelle, ne permettent pas de contrôler un nombre suffisant de VE pour atteindre la viabilité économique. Au contraire, les stratégies décentralisées peuvent potentiellement passer à l’échelle. Cependant, les méthodes utilisées actuellement ne sont pas suffisantes en termes d’échelle, ou sont très conservatives et ne permettent pas de d’exploiter pleinement le potentiel de flexibilité des VE. Il est donc nécessaire de développer des méthodes décentralisées de gestion dynamique de l’énergie plus efficaces. Il est également nécessaire qu’elles permettent d’assurer la satisfaction de toutes les parties prenantes qui ont de objectifs et contraintes potentiellement contradictoires (ex : équilibrage sûr et abordable du réseau, mobilité, etc.). De plus, la gestion de l’énergie au plus proche du temps-réel va nécessiter l’utilisation intensive et généralisée de technologies de l’information et de la communication (TIC). Cependant, le « coût de l’information » environnemental et économique pourrait être conséquent. Le premier objectif du projet EDEN4SG est donc de développer une méthode de gestion de l’énergie décentralisée efficace et applicable à des flottes hétérogènes de VE de taille réelle, et pilotées avec des niveaux variables de qualité de service (QoS) des TIC. Cela alimentera le deuxième objectif du projet qui consistera à développer une méthodologie d’évaluation du coût environnemental et économique du smart grid.

Le projet ORGANIST vise à développer un nouveau concept de cellule photovoltaïque (PV) hybride organique/silicium. Plusieurs avancées récentes dans le domaine du PV motivent ce projet, particulièrement innovant dans l’approche PV organique (OPV)/silicium, jamais développée jusqu’à présent : (i) L’augmentation spectaculaire des rendements de conversion des cellules organiques grâce à la découverte des semi-conducteurs non fullerène : de 5-9% de rendement il y a quelques années, le record de rendement est aujourd’hui de 19%. En outre, une étude récente a montré qu’une stabilité de 30 ans était envisageable pour une cellule organique. (ii) L’architecture innovante de cellules tandem à 3 terminaux (3T) pour laquelle la cellule arrière (cellule bottom) est constituée d’une cellule silicium à contacts interdigités en face arrière (IBC- Interdigitated Back Contacts) sur laquelle est déposé un semiconducteur de plus grande bande interdite (cellule top) avec une couche d’interface jouant le rôle de barrière sélective pour un type de porteurs de charge. Une telle architecture permet ainsi de s’affranchir des contraintes d’adaptation des courants et de jonction tunnel des cellules 2T, et d’alignement des grilles de contact des cellules 4T. Ce concept innovant s’appuie sur la technologie maîtrisée des cellules silicium à contacts IBC tout en offrant de nombreuses possibilités dans le choix des matériaux pour la réalisation de la cellule top. La grande flexibilité dans le choix de la largeur de bande interdite (>1,6eV) des matériaux organiques ainsi que leur très bonne absorption les place idéalement pour la réalisation d’une cellule top en association avec une cellule en silicium. L’objectif du projet est donc de réaliser des cellules tandem 3T Organique/Si. Cette association présente un potentiel technologique et industriel important puisqu’elle combine la technologie mature des cellules solaires en silicium et celle, bas-coût, des cellules organiques.

L’installation de sources renouvelables (PV, pile à combustible, électrolyseur) avec du stockage (batterie, réservoir H2) pour des applications stationnaires est une réponse à la réduction de CO2. La décentralisation des sources et du stockage conduit à un système complexe et nécessite une commande intégrant la connaissance évolutive du système afin d’assurer la stabilité, un rendement optimal, etc. Un dimensionnement adapté est primordial pour une autonomie totale ou partielle et des performances énergétiques optimales. Il est important d’évaluer l’efficacité et l’usure des composants sur du moyen terme mais aussi sur l’ensemble du cycle de vie afin de faire les meilleurs choix par rapport à des critères techniques, économiques ou environnementaux. L’aspect novateur porte sur le développement de l’ensemble des couches logicielles et l’apport des SHS pour une conception et un pilotage efficient de ce dispositif hydrogène-énergie sur l’ensemble de son cycle de vie par son usage par les consommateurs.

Le projet porte l'ambition de réaliser un composant magnétique innovant embarqué dans un convertisseur électrique d'un futur aéronef. Le noyau magnétique de ce composant sera fait à partir d’une poudre céramique dont la microstructure sera optimisée et mise en œuvre à partir du procédé PIM (Moulage par Injection). Le bobinage de ce composant magnétique intégrera aussi plusieurs fonctions magnétiques pouvant fonctionner efficacement en haute fréquence (quelques centaines de kilohertz). L'ensemble sera intégré et testé sur le convertisseur fonctionnel pour évaluer les améliorations apportées. Ainsi, le projet PIMCOMAP réunira tous les acteurs nécessaires pour développer un nouveau matériau avec un procédé innovant et le tester dans un évaluateur technologique avec un niveau de maturité TRL3 dans un temps relativement court.

Le cancer a tué 10 millions de personnes dans le monde en 2018. Il ne discrimine pas et a un impact sur la vie de nombreuses personnes, qu'il s'agisse de patients ou de soignants. La thérapie de capture de neutrons par le bore (BNCT) est une modalité de radiothérapie prometteuse basée sur la réaction du bore avec les neutrons. Le projet BORE proposé (programme JCJC) vise à résoudre les problèmes associés aux deux petites molécules contenant du bore actuellement en essais cliniques en tirant parti des avantages des architectures ramifiées/dendritiques par rapport aux molécules linéaires ou dendritiques de haut poids moléculaire. Du bore sera incorporé à divers endroits de monomères dotés d'un squelette dendritique biocompatible et dégradable hydrolytiquement. Ces synthons seront polymérisés par polymérisation contrôlée avec des monomères hydrophiles. Deux architectures sont initialement visées : les polymères dendritiques et les copolymères à blocs ramifiés et linéaires. Les polymères subiront des modifications pour incorporer des fragments de ciblage et/ou de marquage avant ou après la polymérisation, tels que des sondes fluorescentes ou des fragments de ciblage des cellules cancéreuses. Les relations entre l'architecture du polymère et les propriétés physico-chimiques seront établies. Deux types de nanostructures riches en bore (micelles, conjugués solubles) seront ciblés et caractérisés à partir de cette plate-forme polyvalente de polymères. Une compréhension approfondie des relations architecture-morphologie de ces nanomédicaments permettra de concevoir des matériaux à réel potentiel clinique. Enfin, le devenir biologique de ces nanostructures sera exploré in vitro en utilisant la plateforme de l'Institut Galien Paris-Saclay pour la biologie cellulaire. En résumé, le projet interdisciplinaire BORE vise à développer une nouvelle famille de nanostructures plus efficaces pour la BNCT en exploitant les relations structure-propriétés de tels objets.

La microscopie à force atomique (AFM) offre à la fois une haute résolution et une possibilité d'observation environnementale de macromolécules biologiques. Cependant, jusqu'à présent, aucune méthode de marquage des protéines en AFM n'a été proposée. Ce projet vise à développer une nouvelle approche pour identifier des protéines individuelles dans l'AFM en utilisant des marqueurs spécifiques de taille et de forme bien reconnaissables. Pour cela, nous utiliserons de l'ADN double brin, dont la longueur servira de marqueur spécifique pour l'identification des protéines étudiées. Deux approches de marquage seront développées : le marquage direct des protéines avant leur assemblage, et le post-marquage des protéines après l'assemblage. Ces approches de marquage des protéines développées seront appliquées pour étudier l'oligomérisation pathogène des protéines ?-Synucléine (?Syn), bêta-amyloïde (A?) et Tau. L’agrégation de ces protéines est impliquée dans des maladies incurables à ce jour, que sont la maladie de Parkinson et la maladie d’Alzheimer. Des méthodes de visualisation des larges agrégats et des fibres sont disponibles. En revanche, aucune méthode n’est disponible pour visualiser et quantifier les oligomères constituant les espèces agrégées précédant les états fibrillaires, alors qu’ils sont hautement neurotoxiques. De même, aucune technique ne permet de mettre en évidence et de quantifier les interactions et les agrégations croisées d’oligomères de deux protéines amyloïdes, alors qu’elles sont fortement suspectées (telles que ?Syn/A?, ?Syn/Tau et Tau/A?). Grâce à cette approche innovante proposée, les premières étapes de l’agrégation individuelle de ?Syn, A? et Tau, ainsi que leur agrégation croisée seront caractérisées avec une précision moléculaire. L’effet d'inhibiteurs peptidomimétiques spécifiques de l'agrégation de ces protéines amyloïdes sur leur oligomérisation individuelle et croisée sera également étudié.

Dans NANOCAPIL, nous proposons de développer une nouvelle classe de nano-catalyseurs poreux hautement actifs, sélectifs et recyclables par une stratégie d'assemblage non covalent. Ainsi, des nanoparticules métalliques (MNPs) stabilisées par des liquides ioniques polymérisés (PILs) cationiques seront complexées électrostatiquement par des polyanions pour construire des réseaux poreux 3D avec des propriétés catalytiques sans précédent. Contrairement aux stratégies conventionnelles, cette méthodologie permettra de transposer la chimio-sélectivité des MNPs isolées au réseau 3D formé, en préservant le micro-environnement autour des MNPs. La porosité permettra d'améliorer les processus de transfert de masse pour une activité catalytique élevée. Les principaux objectifs concernent i) la synthèse de réseaux hybrides polymères/MNPs en faisant varier les caractéristiques des éléments constitutifs, ii) la caractérisation du système à plusieurs échelles pour établir des relations structure/propriétés, iii) l'étude des propriétés catalytiques en relation avec la structuration du réseau. Des transformations d'intérêt fondamental et industriel, telles que l'hydrogénation sélective de substrats multi-fonctionnels, seront étudiées avec un accent particulier sur les questions de sélectivité.

Les protéines membranaires (PMs) sont la cible de 60% des médicaments actuellement sur le marché. Leur caractérisation au niveau moléculaire est ainsi essentielle pour le développement de nouveaux médicaments. L'étude des PMs repose sur leur extraction des membranes par des détergents. Cette étape d’extraction est un verrou dans l’étude des PMs, car ils conduisent souvent à une dénaturation des protéines. Nous voulons évaluer le potentiel d'ions de taille nanométrique, «nano-ions», pour la solubilisation et l'étude fonctionnelle/structurale des PMs de divers organismes, p. ex. procaryotes et de cellules de mammifères. Les NIs sont inorganiques et n'ont pas la séquence amphiphile classique (hydrophile-hydrophobe) des détergents organiques. Cependant, leurs propriétés tensioactives ont été récemment découvertes, ouvrant des opportunités pour de nombreuses applications. Notre projet permettra de mieux comprendre les interactions complexes entre les NIs, les membranes et les protéines.

De nombreuses sources de pollution marine sont constituées par des particules, de taille moléculaire à millimétrique. Le projet ECUME vise à produire des mousses marines dans le but de retenir de telles particules par processus de flottation, et disposer ainsi d’un nouvel outil de dépollution du milieu marin. Stabiliser une mousse dans un milieu de forte concentration ionique comme l’eau de mer représente cependant un défi important, le sel étant connu pour déstabiliser efficacement les mousses liquides. Cette stabilisation est néanmoins réalisable, comme en témoignent les formations massives de mousses marines régulièrement observées sur certains littoraux suite à des proliférations d'algues. Le projet ECUME cherche donc à comprendre les mécanismes physiques et physico-chimiques à l’origine de l’ultra-stabilité de ces mousses marines, de façon à produire des mousses marines stables bio-inspirées. Dans un deuxième volet, ECUME étudiera la rétention dans ces mousses de polluants de diverses origines. La méthodologie du projet consistera à combiner des analyses de mousses collectées sur le terrain et des expériences de laboratoire. Les prélèvements permettront d’inventorier et quantifier les espèces chimique et biologiques présentes dans les mousses marines naturelles, afin d’identifier celles qui assurent la stabilité de la mousse d’une part, et d’autre part les polluants concentrés dans la mousse. Les expériences modèles de laboratoire viseront à comprendre, en utilisant des systèmes contrôlés, les mécanismes de stabilisation et de rétention des mousses marines, et de les optimiser en vue des applications dans le domaine de la dépollution, grâce à une analyse multi-échelle qui tiendra compte de la complexité de la mousse. Fortement pluridisciplinaire, le projet ECUME est mené par un consortium regroupant des spécialistes de renommée internationale dans les domaines de la physique et de la physico-chimie des mousses liquide et des écosystèmes marins.

Nous cherchons aÌ comprendre les meìcanismes physiques microscopiques aÌ l’origine de la rupture de gels colloi?daux sous fatigue, i.e., sous contrainte oscillante. Nous eìtudierons des gels de proteìines qui consistent en un reìseau 3D de brins encheve?treìs. Ces gels ont une importance particulieÌre pour l’industrie agro-alimentaire. D'un point de vue fondamental, ils preìsentent une rupture de type "fragile" impliquant plasticiteì et fractures. Nous formulerons expeìrimentalement des gels dont la topologie du reìseau de brins pourra e?tre ajusteìe en jouant sur les interactions. Nous deìterminerons l’influence de cette microstructure sur les preìcurseurs de la rupture en combinant rheìomeìtrie et microscopie confocale, aÌ la fois en cisaillement et en compression. Des simulations permettront d’acceìder aux dynamiques de l'eìchelle de la particule individuelle aÌ celle du reìseau afin de distinguer des caracteìristiques universelles et de proposer une approche physique preìdictive de la rupture sous fatigue.

L’objectif de ce projet est de développer un design moléculaire permettant un contrôle électronique photo-induit de molécules magnétiques. Le concept sur lequel repose le projet LECMA consiste à utiliser la lumière pour induire un changement entre deux états électroniques, amenant une bistabilité à température ambiante. Les molécules seront constituées d’une part photo-active organique et de complexes de Fe(II) à transition de spin (SCO). Ces complexes magnétiques peuvent passer réversiblement d’un état bas spin diamagnétique (BS, S=0) à un état haut spin paramagnétique (HS, S=2). Ce projet consiste à utiliser la lumière pour dissymétriser la répartition électronique des ligands du Fe(II), déclenchant ainsi le processus de transition de spin. A ce jour, le contrôle du processus de transition de spin par la lumière demeure un challenge à obtenir de manière réversible, à température ambiance et à l’état solide. La bistabilité thermique des systèmes à transition de spin n’est pas due à des effets d’origine moléculaire mais provient d’interactions élastiques à longue distance entre molécules, au sein du matériau moléculaire. Dans le but d’obtenir un contrôle électrique de l’état de spin, nous utiliserons des photo-commutateurs organiques comme ligands des complexes SCO, permettant ainsi un changement de répartition de la densité électronique au sein même de la sphère de coordination de l’ion magnétique, déclenchant ainsi le changement de spin. De plus, afin de moduler et d’augmenter les délocalisations électroniques, nous jouerons sur la polarisabilité du ligand en introduisant des groupements donneurs et accepteurs sur les ligands du Fe(II). Ainsi, les systèmes moléculaires développés dans ce projet ouvrent la voie à un stockage d’information sur molécule unique, à température ambiante, ayant ainsi un fort potentiel pour de nombreuses applications dans le domaine de l’électronique moléculaire (capteurs, stockage de l’information, systèmes électroniques).

La stabilisation des complexes de métaux de transition (MT) de basse coordinence qui sont des espèces-clés en catalyse biologique et moléculaire est un domaine de recherche stimulant et dynamique. A cet effet, le ligand béta-dicétiminate (BDI) qui est facilement modulable électroniquement et stériquement est devenu, au fil des années, une plateforme de choix en stabilisant une variété d’ions métalliques dans de multiples états d'oxydation. Les MT 3d tardifs ont des propriétés inhérentes qui peuvent offrir des réactivités complémentaires par rapport à leurs congénères du bloc d plus lourds et ouvrir de nouvelles voies de réactivité en catalyse durable. La richesse des états redox, de spin et des géométries de coordination associés aux complexes de MT 3d tardifs a le potentiel d’offrir des réactivités largement inaccessibles avec les complexes 4d/5d. De plus, l'association de ces éléments avec des ligands à champ faible ou à champ intermédiaire tels que les ligands BDI, en particulier dans un environnement de basse coordinence, ouvre la porte à une réactivité à deux états. Cela signifie que des changements d'état de spin pour les espèces organométalliques réactives pourraient se produire au cours de la réaction pour abaisser ou éviter les barrières de haute énergie conduisant à de la réactivité ou une accélération de la vitesse de la réaction. Cette proposition vise à exploiter la polyvalence de la plateforme BDI et les propriétés intrinsèques des complexes de fer et de cobalt de basse coordinence en catalyse durable afin de relever les principaux défis associés au couplage croisé de Suzuki-Miyaura (CSM) métallo-catalysé pour les partenaires hybridés sp3. Le CSM entre des électrophiles organohalogénés (ou pseudo-halogénés) et des nucléophiles organoborés catalysé par un métal de transition est l'une des stratégies les plus couramment appliquées pour la formation de liaisons carbone-carbone dans les industries pharmaceutique, agricole et de chimie fine. Dans cette proposition, des complexes de fer et de cobalt de structure bien définie présentant des fonctionnalités spécifiques sur le squelette du ligand seront conçus pour répondre aux besoins stériques et électroniques du centre métallique lors des réactivités particulières et exigeantes qui ont lieu au cours du CSM avec les partenaires hybridés sp3. Notre stratégie s'appuiera sur une approche synergique basée sur la complémentarité entre des études expérimentales et théoriques. Des calculs DFT seront effectués pour bien comprendre le mécanisme du CSM promu par ces MT 3d tardifs. Les calculs sont la méthode de choix pour identifier les changements d'état de spin des espèces actives au cours de la réaction et pour corréler leurs géométries, leurs structures et leurs états de spin avec la réactivité/sélectivité. Cela sera d'une importance cruciale pour obtenir des informations sur les facteurs contrôlant ces données de réaction. Des études de détermination de structure à l'état solide, de mesures de moment magnétique, de spectroscopie RPE et UV-vis, ainsi que des études de réactions modèles stœchiométriques conçues pour imiter les étapes élémentaires du cycle catalytique seront également effectuées pour soutenir les calculs et cibler une image complète des différents aspects mécanistiques de la réaction.