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L'épidémie de SRAS-CoV-2 (COVID-19) est apparue en Chine, fin 2019, et s'est rapidement propagée dans le monde entier, entraînant une pandémie toujours en cours et constituant un lourd fardeau pour la santé mondiale. La manifestation du SRAS-COV2 va des infections asymptomatiques au syndrome de détresse respiratoire aiguë sévère (SDRA) et aux complications cardiovasculaires graves avec un risque élevé de décès. Plusieurs études ont confirmé que l'infection par le SRAS-COV2 est associée à l’augmentation d'un composé vasoactif connu sous le nom d'angiotensine II (ANGII) associé à des résultats cardiovasculaires indésirables chez les patients prédisposés tels que ceux atteints d'insuffisance cardiaque (IC). De plus, il a été démontré précédemment que la signalisation ANGII augmente la réponse inflammatoire mais également interfère avec le métabolisme et la signalisation énergétique, notamment par le biais du coenzyme Nicotinamide Adénine Dinucléotide (NAD). Les inhibiteurs de l'enzyme de conversion de l'angiotensine (IECA) et les antagonistes des récepteurs de type 1 de l'Ang II (ARA) prescrits aux patients en IC pourraient jouer un rôle crucial dans le pronostic de la COVID-19. L'enzyme de conversion de l'angiotensine II (ACE2) membranaire est l'un des sites de liaison du SRAS-CoV2. L'ACE2 s’oppose à l'action de l’enzyme de conversion de l'angiotensine (ACE) qui produit l’ANG II en convertissant cette dernière en ANG 1-7. Les données des patients COVID-19 montrent une diminution du rapport ACE2/ACE. En revanche l’expression de ACE2 est élevée dans le système cardiovasculaire après le traitement par les IECA/ARA. Des études récentes ont associé les IECA et les ARA à un risque réduit développer une COVID, après ajustement à différentes variables. Ces résultats appuient les données préliminaires générées à l’hôpital de l’Université Américaine de Beyrouth à partir de 66 patients hospitalisés par le SRAS-COV2 atteints d'IC aux stades A à C, suggérant que les traitements par les ECA et ARA diminuent le risque de décès, les besoins en ventilation et les niveaux de troponine comme marqueurs de lésion myocardique (protocole approuvé par l'IRB). Par conséquent, nous émettons l'hypothèse que les patients libanais atteints de COVID-19 et d’IC de stades A-C sous IECA/ARA, présentent des résultats cliniques cardiovasculaires bénéfiques pendant la phase symptomatique avec un meilleur pronostic trois mois après la guérison. Il existe un lien direct entre la signalisation ANGII et l'inflammation détectée dans les cellules immunitaires mononucléaires du sang périphérique (CMSP). Le NAD est une coenzyme majeure pour le métabolisme énergétique mais aussi une molécule de signalisation impliquée notamment dans la régulation de la réponse inflammatoire et s'opposant aux effets délétères de l'ANGII sur les cellules vasculaires et cardiaques ainsi que sur les macrophages. Par conséquent, nous émettons également l'hypothèse que la protection observée avec les IECA/ARA est due en partie à la modulation du profil inflammatoire des CMSP en empêchant leur activation excessive et l’induction d’un choc cytokinique associé à un très mauvais pronostic chez les patients atteints du SRAS-COV2. Un stimulant de la voie de signalisation NAD, le nicotinamide riboside (NR), une nouvelle forme de vitamine B3, sera utilisé sur des CMSP isolées de patients atteints du SRAS-COV2 pour tester l'importance de la signalisation NAD dans la modulation du profil inflammatoire des PBMC en tant que thérapie d’appoint aux ACEI/ARB. Le NR pourrait contribuer améliorer la respiration mitochondriale et réduire le stress oxydant dans les CMSP, atténuant ainsi une réponse immunitaire agressive. Les chercheurs impliqués dans cette étude combinent une solide expertise dans la gestion cardiovasculaire clinique des patients atteints d’IC, la recherche cardiovasculaire fondamentale sur les voies inflammatoires et NAD et l'analyse biostatistique clinique et fondamentale.

The environmental impact from maritime traffic is a growing concern of researchers as well as of marine environment managers. Within the framework of the EU Marine Strategy Directive (MSFD) identifies marine noise as one of the descriptors of the environmental state of the seas. In addition, the Report of the Subgroup Commission on Submarine Noise and Other Forms of Energy (2012) cites "a better understanding of the impacts of noise on biota is needed, in order to help Member States better identify the good ecological state of the seas ", this item being one of the most relevant topics. Whereas scientists have traditionally considered sudden and unusual noise impacts in the ocean caused by anthropogenic activities, today more attention is paid to the all noise in the marine environment, including regular maritime traffic and other maritime activities. In this sense, the MMSUV (Marine Monitoring with Sailing Unmanned Vehicle) project aims to develop a technologically advanced sailboat, autonomous by integrating low-cost, efficient and environmentally friendly technologies that provide versatile solutions to surveillance needs. of maritime traffic, marine and coastal management, industrial or military activities and for scientific purposes. The main task of the project is to develop an unmanned surface vehicle (USV), equipped with a series of sensors, in particular hydrophones, and to test / demonstrate its use for marine noise monitoring. The possibility of placing hydrophones in a place of interest without sending a manned vessel allows a low-cost response to the problems or needs of the scientific community and managers of marine areas, especially those far from the coast. The project is made up of different entities, public and private from France and Spain that have come together to cover this proposal, ranging from ship development to data collection solutions and sending them to the processing and management center.

L’internet of things (IoT) nécessite une gestion intelligente, rapide et efficace des données inhomogènes fournies par de capteurs qui va au-delà les capacités actuelles de stockage et de traitement. Dans une architecture traditionnelle, le transfert de données entre la mémoire et le processeur, appelé le goulot von Neumann, constitue le principal obstacle à une computation rapide à basse consommation d’énergie. Ces transferts consomment jusqu’à 90% des ressources en énergie de la computation. La solution est un changement radical de paradigme vers la computation à l’edge, c’est-à-dire là où les données sont acquises et stockées. Cette approche, la computation dans la mémoire (CiM), pose de nouveaux défis pour les dispositifs et des circuits. Le processeur doit être rapide et fiable, par exemple dans la reconnaissance d’image nécessaire pour la conduite automatique et aussi économiquement viable. Les éléments de mémoire et de logique ferroélectriques offrent ces possibilités. La polarisation peut être utilisée pour définir des états logiques dans les transistors ferroélectriques à effet de champ (FeFETs) et des états binaires dans les cellules de mémoires non-volatiles (NVMs). La commutation de la polarisation ferroélectrique est intrinsèquement de faible puissance, rapide et compatible aux technologies de silicium actuelles, donc de bas coût. Des réseaux neuraux profonds ont déjà été utilisés pour la computation rapide dans des domaines divers tels que la vision par ordinateur. Cependant, la complexité computationnelle élevée nécessite la conception d’architectures spécifiques pour l’edge. Dans les deux scénarios technologiques « Front end » (FEOL) et « Back end » (BEOL), l’approche basée sur la logique ferroélectrique permet le découplage entre la programmation (qui peut être lente) et le traitement de donnés (qui doit être rapide). Par exemple, les FeFETs peuvent être configurés une fois, ensuite ils opèrent à haute cadence dans les fonctions de multiplication e accumulation telles que le filtrage d’image. Nous proposons un démonstrateur d’un accélérateur reconfigurable et non-volatile, à basse consommation d’énergie, basée sur les technologies ferroélectriques, pour des réseaux neuraux profonds, avec un niveau de granularité et combinaison d’éléments de calcul et de stockage non-volatile sans précédent. Le projet optimisera les matériaux et les technologies pour les composants critiques d’un processeur CiM à basse puissance utilisant des circuits neuromorphiques et des NVM embarquées. Une fois ces objectifs réalisés, le projet développera des solutions pour deux applications vedettes: le filtrage d’image rapide et la logique sécurisée pour les MCUs. Les objectifs fondamentaux du projet sont bien définis mais le projet a besoin de l’intégration de compétences additionnelles afin de pouvoir les atteindre : un service de microscopie électronique en transmission, des modélisateurs de dispositifs électroniques, des concepteurs de champs de cellules de mémoires, des ingénieurs de circuits neuromorphiques, des experts en imagerie et une fonderie européenne pour la partie FEOL. La recherche des partenaires, experts dans ces domaines, et leur inclusion dans le consortium seront rendus possible grâce au financement MRSEI. Le financement permettra l’accès aux bases de données et aux études de marché payantes pour pouvoir détailler les impacts économique et industrielle du projet. Il soutiendra l’organisation de réunions en présentiel et de participation aux conférences pendant la période intense de rédaction du projet. La structuration du réseau (10-11 partenaires) par le financement MRSEI, préfigure le collectif de travail opérationnel pour le projet lui-même. Enfin, le financement MRSEI permettra au CEA de faire appel à une société de consultance dans le montage du projet qui va améliorer de façon significative la forme et l’organisation du proposal et donc les chances d’évaluation positive par la commission européenne.

La neurofibromatose de type 1 (NF1) est une maladie rare (incidence de 1/3000 naissances) dûe à des mutations du gène NF1 qui prédisposent les patients à développer des tumeurs bénignes des gaines nerveuses appelées neurofibromes. Le gène NF1 code pour la neurofibromine (GTPase) dont la principale fonction est de réguler négativement l’activité de RAS. Les mutations de NF1 affectent directement la signalisation RAS-MAPK. L’altération de la voie de RAS-MAPK conduit à des maladies appelées les RASopathies dont NF1 fait partie. Les mutations de NF1 dans des cellules de Schwann entraînent le développement de neurofibromes cutanés (cNF), qui apparaissent généralement à la puberté et dont leur nombre augmente tout au long de la vie pour, dans certains cas, atteindre des milliers. Bien que de caractère bénin, les cNF défigurent et induisent souvent des démangeaisons et des douleurs, qui affectent de manière très importante la qualité de vie. Il n’existe à l’heure actuelle aucun protocole de prise en charge des patients pour limiter ou prévenir le développement des cNF. Dans le cadre d'un essai clinique récent, l'administration systémique d’un inhibiteur de MEK, le Selumetinib, à des enfants atteints de NF1 qui présentaient des NF plexiformes (atteintes nerveuses) non-opérables a montré une régression tumorale significative chez 70% des individus. En raison des effets secondaires sévères du Selumetinib, son utilisation pour traiter les cNF reste exclue et des approches plus efficaces et moins toxiques sont nécessaires. L'objectif de ce projet est de concevoir des nouveaux traitements pour les cNF. Ce programme de recherche comprend quatre parties complémentaires mais non interdépendants (WP1-4). Il est constitué d’un consortium de huit partenaires (P1-8), issus de cinq pays de l'UE, avec une grande expertise dans le criblage des molécules à haut débit, l'optimisation des molécules à usage médical, le développement de véhicules pour l'administration topique de médicaments, la génétique et les modèles animaux de NF1. P1 a développé un modèle murin unique Nf1-KO qui reproduit fidèlement la physiopathologie des lésions NF. Le WP1 sera dédié à l'évaluation de l'efficacité de deux nouveaux inhibiteurs de RAS, conçus par P2 (Boehringer Ingelheim, Autriche) pour bloquer le développement des cNF. Ces molécules seront administrées en topique par P1 (coordinateur, Inserm U955, France) aux souris Nf1-KO. Dans le WP2, P3 (EuLeadFactory, Pays-Bas) effectuera un criblage in vitro à haut débit d'une librairie de 50 000 composés en utilisant un système de culture de cellules tumorales isolées de NFs cutanés de souris mises au point par P1. Pour les composés les plus prometteurs (environ 50), les protéines cibles seront identifiées, puis la stabilité et la spécificité de l'inhibition de ces composés seront optimisées grâce à un pipeline de chimie médicale mise au point par P4 (CNRS 7311, France). L'efficacité des molécules issues de ce deuxième criblage sera évaluée au moyen d'un système de culture de cellules tumorales des NFc des patients par P6 (Espagne) et in vivo par P1 en utilisant les souris Nf1-KO. Des véhicules seront développés par P5 (ESPCI, France) pour permettre une application topique des inhibiteurs de RAS (WP1) et des nouveaux composés (WP2), Le WP3 sera consacré à l’évaluation de la thérapie génique pour compenser la mutation de Nf1 et prévenir le développement des NFc, chez les souris Nf1-KO. Le WP3 sera réalisé par P7 (Inserm U1051, France) pour optimiser le ciblage in vivo des cellules Schwann mutantes avec des vecteurs adénoviraux véhiculant le système d’expression de NF1. Enfin, le WP4 sera consacré à l'analyse multi-omique des cNFs issus des souris et de patients NF1 pour comprendre les mécanismes régissant leur développement et identifier de nouvelles cibles thérapeutiques. Cette dernière partie sera réalisée par P8 (Pologne) en collaboration avec P6 et P1.

The goal of this proposal is to understand the neuronal basis of turning maneuvers during locomotion. Due to the essential nature of locomotion, the underlying neuronal circuits have been long explored for (mostly hind-) limb movements that support straight-trajectory forward walking. In stark contrast, information on the motor substrates for turning is extremely sparse. We have recently uncovered, in the mouse, a population of reticulospinal neurons in the gigantocellular reticular nucleus (Gi) of the brainstem that is defined by expression of the transcription factor Chx10 (V2a neurons) and projects to all segments of the spinal cord. Experimentally activating the V2a Gi population induces the expression of multiple motor actions linked to orientation and results in robust turning movements. We, therefore, suggest that these cells represent a main orchestrator of orienting motor actions, including locomotor turning maneuvers. Importantly, our preliminary results also indicate that these neurons may control turning maneuvers due to their asymmetric control of motor circuits of the neck, upper trunk, and forelimb muscles. We will address here the underlying mechanisms for the generation and control of turning movements using a highly interdisciplinary approach and close interactive collaboration between two groups of investigators with complementary expertise in experimental (Julien Bouvier, CNRS/University Paris-Saclay) and computational (Jessica Ausborn and Ilya Rybak, Drexel University) studies of the neural control of movements. The proposed studies will utilize state-of-the-art electrophysiological, genetic, and viral-based tools in vitro and in vivo and combine them with the development of a neuro-biomechanical model to provide mechanistic explanations and generate predictions that will be tested within the project.

Reinforcement learning and expectation in the fruit fly, Drosophila melanogaster French participants Overview The fruit fly Drosophila melanogaster has been a valuable model for investigating the genetic and neural bases that underlie learning and memory. Early and most current studies use basic behavior conditioning protocols to study learning in controlled laboratory settings. More recently, the ability to transgenically manipulate many of the brain neurons in the fruit fly with exquisite specificity, and the recent knowledge of the synaptic ‘connectome’ of the fruit fly brain, makes these animals almost unique as a comprehensive model for studies of learning, memory and motivated behavior. In fact, the connectome has revealed many types of new connect ions that had until now been overlooked. Within this context, the thesis of this proposal is that studies of learning and memory will be greatly enhanced by using more sophisticated means for evaluating memory representations, such as have been developed in vertebrates, and combining those studies with information from the connectome guided by computational modelling. We propose to push beyond the boundaries of existing conditioning protocols for fruit flies to investigate more complex memory representations. In particular, we will investigate the function of reinforcement pathways in relation to the absence of expected reinforcement. More specifically, we propose a series of experiments designed to investigate the memory representations in fruit flies when an expected consequence of a Conditioned Stimulus (CS) fails to occur. Although studies have evaluated how this failure can establish extinction memory for the CS, our studies will go beyond studying extinction. Specifically, we predict that in Drosophila when a CS is associated with a failed expectation of an appetitive food reinforcement it will acquire aversive value, and vice versa for a failed expectation of an aversive reinforcer. We combine these studies with manipulations of reinforcement pathways in the CNS inspired from the connectome, iteratively knitted in with established computational models. Intellectual merit The concept of reinforcement expectation and incentive contrast have been influential in the development of studies of associative learning in mammals. These questions are particularly challenging to answer in vertebrates because they require exquisite cellular, temporal, and genetic specificity of experimental manipulations. The recent development of work with identified neurons and their connectomes makes the larval and adult fly brains ripe as models for pushing our understanding of neural bases for these higher-order conditioning phenomena. Broader impacts Public health: These analyses and the conceptual framework of prediction error processing underlying them have a profound impact on our understanding of reinforcementrelated behavior in humans, including monetary rewards and the mnemonic consequences of traumatic experiences, and for pathologies of the dopamine reinforcement system. Educational: This project will provide interdisciplinary training for postdoctoral researchers, Ph.D. and undergraduate students. The PIs will act as co-supervisors or mentors of students working in the different labs via face-to-face and internet-based technologies. We will also work with ASU’s award-winning Ask-A-Biologist program. This is an online science program designed to enrich the learning experiences of students of all ages and to provide classroom material for use by K-12 teachers. We will develop an extension of a game developed under a prior NSF award, and the new game will include modules to teach K-12 students about how insects learn. We will also integrate into the AAB site a program developed at the Leibniz Institut für Neurobiologie, Magdeburg, and now in use in schools in Germany, to teach K-12 students how to train animals using the fruit fly larval learning paradigm.

Sepsis and COVID-19 are both placing a major burden on societies and populations worldwide. Deregulated host response to infection is the hallmark supporting the routine use of corticosteroids (CS), a low-cost and highly efficient class of immuno-modulators, in sepsis/COVID-19. Stratifying patients based on individual immune response may improve the balance of benefit to risk of CS treatment. This proposal will integrate different approaches to define the CS sensitivity/resistance of individual patients. The partners will elaborate signatures from different characterizations of biological systems in patients with sepsis/COVID-19. Targeted approaches will define whether characteristics at the level of DNA, RNA, proteins such as cytokines and hormones, or metabolite compounds, support predicting individual patient’s CS responsiveness. Methods of artificial intelligence will integrate the high dimensional multi-level data from previous studies of this consortium and from data to be newly generated. An exploratory adaptive trial will include patients with sepsis/COVID-19 in multiple arms based on novel CS responsiveness signatures to be tested. Within each biomarker-defined cohort, patients will be randomized to receive corticosteroids or placebo allowing the evaluation of the efficiency of signatures elaborated by the partners. Signatures of CS responsiveness will be integrated for predictive enrichment of CS sensitivity and resistance of each individual patient defining personalized treatment rules, and thereby improving their chance to survive in good health. We will test the robustness of the personalized corticotherapy across subsets of patients based on gender, social categories and ethnicity. We will also ensure that the proposed personalized corticotherapy for sepsis/COVID-19 can be accessed for routine care of patients in low- and middle-income countries.

La sécheresse est le principal problème de l'agriculture dans le monde et la situation devrait empirer avec le changement climatique. L'agriculture dans la région méditerranéenne pourrait être particulièrement endommagée et l'une des principales menaces est l'appauvrissement de l'agro-diversité. Le maïs est l'une des cultures les plus importantes au monde et est une culture modèle dans la sélection végétale; Cependant, il est particulièrement vulnérable aux stress abiotiques (chaleur et sécheresse) rencontrés dans un scénario de changement climatique. Les objectifs de DROMAMED sont de: 1) assembler des collections de matériel génétique de maïs adaptées aux zones sèches méditerranéennes, mutualiser et évaluer les variétés résistantes au stress des collections nationales, 2) soutenir des systèmes agricoles innovants en promouvant la qualité et la durabilité des modèles agricoles basés sur des agriculture familiale, 3) étudier les facteurs génétiques impliqués dans l'adaptation du maïs à la sécheresse et au stress thermique, 4) étudier les mécanismes physiologiques et morphologiques impliqués dans les réponses du maïs au stress, 5) établir des modèles prédictifs et des critères de sélection pour les programmes de sélection axés sur la tolérance au stress ( des modèles de sélection phénotypique, assistée par marqueurs et génomique seront conçus pour améliorer la tolérance aux stress individuels et combinés), et 6) libérer de variétés résistantes et nouvel connaissances sur la tolérance au stress à l'usage des parties prenantes; toutes ces réalisations contribueront à la durabilité de la production et à l'atténuation des effets du stress dans les scénarios climatiques actuels et futurs. DROMAMED entend 1) valoriser les collections de matériel génétique conservées dans les pays méditerranéens, avec des entrées qui ont été sélectionnées pour s'adapter à une grande diversité d'environnements stressants, 2) promouvoir des pratiques innovantes de gestion des cultures pour accroître la qualité et la durabilité des systèmes agricoles biologiques et familiaux, 3 ) capitaliser les connaissances actuelles et nouvelles sur les mécanismes de tolérance aux stress abiotiques, et 4) développer des méthodes de sélection qui augmenteront notre capacité à améliorer les approches de sélection améliorant la tolérance du maïs aux stress abiotiques. DROMAMED contribuera au progrès des connaissances au-delà de l'état de l'art en disséquant les mécanismes génétiques, biochimiques, morphologiques et physiologiques sous-jacents à la tolérance au stress, en fournissant des outils et des matériaux utiles pour capitaliser la diversité du maïs à cultiver avec de faibles intrants dans la région méditerranéenne et Menant ainsi à sauver le matériel génétique pour la future agriculture. L'impact social sera encouragé dans DROMAMED en s'appuyant sur des contacts étroits entre les associations qui représentent les besoins des producteurs et des chercheurs pour recueillir des informations précises sur les demandes des parties prenantes, essayer de répondre autant que possible à ces demandes et transférer aux producteurs les connaissances techniques pour faciliter la culture des populations libérées tolérantes à la sécheresse. Ces associations sont la Société espagnole d'agriculture biologique (SEAE), l'Association italienne des producteurs de maïs (AMI), la Confédération italienne des producteurs agricoles (COPAGRI), les Associations d'élevage de bovins de la province d'Antalya en Turquie (BCAAT) et l'Association d'agriculture biologique de Turquie (ETO).

Le projet vise à dynamiser la compétitivité des agriculteurs et des PME du secteur agroalimentaire méditerranéen en proposant un menu de solutions innovantes en matière de gouvernance et de commercialisation. Ces solutions tentent de remédier à la fragmentation des producteurs et à l'absence d'une approche orientée vers le client qui pèse sur les étapes amont des filières agr-alimentaires. Pour cela, nous étudions deux principaux moyens d'améliorer la compétitivité des petites exploitations et de renforcer leur position dans la chaîne de valeur. D'une part, nous nous concentrerons sur (WP1) les coopératives et autres organisations de producteurs (OP), (WP2) sur les indications géographiques (IG), comme outil facilitant la coopération entre acteurs des filières. D'autre part, nous intégrerons les nouvelles opportunités découlant de changements technologiques (commerce électronique) et réglementaires (marchés publics) ((WP3) nouvelles opportunités de marché pour les petits exploitants). Les motivations et les objectifs du projet sont les suivants. Premièrement, le succès des coopératives ou des OP diffère selon leurs types, les pays et les secteurs d'activité, et il subsiste des inefficacités importantes dans leur fonctionnement. Le WP1 identifiera et évaluera les défis organisationnels auxquels sont confrontées ces OP, et comparera les performances des coopératives par rapport aux autres types d'organisations. Ensuite, il co-créera, avec les dirigeants de ces structures des solutions opérationnelles à leurs principaux défis et une feuille de route pour durablement renforcer les capacités de changement de leurs organisations. Deuxièmement, l'efficacité des systèmes d'IG pour faciliter l'accès aux marchés et à s'adapter aux défis de durabilité est conditionnée par leurs systèmes de gouvernance interne et leurs environnements institutionnels. Le WP2 cherchera à identifier et à explorer la faisabilité de nouvelles solutions de gouvernance, capables d'améliorer le fonctionnement du système européen d'IG et la compétitivité de leurs membres, en évaluant leur efficacité dans différents cadres institutionnels. Troisièmement, il n'est pas facile pour les petites exploitations agricoles et les OP de tirer parti du commerce électronique ou d'accéder aux marchés publics. Cela s'explique par les risques d'investissement élevés, le manque de connaissance sur les modèles commerciaux et de leurs technologies, l'incertitude réglementaire. Le WP3 étudiera les modèles alternatifs de commerce électronique pour les producteurs agricoles, les moteurs essentiels de leur adoption et la manière dont la commande alimentaire publique peut accroître la participation des PME aux marchés publics et améliorer la durabilité de cet approvisionnement. La méthodologie proposée est multi-approche et multi-acteurs. Au-delà d’enquêtes quantitatives, nous proposons l'étude de cas de réussite afin d'identifier les solutions les plus efficaces et de les co-créer avec différentes parties prenantes de la chaîne d'approvisionnement agroalimentaire (SC agroalimentaire) pour comprendre pourquoi elles fonctionnent, et comment elles peuvent être adaptées et mise en pratique dans les organisations. En outre, ces méthodologies sont transversales dans la mesure où elles seront appliquées dans les trois groupes de travail du projet (WP1, WP2 et WP3). La mise en œuvre est également soutenue par deux autres groupes de travail : diffusion, communication et exploitation (WP4) et gestion (WP5). Le premier est essentiel car les petites exploitations doivent connaître ce menu de solutions et leur efficacité relative afin de pouvoir les mettre en œuvre dans leurs organisations et ainsi améliorer leur position concurrentielle. Le consortium AGRECOMPET est composé de 7 équipes interdisciplinaires (économie, gestion et marketing) de 5 pays méditerranéens (Espagne, France, Italie, Grèce et Turquie) ayant une grande expérience de l'agroalimentaire et des projets de recherche.

In this project, we propose to create an international network of experts and a community of practice that address the residual risk dilemma in relation to the Sustainable Development Goals (SDGs). In this initial pilot stage, we will make emphasis on: SDG 11 Sustainable cities and communities, SDG 13 Climate action, SDG 17 Partnership for the goals. During the second half of the 20th century, physical exposure to the risk of flooding dramatically increased, primarily because of the occupation of flood-prone land, increasing the exposure of human populations to devastating floods. This trend has occurred despite national policies to prevent settlement in floodplains, facilitated in large measure by the false sense of security engendered by flood-control structures, such as dikes. People who live behind protective dikes are considered to be 'out of the official floodplain' and may assume they are safe from flooding. In fact, they are still exposed to floods larger than the design flood, and to flooding from infrastructure failure. Ignoring residual risk of floods beyond the design event or resulting from poor condition of flood control infrastructure can have catastrophic consequences, as Hurricane Katrina in New Orleans in 2005 and the 2011 Tohoku earthquake and tsunami in Japan showed. Such severe flooding can wipe out many years of progress towards SDGs. How do our societies manage these low-probability, highconsequence events? How do we communicate the residual flood risk to the public? And, most importantly, by addressing these issues, how may we foster the achievement of the SDGs by 2030?Our project innovates by creating a network focusing on the interplay between SDGs and residual risk and its management, a topic largely ignored in practice globally. We will collaboratively design a framework to integrate residual risk in local planning efforts, create a platform to facilitate advances in basic knowledge and tools in support of SDGs centered residual flood risk issues, and identify research needs on multiple SDGs that can benefit other countries worldwide.

Le projet APPRENTIS concerne la sûreté de sites industriels ou portuaires présentant des risques, notamment des sites de type SEVESO seuil haut. L’objectif opérationnel est de proposer un outil logiciel d’aide à la décision pour planifier les missions de surveillance et d’intervention. Cet outil minimisera le coût de configuration et de mise en œuvre des missions réalisées par des agents mobiles (drones ou véhicules automatisés). Les questions auxquelles nous souhaitons répondre sont les suivantes : • Combien d’agents mobiles de surveillance sont nécessaires pour réaliser un ensemble de mesures données à des positions fixées ? Combien de capteurs et quels types de capteurs doivent équiper chacun de ces agents ? Comment définir les missions de chacun des agents afin de satisfaire globalement les exigences de la surveillance ? • En cas d’incident comment utiliser ces mêmes agents de surveillance pour obtenir rapidement des informations pertinentes sur le sinistre, les dégâts et d’éventuelles victimes ? Comment transporter et distribuer des moyens de secours à l’aide d’agents d’intervention ? Enfin, comment utiliser conjointement et efficacement les agents de surveillance et d’intervention ? L’originalité de la méthode proposée pour résoudre ces problèmes repose sur une modélisation du problème et une méthodologie de résolution issues des systèmes à événements discrets (SED) et de l’intelligence artificielle (IA). Cette double approche est motivée par la complexité exponentielle du problème qui apparaît dès lors que l’on couple les problèmes de configuration et de planification des missions de chaque agent, ces dernières dépendant de la configuration évaluée. Le résultat attendu du projet est un démonstrateur qui sera proposé pour configurer les missions de surveillance et d’intervention à partir d’un catalogue de matériels, de la description de l’infrastructure, et des spécifications de la mission. Le projet APPRENTIS vise, en particulier, 3 types de publics : 1) Les entreprises possédant des sites classés SEVESO (156 sites en Hauts de France, 86 sites en Normandie, 99 sites en région PACA et 94 sites en région Ile de France) qui sont appelés à renforcer les missions de surveillance de leurs installations ; 2) Les organismes et collectivités territoriales en charge de l’intervention en situation de crise (SDIS, communautés d’agglomération, associations de type ORMES) ; 3) Les groupements d’intérêt économiques qui sont concernés par la production, le transport ou le stockage de produits à risque (Ports du Havre, Rouen et Paris - HAROPA, Grand Port Maritime de Marseille - GPMM). Le consortium de partenaires (ULHN - GREAH - EA 3220, AMU - LIS - UMR 7020, IMTLD, USPN - LURPA - EA 1385) a été constitué sur la base de son expérience dans les outils de maîtrise du risque industriel et la mise en œuvre et l’utilisation des outils SED et de l’IA. L’ULHN en Normandie et l’IMTLD dans les Hauts de France sont situés dans les deux régions ciblées par l’aap SIOMRI. L’AMU et l’USPN sont situés dans deux métropoles de grande taille et densément peuplées pour lesquelles les impacts potentiels des incidents industriels sont particulièrement graves. Enfin la métropole de Marseille offre des similitudes avec la ville du Havre par son activité portuaire, vecteur supplémentaire de risques dus à l’entreposage de matières dangereuses, et par sa concentration de sites industriels SEVESO à proximité de zones résidentielles (Fos-sur-Mer près de Marseille et bassin aval de la Seine entre Tancarville et Le Havre). Le challenge à plus long terme que nous amorçons ici est de coordonner et d’optimiser les moyens de surveillance et d’intervention en combinant des modèles prédictifs et décisionnels, en utilisant des méthodes à base de modèles ainsi que des méthodes à base de données.

The interactions between groundwater (GW) and soil moisture (SM) exert a key role to shape the critical zone (CZ), including soils, water resources, ecosystems, near-surface climate, and social systems. In this project, we focus on several interlinked CZ processes: SM increase by capillary rise from GW that is recharged when SM is abundant; GW depletion or exhaustion by irrigation, 38% of which is GW-fed globally; SM, GW, and irrigation response to but also impact on mean climate and extreme events (droughts, heatwaves, floods), ecosystem productivity (wetlands, croplands) and soil carbon. The relative influence of these coupled processes is difficult to apprehend based on observations, as they exhibit contrasting manifestations in space and time, and are subject to increasing anthropogenic pressures. Thus, we will combine advanced numerical modelling and participatory methods to explore their long-term evolution in the Anthropocene (1900-2100), at two spatial scales: a) Global, with factorial simulations by two Earth system models to compare the influence of anthropogenic warming, land-use and irrigation management, and GW-related feedbacks, on past and future CZ pathways; b) Regional in two "focal areas", metropolitan France and the Mekong River basin, to provide contrasting examples of the studied processes and enable anchored transdisciplinary work with stakeholders, social and natural scientists. The goal is to propose tailored narratives for sustainable management, using participatory approaches to iteratively combine expert knowledge, local surveys, high-resolution Earth system simulations, and integrated assessment modelling of land-use and water management. At both scales, we will consider uncertainties to identify robust responses (likely evolutions and trade-offs, e.g. linked to GW failure to sustain irrigation and ecosystems, or climate change attenuation/amplification). Ultimately, the project will help assess the usefulness of global scenarios and projections at regional scales and frame sustainable CZ management strategies at the global scale.

Permafrost covers 20-25% of the Northern Hemisphere. Recent temperature increase in the Arctic and Subarctic is significantly higher than the global average. Climate simulations predict continuing warming and increased wildfires occurrence. This rapid change is already leading to permafrost degradation, inducing ground subsidence, affecting land usability and stability of infrastructure. An increase in active layer depth leads to increased water retention capacity, alters soil hydrology and groundwater drainage patterns. Besides, large amounts of carbon and other elements, previously trapped in permafrost, are released towards aquatic systems. Microorganisms actively convert newly available highly biodegradable organic carbon into greenhouse gases (CO2, CH4). As permafrost is known to contain vast amounts of frozen carbon, its thawing is a major risk because of the positive feedback on climate. Ultimately, climate change, through permafrost and habitat disturbance, affects local communities built on permafrost. A better understanding of the impacts of permafrost thaw on soils, surface/groundwater (critical zone) and carbon cycle as well as the controlling factors will contribute to the understanding of global climate feedback. This project aims to understand the hydrological, geochemical, geomorphological, and microbiological, as well as socio-economic impacts of current permafrost thaw dynamics to soils and surface/groundwaters in the Arctic/sub-Arctic. Our study will focus on the near-surface permafrost-hydrosystem continuum in small watersheds where localized and rapid thermokarst occurrences remain under-studied. The overall objective is to compare different sites across the Arctic with different permafrost settings and degradation stages in Siberia and Alaska. Our multidisciplinary approach includes geomorphology, social sciences, Indigenous knowledge, hydrology-hydrogeology and bio- and geochemistry. The outcome is a better understanding of the evolution of small Arctic/sub-Arctic permafrost watersheds and raising awareness of local communities.

Le projet de recherche-action SenS porte sur l’étude, le développement et l’évaluation de l’impact d’actions de médiation sur les connaissances scientifiques, représentations et attitudes de confiance ou de défiance envers les sciences et la pensée critique de divers publics cibles : enfants, jeunes, étudiants, adultes. Selon une approche de la recherche orientée par la conception, des actions de médiation seront développées sur plusieurs thématiques : le platisme, le dimorphisme sexuel du cerveau, les ondes gravitationnelles et le transhumanisme, retenues pour leur vivacité sociale et/ou médiatique et le développement de fausses informations et argumentations fallacieuses à leur propos, et leur pertinence pour comprendre les modalités de production des savoirs scientifiques. Un dispositif numérique à destination d’étudiants de L1 a déjà été développé sur ces thématiques pour développer les compétences critiques de publics exposés à des discours divers et contradictoires sur les sciences. Il est déjà opérationnel, et il sera étendu à d’autres publics. L’étude comparative des différentes thématiques et actions de médiation intégrant ou pas le dispositif numérique déjà développé, nous permettra d’identifier les avantages et les obstacles à la médiation et à la communication, et dans la dimension propositionnelle et pragmatique de la recherche-action, d’élaborer des solutions potentielles. Nous produirons des connaissances sur les éléments constitutifs d’une conception efficace des activités de médiation et de communication scientifiques sur les thématiques retenues. Dans la dimension analytique de la recherche-action, nos résultats relatifs aux connaissances scientifiques, à la confiance/défiance envers les sciences et aux modes de raisonnement des différents publics participeront à la compréhension des mutations contemporaines des relations sciences-société et du désordre informationnel.

Le projet AGADO est construit en phase avec des actions de médiation scientifique en cours, portées par les chercheurs de l'EUR Sciences des Plantes de Saclay auprès de collégiens et lycéens de la région francilienne. Notre objectif est de faciliter la mobilisation de l’ensemble des outils et connaissances offerts par la science grâce à une information de qualité et une stratégie de communication à la mesure des problèmes rencontrés et des évolutions souhaitables en agriculture. Sur la base d'un sondage national, nous entreprendrons une analyse approfondie des représentations culturelles et des aspirations des adolescents français (14-18 ans) concernant le vivant, l'agriculture, les modes de production agricole et les comportements alimentaires. Conjointement, nous évaluerons l'impact des actions de médiation de l'EUR-SPS dans ces domaines, auprès de groupes scolaires, afin d'en améliorer la qualité. Le savoir-faire méthodologique du CEVIPOF en matière d’analyses sociales et politiques sera mis en œuvre pour réaliser ces enquêtes et en interpréter les résultats, en référence à des enquêtes d'opinion et des indicateurs préexistants, dont Le Baromètre de la confiance politique. Les enseignements tirés du projet porteront un éclairage prospectif sur les productions et objectifs de la recherche publique. Ils seront communiqués aux institutions intéressées par les représentations culturelles des jeunes, relatives à l’agriculture et à son évolution, afin d'en informer la stratégie et de contribuer à la conception des programmes de l’éducation nationale et de l’enseignement supérieur.

Rooting its work in the Arctic, with and for Arctic communities, the "Sense Making, Place attachment, and Extended networks, as sources of Resilience in the Arctic" (SeMPER-Arctic) project consortium will be collecting local stories of changes, shocks, upheavals and their aftermaths. The SeMPER-Arctic team members will adopt these narratives as local, and localized, anchoring devices for resilience analysis. Members of three Arctic communities have been involved in the preparation of SeMPER-Arctic and the consortium has committed to work with and for these communities. Their stories of individual and collective ability to fare through shocks, threat, unusually fast changes, will constitute SeMPER-Arctic central corpus. Two broad categories of narratives that are external to communities have been identified as priority area of enquiry : environmental science and public policy and regional development. The consortium will analyse how these narratives interact with local narrative of resilience. This will allow for the assessment of their impacts. The interdisciplinary framework of resilience interpretations will be used to examine the resilience narratives in the light of the dimension that are salient for the members of arctic communities. The consortium will be in a position to take stock of the lessons learned in its three pilot implementation sites. It will have developed a narrative centred, locally rooted, place-based understanding of resilience within arctic communities. This understanding is key for developing tools and strategies to increasing community resilience in other communities. These results will call for sharing the lessons learned with regional planners and policy-makers. The consortium will thus be contributing to the knowledge base on global environmental change through respectful, non-prejudiced, enquiry of what it means to be a resilient arctic community in the 21st century. The results of this analysis will be translated into options for actions, at the local, regional, national and circumpolar levels.

Cela fait maintenant une cinquantaine d’années que les atomes de Rydberg ont attiré l’attention des scientifiques, d’une comme sujet de recherche fondamentale ou pour le développement de simulateurs quantiques, et aussi récemment pour leur potentiel en tant que capteurs pour la détection et l’imagerie de champs électromagnétiques. La plupart des schémas proposés pour la détection de champs micro-ondes reposent sur l’utilisation de la transparence électromagnétiquement induite (EIT) d’un système en échelle : si l’état de plus haute énergie est un état de Rydberg couplé à d’autres états, le phénomène EIT est alors perturbé, il se dédouble par effet Autler-Townes et on obtient deux résonances EIT au lieu d’une. Comparées aux antennes dipôles métalliques actuellement utilisées pour ce genre d’applications, les cellules diélectriques d’atomes de Rydberg à température ambiante permettent d’envisager des mesures indépendantes de la longueur d’onde, précises, avec une très grande sensibilité et dynamique, une stabilité intrinsèque et une auto-calibration. De plus, la partie sensible du capteur est purement diélectrique et ne perturbe par conséquent pas le champ à mesurer. Alors que cette technologie naissante intéresse les Etats-Unis et la Chine, mise à part une nécessité de souveraineté, un enjeu est de cibler les applications dans lesquelles les capteurs à atomes de Rydberg seront particulièrement performants et ainsi surpasser les technologies existantes. Le projet CARDAMONE a pour but d’étudier les avantages et limitations de cette technologie, à la fois d’un point de vue expérimental et théorique et de proposer des solutions optiques basées sur des modulations des champs de sonde et de couplage. L’une des limitations les plus évidentes est en effet imposée par les niveaux de Rydberg mis en œuvre, qui certes peuvent adresser une gamme de fréquences allant du kHz au THz, mais dont le caractère discret limite l’agilité fréquentielle et la bande passante du dispositif. Un second verrou concerne la bande passante instantanée de mesure, qui est aujourd’hui mal comprise, comme le montrent les désaccords entre les mesures expérimentales et les modèles théoriques. Enfin, la détection de la phase du champ électrique nécessite actuellement d’ajouter une antenne émettrice d’un oscillateur local qui peut par exemple perturber le fonctionnement d’une antenne. L’objectif de l’ANR ASTRID CARDAMONE est donc de développer des architectures originales de modulation du faisceau sonde et/ou du faisceau pompe, afin de pouvoir d’une part ajuster à loisir la bande passante de détection RF du système, tout en maintenant une sensibilité adéquate, et d’autre part de mesurer non plus seulement la puissance du rayonnement RF détecté, mais aussi sa phase. Il s’agit donc de permettre à terme de répondre aux enjeux applicatifs de cette étude, que cela soit pour la métrologie des rayonnements des antennes émettrices ou pour les applications de type radar ou guerre électronique. Le consortium du projet CARDAMONE allie des acteurs académiques et industriels, spécialistes aussi bien de la physique quantique, des technologies de l’optique, que des applications de la RF aux radars, à la guerre électronique et aux systèmes de communication. Cette synergie entre des acteurs aux compétences complémentaire assurera un transfert efficace des résultats de CARDAMONE de la physique quantique aux applications.

Face à l’exigence d’innovation et de miniaturisation des futurs missiles et munitions intelligentes fabriqués par le groupe MBDA, la gestion thermique des composants électroniques embarqués est un des enjeux majeurs. Intégrées traditionnellement au niveau des équipements électroniques, les techniques de refroidissement extérieur conventionnelles ne suffiront plus. L'utilisation de solutions de refroidissement mettant à profit des technologies microsystèmes MEMS introduites au plus près des systèmes, voir embarquées au sein même du circuit imprimé, permet d'entrevoir des réponses originales, à faibles coûts, et compatibles avec les exigences d’intégration et de robustesse des composants militaires. Les systèmes fluidiques diphasiques tels les caloducs, sont à l'heure actuelle les dispositifs de refroidissement les plus intéressants en termes de performances. Bien que leur intégration semble possible au sein même des circuits imprimés, les caloducs sont encore quasi exclusivement rapportés de manière classique aux systèmes. Aussi, malgré leurs qualités, ces dispositifs présentent plusieurs points faibles : ils sont très sensibles à l'accélération (pompage capillaire) et leur mise en œuvre aboutit à des systèmes encombrants et lourds qui nécessite des étapes de montage opérateur-dépendantes. Tout ceci montre que les caloducs ne sont pas la panacée dans le domaine du refroidissement des circuits embarqués. Malgré tout, des voies d'amélioration sont possibles et nous nous proposons d'en explorer quelques-unes. Dans le cade de ce projet, le consortium formé du C2N (UMR9001, Université Paris-Saclay), de MBDA et d'EGIDE s'est réuni afin de concevoir, réaliser et tester un système de refroidissement monophasique, robuste, et totalement inédit (niveau TRL4 visé). Bien que non optimisé pour ce mode de fonctionnement, des essais seront également menés en mode diphasique normalement plus efficace. Ici, la majeure partie du circuit fluidique sera directement réalisée dans l'épaisseur même du circuit imprimé sans augmentation notable de celle-ci. La circulation du fluide, sera quant à elle réalisée via une pompe MEMS prenant la forme d'un module rapporté à sa surface. Ici, le pompage ne sera donc pas capillaire mais électrique et ne sera donc pas limité par l'accélération (fonctionnement en boucle fermée). La majeure partie du système sera réalisée durant l'étape de pressage du circuit imprimé stratifié par thermocompression Cu/Sn/Au/Cu qui permet d'obtenir des cavités enterrées sans modification du procédé standard : ceci permet d'obtenir un circuit fluidique, de forme quelconque, formé d'une enveloppe métallique totalement étanche. Ce procédé d'élaboration est breveté par la société THALES, qui a concédé au consortium MEREDIT, dont MBDA fait partie, une licence d'exploitation. Outre le circuit fluidique, la principale problématique est liée au moyen employé afin de mettre en mouvement le fluide de manière efficace et fiable en environnement sévère. Ici, nous proposons de prouver la faisabilité de systèmes mettant en œuvre des pompes MEMS exploitant les phénomènes Electro-Hydro-Dynamiques (EHD), qui possèdent la particularité de n'avoir aucune partie mécanique en mouvement et d'être ainsi extrêmement robustes. La pompe, fabriquée par le partenaire EGIDE, prendra la forme d'un module 3D réalisé par technologie céramique HTCC et sera montée à la surface du circuit imprimé. Les connexions fluidiques et électriques seront réalisées par brasage en même temps que les autres composants électroniques : l'utilisation de ces technologies de fabrication et d'assemblage nous laisse espérer une herméticité parfaite à longs termes. Dans ce projet, le véhicule de test final, proche du système qui pourrait être industrialisé, sera fortement instrumenté de manière in-situ. Ceci nous permettra de caractériser finement, et ce pour la première fois, un système de refroidissement totalement intégré au sein d'une carte électronique.

Comprendre la statistique et l'impact des événements extrêmes est crucial pour l'adaptation au changement climatique. A cause de données empiriques inexistantes, de biais des modèles et de problèmes d'échantillonnage, l'étude des canicules qui n'ont jamais été observées est particulièrement difficile. Ce projet réunit deux groupes qui ont fait indépendamment des avancées majeures pour résoudre le problème de l'échantillonnage des modèles (algorithmes de calcul d'événements rares), et pour l'utilisation de données pour créer des générateurs de temps stochastiques par analogues. Le but de ce projet est de coupler ces deux approches pour construire le premier modèle statistique capable de dépasser le problème d'échantillonnage et d'utiliser des observations. Avec cet outil, nous étudierons le premier modèle physiquement pertinent de la pire canicule possible en Europe. Cela permettra aussi de faire dans le futur un ensemble d’études d’extrêmes actuellement impossible.

Le bilan de masse de surface (BMS) d'une grande partie de l'Antarctique est contrôlé par quelques événements extrêmes, ce qui entraîne une forte variabilité naturelle de ce paramètre. Les intrusions d'humidité extrêmes liées aux rivières atmosphériques arrivant de l'océan Austral conduisent à la fois à des accumulations de neige intenses, et à la fonte en surface sous l’effet du fort réchauffement et de l'augmentation du rayonnement infra-rouge. Pourtant, ces rivières atmosphériques sont actuellement négligées dans les études des changements climatique passés et futurs en Antarctique et de leurs impacts sur le BMS. Le projet ARCA vise à décrire les rivières atmosphériques dans les régions polaires et leurs impacts en appliquant des algorithmes récents de détection des rivières atmosphériques à des sorties de simulations des climats passés, présents et futurs. ARCA évaluera l'impact des rivières atmosphériques sur le bilan de masse de surface de l'Antarctique et explorera dans quelle mesure l'activité passée des rivières atmosphériques peut être reconstituée grâce aux enregistrements des carottes de glace. Pour atteindre cet objectif, ARCA est organisé en 4 Axes. 1) ARCA utilisera des méthodes récentes d’identification des rivières atmosphériques, que nous appliquerons aux modèles de circulation globale et régionale. 2) ARCA collectera des données météorologiques, d’isotopes de l’eau et d'aérosols dans l’atmosphère et la neige de surface en Terre Adélie et de Wilkes (Antarctique de l’Est) pour définir la signature isotopique et en aérosols des rivières atmosphériques, puis 3) appliquera une modélisation des isotopes stables dans l'eau à l'échelle régionale pour mieux interpréter ces données. Enfin, 4) ARCA examinera les données des carottes de glace existantes. Ces axes permettront : 1) d'évaluer la variabilité naturelle des rivières atmosphériques et leur réponse aux forçages externes, 2) de quantifier les transports d'humidité et de chaleur vers l'Antarctique et les impacts sur les BMS, 3) de décrire l'impact des rivières atmosphériques sur le contenu isotopique et en aérosols des masses d'air transportées vers ces régions, 4) d'analyser les processus particuliers (ex. : origine de l’humidité, sublimation des hydrométéores) produisant la particularité des signaux observés dans les masses d'air lors de ces événements, 5) d'estimer le biais induit dans les enregistrements des carottes de glace, et l'impact sur les reconstructions des températures passées, 6) de reconstituer la variabilité passée des rivières atmosphériques et le biais qui en résulte dans les estimations du climat du dernier millénaire en Antarctique. ARCA fournira des produits qui décrivent la climatologie et la variabilité actuelle et future des rivières atmosphériques (cartes d'occurrence, statistiques), et des séries chronologiques sur le terrain. ARCA définira une approche multi-traceurs pour estimer l’activité passée des rivières atmosphériques à partir des enregistrements des carottes de glace. Cette métrique basée sur la composition isotopique de l'eau et la charge en aérosols dans les carottes de glace permettra de définir qualitativement les périodes d'activité plus ou moins élevée des rivières atmosphériques au cours du dernier millénaire. Enfin, ARCA définira les zones de Terre Adélie et de Wilkes les plus impactées par les RA, et donc les régions à privilégier pour la collecte de carottes de glace en vue de l'amélioration de notre connaissance des événements extrêmes en Antarctique. Le consortium ARCA est composé de membres de l'IGE, du LSCE et du LOCEAN ayant des compétences reconnues en matière de modélisation atmosphérique (globale et régionale) et du BMS en région polaire, de développement d'algorithmes de détection des rivières atmosphériques, et d'interprétation des isotopes de l'eau et du contenu en aérosols dans l'atmosphère dans les échantillons de neige et de glace.

Le stockage du carbone et les cycles biogéochimiques dans le sol sont influencés par les processus physiques, chimiques et biologiques, qui sont le plus souvent étudiés séparément. Notre projet vise à surmonter cette limitation en considérant l'impact de la faune du sol, en particulier des vers de terre, sur la formation d'interactions organo-minérales dans des agrégats biogéniques. Nous étudierons ces processus en combinant des expériences sur le terrain et en laboratoire dans des environnements tempérés et tropicaux. Nos recherches vont au-delà de l'état actuel des connaissances car elles sont basées sur des traits spécifiques des vers de terre. Les résultats du projet concernent la connaissance fondamentale des relations entre les traits et leur fonction dans la séquestration du carbone dans le sol. Les résultats seront mis en application en développant de nouveaux paramètres de modèle et des approches d’ingénierie écologique sur le terrain.

La manière dont la concentration en ions carbonate de l'océan profond répond aux variations du cycle du carbone («compensation carbonate») exerce une influence forte sur le CO2 atmosphérique à l'échelle de 10^3 à 10^5 ans. Cette réponse explique sans doute jusqu'à 50% de la réduction du CO2 atmosphérique au dernier âge glaciaire, et pourrait à long terme absorber une partie des émissions anthropiques actuelles de CO2, mais notre compréhension des processus à l'œuvre reste très incomplète, limitant à la fois notre capacité à comprendre les variations glaciaires/interglaciaires de CO2 et à prédire les effets à long terme des émissions anthropiques. Nous proposons ici de tester, à partir des variations glaciaires/interglaciaires dans la concentration en CO2 associées à des données nouvelles sur l'acidification de l'Atlantique profond à l'ère industrielle, à la fois notre interprétation des variations passées et notre capacité à modéliser les processus associés à la compensation carbonate via un modèle de climat/sédiments. A l'aide d'une application novatrice des isotopes du carbone et du bore dans les foraminifères benthiques, nous quantifierons la part de la compensation des carbonates dans la diminution du CO2 dans les océans Pacifique et Austral profonds, ainsi que la réponse du cycle des carbonates à ces variations du flux de CO2 respiré. Nous obtiendrons ainsi la première quantification de l'amplitude et de la chronologie des variations dans le flux de la pompe organique (« soft tissue pump ») et dans l'alcalinité de l'océan, les deux principaux processus censés réduire le CO2 atmosphérique en période glaciaire. Ces résultats viendront en particulier contraindre les échelles de temps associées au pompage de CO2 résultant de la compensation carbonate. Bien que le CO2 anthropique commence déjà à atteindre les eaux profondes de l'Atlantique, les acidifiant et dissolvant le carbonate de calcium qu'elles contiennent, les données instrumentales sur la chimie de l'océan profond ne couvrent qu'une courte durée, et il subsiste de larges incertitudes sur le puits de CO2 associé à l'Atlantique profond, et sur la réponse du cycle du carbonate à cette perturbation. Nous utiliserons une approche innovante reposant sur les dernières techniques d'estimation du pH par l'isotopie du Bore par ablation laser MC-ICP-MS. Nous appliquerons cette approche sur les foraminifères benthiques de carottes sédimentaires de l'Atlantique Nord caractérisées par des taux de sédimentation exceptionnellement élevés, ce qui nous permettra de reconstruire pour la première fois le pH de l'Atlantique profond aux échelles des périodes glaciaire et industrielle. Ces reconstructions viendront éclairer l'évolution du plus important puits de carbone anthropique à cette échelle temporelle, et nous permettront de valider/optimiser le récent couplage des modèles climat/sédiments/cycle du carbone iLOVECLIM-MEDUSA, redéfinissant l'état de l'art de la modélisation des processus/échelles de temps associés à la compensation carbonate et à ses liens avec le climat. Les simulations issues de ce modèle permettront (1) de comprendre les influences respectives de la pompe organique et de la compensation carbonate sur les variations glaciaires/interglaciaires du CO2 ; (2) de modéliser les effets à long terme du CO2 anthropique sur le climat et le cycle du carbone. Compte tenu des progrès de modélisation attendus, les prédictions à court et à long terme que nous pourrons faire à partir d'un scénario donné d'émissions carbone seront alors parmi les plus robustes actuellement disponibles.

Les phénomènes météorologiques tirent leur énergie de la surface terrestre et dissipent la majeure partie de leur énergie près de la surface. La surface continentale, par sa topographie, son humidité, sa température ou l'activité de la végétation, a un impact sur l'atmosphère de l'échelle journalière à l’échelle saisonnière. Les interactions entre la surface et l’atmosphère se sont révélés influents sur les événements extrêmes, tels que la sécheresse ou les vagues de chaleur. La surface continentale peut avoir par conséquent un impact sur les trajectoires climatiques. Une évaluation précise des échanges Surface-Atmosphère (S-A) et leur représentation correcte sont donc essentielles pour les prévisions du temps et du climat. Les programmes GEWEX et WCRP ont souligné l'importance du couplage S-A pour les modèles météorologiques et climatiques. L'enquête du Groupe de travail sur l'expérimentation numérique (WGNE) sur les erreurs systématiques a établi en 2019 que les erreurs de simulation des flux de surface de chaleur et d'humidité sont le deuxième problème le plus important. Les modèles du système terrestre (ESM) et de prévision numérique du temps (NWP) ont souvent des biais importants sur les flux de surface quand ils sont comparés aux observations. La quantification détaillée et la réduction de ces biais sont toujours en cours dans de nombreux centres de modélisation. Le projet MOSAI vise à contribuer à cet effort. La première étape pour atteindre cet objectif est de mener une évaluation juste et correcte des interactions S-A simulées par les ESM et NWP. Celle-ci doit être basée sur (1) des références fiables utilisées pour évaluer les échanges S-A simulés, et, (2) des méthodes de comparaison pertinentes capables de mettre en évidence les faiblesses des ESM et NWP. Ces points définissent les deux premiers objectifs scientifiques du projet MOSAI. Le premier objectif scientifique (O1) est d'étudier et de déterminer l'incertitude et la représentativité des échanges de S-A mesurés sur des paysages hétérogènes. Le projet MOSAI bénéficiera des mesures long-terme acquises sur les sites instrumentés ACTRIS et ICOS et estimera systématiquement les erreurs de mesure, la non-fermeture du bilan d'énergie en surface et la représentativité des mesures locales dans le paysage hétérogène, à l'échelle de la maille. Il s'agit d'une étape nécessaire vers une évaluation juste des modèles. Le deuxième objectif scientifique (O2) est de proposer et tester deux méthodes pour évaluer les échanges S-A dans les ESM à l'aide de mesures long-terme. Elles permettront d’identifier les faiblesses des ESM et des NWP en fonction des conditions météorologiques et de surface. La première approche est basée sur des études de sensibilité réalisées avec des modèles 3D ou avec leur version à colonne unique correspondante, forcées par des observations à long terme ou couplées à leur LSM, et pour lesquelles un forçage atmosphérique sera dérivé d'analyses opérationnelles. La deuxième méthode est basée sur une approche d'apprentissage par modèle statistique. La deuxième étape du projet concerne l'amélioration des échanges S-A simulés par les ESM et les NWP. Le couplage entre les modèles de surface (LSM) et les modèles atmosphériques est basé sur plusieurs approximations qui diffèrent selon le modèle. Parmi celles-ci: 1 / la prise en compte de l'hétérogénéité de surface comme une somme de différentes surfaces sans tenir compte de l'échelle des hétérogénéités et de la distribution spatiale de celles-ci, 2 / une atmosphère unique pour toutes les surfaces contenues dans la maille du modèle, 3 / un flux de surface agrégé unique comme conditions limites inférieures au modèle atmosphérique empêchant la formation de circulation secondaire. Le troisième objectif scientifique (O3) aborde certaines de ces simplifications dans le couplage entre les LSM et les modèles atmosphériques, et leurs impacts sur les échanges S-A simulés.

Les sources hydrothermales océaniques profondes sont souvent des systèmes anaérobies riches en fer et en soufre. Alors que la pyrite FeS2 se forme abiotiquement à l’intérieur des cheminées à des températures élevées (> 250°C), un important stock de FeS2 (pyrite et marcasite) est également produit dans les parties plus froides des cheminées à des températures plus basses (< 150°C) par un mécanisme encore inconnu. Il a été montré en laboratoire que les Thermococcales, organismes prédominants des parties chaudes des sources hydrothermales, produisent rapidement d’abondantes quantités de pyrite (FeS2) dans les cellules et les vésicules, alors que de la greigite (Fe3S4) se forme sur les substances polymères extracellulaires (EPS), ce qui suggère qu’elles pourraient contribuer à la formation importante géochimiquement de FeS2 à « basse température ». Afin de fournir une évaluation de la contribution des Thermococcales et plus généralement de la biosphère hyperthermophile (T>80°C) aux cycles biogéochimiques, il est maintenant temps de progresser dans la compréhension du mécanisme de biominéralisation à haute température précédemment identifié. Thermococcus kodakarensis sera l’organisme de choix pour le projet HYPERBIOMIN, puisque de nombreux résultats intéressants ont déjà été obtenus pour cette souche et dans notre laboratoire ; les outils génétiques pour cette archée hyperthermophile sont bien établis. Le projet HYPERBIOMIN répond à trois questions principales : (1) Quelles sont les conditions physiologiques des cellules et les paramètres physico-chimiques du milieu de vie qui influencent et contrôlent les minéraux produits par T. kodakarensis? (2) Quelles sont les entités biologiques et les gènes impliqués dans les mécanismes de minéralisation par T. kodakarensis ? (3) Quelles sont les stratégies adaptatives développées par les hyperthermophiles pour influencer et faire face à leurs environnements à haute température hautement minéralisés? Pour répondre à ces questions, le projet suivra trois approches complémentaires : (1) La première approche consiste à déterminer et à analyser quantitativement les minéraux produits dans différentes conditions physico-chimiques imitant l’environnement fluctuant des cheminées hydrothermales. Jusqu’à présent, j’ai limité les études de biominéralisation aux paramètres de croissance optimaux des Thermococcales. En collaboration avec un étudiant en thèse et un master, nous allons déterminer les impacts de la température et du pH, mais aussi des changements métaboliques des Thermococcales (production H2S vs production H2) induits par les conditions environnementales sur la composition, la structure et les propriétés des minéraux formés. (2) La deuxième approche porte sur l’exploration des mécanismes moléculaires de biominéralisation par T. kodakarensis. À ce jour, aucune information n’est disponible sur les relations entre la production de minéraux et des gènes putatifs impliqués. Nous allons détecter et identifier les principaux partenaires moléculaires impliqués dans le mécanisme de biominéralisation de T. kodakarensis. Nous nous concentrerons d’abord sur les gènes codant pour les ferritines et les transporteurs de fer en raison de leur importance potentielle dans le processus de biominéralisation du fer. J’explorerai ensuite les gènes impliqués dans la synthèse et l’expression des vésicules qui ont été reportés comme impliquées dans la formation de pyrite par Thermococcales. (3) Dans une troisième approche, j’étudierai l’importance de ces processus de biominéralisation pour les mécanismes d’adaptation des Thermococcales et des archées méthanogènes de l’écosystème hydrothermal. Des expériences impliquant à la fois T. kodakarensis et Methanocaldococcus jannaschii seront menées pour déchiffrer dans cet écosystème simplifié les réponses adaptatives face à l’environnement hydrothermal extrême, en présence ou absence de minéraux dont le rôle potentiel dans l’adaptation sera étudié.

En termes d’évolution, la vie consiste à se reproduire. Pourtant, certains animaux renoncent à leur propre reproduction pour soutenir les efforts de reproduction d’autres individus de la même espèce. Abeilles, fourmis et guêpes (hyménoptères) sont bien connues pour leur mode de vie «eusocial» où une reine contrôle la reproduction de nombreuses ouvrières. Comme Darwin lui-même l’a reconnu, ce sacrifice des ouvrières était un défi majeur pour sa théorie de la sélection naturelle. Cette énigme a trouvé une solution lorsqu’on a réalisé qu’aider un individu apparenté pouvait favoriser son propre succès reproducteur de manière indirecte. Cependant, une telle stratégie est vulnérable à l'exploitation, et nécessite de pouvoir distinguer entre les individus apparentés ou non. Comment l’eusocialité a pu évoluer neuf fois chez les seuls hyménoptères, alors qu’elle est absente chez la plupart des insectes ? On savait que les fourmis (eusociales) possèdent un sous-système olfactif spécialisé dans la reconnaissance de la parenté, permettant de détecter les parasites sociaux. Des structures sensorielles des antennes, les sensilles basiconiques (BaS), détectent les hydrocarbures cuticulaires (CHC), mélange d'indices chimiques révélant la colonie d’appartenance. Les neurones des BaS sont connectés à une région séparée du centre olfactif primaire du cerveau d’insecte et expriment un groupe de gènes de récepteurs olfactifs (OR) avec une structure à 9 exons. Étonnamment, un même ensemble de caractéristiques a récemment été observé chez des Vespidés (frelons), chez lesquels le mode de vie eusocial a évolué indépendamment. Cette découverte suggère que le système BaS peut avoir joué un rôle critique dans l'évolution convergente de l'eusocialité en permettant la reconnaissance de la parenté. Cependant, nous ne savons pas si ce système était présent chez les espèces solitaires ancestrales, s'il était pré-adapté pour permettre la reconnaissance de la parenté, ni comment il aurait pu être affiné pour cette tâche. Répondre à ces questions est essentiel pour comprendre la remarquable diversité des comportements sociaux chez les hyménoptères et expliquer pourquoi l'eusocialité, normalement si rare, a évolué tant de fois dans ce clade. Le projet EVOKIN propose de résoudre cette question en collectant des données sur des espèces représentant toutes les principales lignées d'hyménoptères, une gamme variée d'organisations sociales et de multiples origines indépendantes de l'eusocialité. En combinant des données neuroanatomiques, chimiques et moléculaires avec des analyses comportementales et neurophysiologiques, nous testerons le lien évolutif existant entre le système BaS et l'eusocialité. Précisément, nous allons: Objectif 1: révéler comment l'organisation anatomique du système BaS varie d'un hyménoptère à l'autre. Nous testerons si cette variation est associée à l'organisation sociale et reconstruirons l'histoire évolutive des traits clés à travers la phylogénie, nous permettant de placer les changements comportementaux et neuronaux dans l'ordre chronologique. Objectif 2: utiliser les répertoires d’OR d’un nombre important d’hyménoptères pour tester si le nombre de gènes d’OR à 9 exons co-évolue avec la complexité du profil cuticulaire de chaque espèce ainsi qu’avec le nombre d'unités anatomiques dans le système BaS. Objectif 3: Confirmer la fonction du système BaS dans la reconnaissance de la parenté dans les lignées eusociales, et déterminer sa fonction ancestrale chez les espèces solitaires, en effectuant des expériences comportementales (e.g., rencontres dyadiques) et en enregistrant par imagerie optique in vivo l'activité neuronale du système BaS en réponse à des odeurs d’individus apparentés, conspécifiques ou à des odeurs environnementales. Grâce à un échantillonnage et à l’utilisation d’une gamme d’approches expérimentales sans précédent, le projet EVOKIN découvrira les adaptations neuronales qui soutiennent le comportement social des hyménoptères.

Comprendre la chronologie et les schémas des premiers peuplements des Amériques ne peuvent s’entendre sans étudier les relations entre les populations passées et leur environnement. S’adapter, se déplacer, voire disparaître en réponse aux fluctuations climatiques sont les réactions attendues. Afin de caractériser ces différents scénarios, SESAME propose de se concentrer sur le nord-est du Brésiloù la présence humaine est attestée depuis au moins 40,000 ans. En reconstruisant les variations climatiques et environnementales passées NE Brésil et en révélant l’identité culturelle et technologique des sociétés passées, SESAME ambitionne de lever le voile sur l’évolution des relations entre les hommes et leur environnement, à travers le Pléistocène et l'Holocène. Cette reconstruction paléoécologique humaine permettra, de façon compréhensive, de formuler des hypothèses sur les voies potentielles de diffusion et d'implantation intracontinentales. Elles découleront du modèle du NE Brésil et de la recontextualisation des données archéologiques de la littérature dans un schéma paléoclimatique à l’échelle du continent.

La charpente en chêne de Notre-Dame de Paris (NDP) est l'un des plus grands chefs-d'œuvre de la charpentrie gothique en France. Elle a été construite au cours du Moyen Âge, entre le 11e et le 13e siècle, à une époque où de profonds changements environnementaux et sociétaux - optimum climatique, forte croissance démographique et économique - ont créé une pression importante sur les ressources forestières disponibles, l'un des principaux moteurs économiques des sociétés médiévales. La destruction de la charpente de NPD dans l'incendie du 15 avril 2019 a laissé des milliers de fragments de poutres de chêne carbonisées. Analyser cette "forêt", c’est remonter le temps, en reconstruisant les forêts des siècles passés et en restaurant ce patrimoine pour le public. Le projet CASIMODO vise à comprendre l'impact des facteurs climatiques et anthropiques sur l'évolution du socio-écosystème forêt-bois entrer les 11e et 13e siècles en Île-de-France et dans le Bassin parisien: forêt, gestion de la matière première bois et produits finis manufacturés. Le projet propose trois axes de recherche pour aborder la réponse adaptative de la société à la disponibilité des ressources en bois pendant cette période. Le premier objectif est de définir le contexte climatique et socio-économique de Paris. Afin d'identifier les adaptations techniques potentielles de la société médiévale, le second objectif est d'étudier la charpente en bois d'un point de vue archéologique afin de caractériser les techniques de construction et les modes d'approvisionnement du chantier. Le troisième objectif consiste à caractériser les peuplements forestiers exploités aux 11e et 13e siècles, leur gestion et les éventuels systèmes sylvicoles mis en place pour une production de bois adéquate. L'objectif global de CASIMODO est de permettre une meilleure compréhension de l'évolution d'une zone économique soumise à des pressions climatiques, sociétales et démographiques, par le biais du cycle de vie du bois. Nous proposons de développer une approche intégrée en combinant histoire, archéologie, et bioarchéologie. Les arbres enregistrent les variations de son environnement, chaque cerne de croissance annuel contenant un moyen de datation et un ensemble de marqueurs anatomiques et chimiques fournissant des informations sur la structure de la forêt, l'origine géographique du bois et le climat passé. Ces informations seront comparées à des données contemporaines sur le bois provenant de structures médiévales civiles et religieuses du nord de la France, du sud de la Belgique et de l'ouest de l'Allemagne. Les archives textuelles et les données paléoenvironnementales/bioarchéologiques de sites archéologiques médiévaux en Île-de-France et dans le bassin parisien seront également intégrés. En faisant écho au contexte de menace écologique actuelle, ce projet aborde les problèmes récurrents des relations entre l'homme et la nature, et s'inscrit dans le thème des sociétés face aux changements environnementaux. Une meilleure documentation de la variabilité temporelle et spatiale des climats mondiaux passés est nécessaire pour mieux anticiper les impacts possibles du changement climatique futur. CASIMODO peut fournir des indices indirects sur l'ampleur de la déforestation, voire des catastrophes naturelles et des épidémies connexes comme la peste. La datation radiocarbone est encore entravée par l'imprécision des dates obtenues pour certaines périodes. L’établissement d’une courbe de calibration radiocarbone à partir des bois de Notre-Dame constituera un outil central de la science moderne (biologie, écologie, géologie, histoire, archéologie.). Un progrès dans ce sens sera donc un grand pas en avant pour une très grande partie de la communauté scientifique.

Les épisodes de précipitations extrêmes (EPE) constituent une menace pour la vie humaine mais restent difficiles à prévoir. Des efforts considérables ont été déployés ces dernières années pour améliorer la qualité des prévisions relatives à ces événements graves et des progrès significatifs ont été réalisés grâce à la mise au point de systèmes de prévision numérique météorologique (SPNM) résolvant explicitement la convection profonde. Toutefois, notre capacité à prévoir ces événements à fort impact reste limitée en raison du manque d'observations de vapeur d’eau (VE) à haute fréquence et haute résolution dans la basse troposphère (en dessous de 3 km). Nous avons pour objectif de mettre en place un outil de prévision intégré, couplant les mesures du réseau de profils de VE et un SPNM pour estimer précisément la quantité, le moment et l'emplacement des précipitations associées aux EPE dans le sud de la France (région frappée par environ 7 EPE par an pendant l'automne). Le projet WaLiNeAs proposé est une initiative unique et innovante qui permettra pour la toute première fois d'assimiler des profils de VE à haute résolution verticale mesurés par lidars dans les 3 premiers kilomètres de la troposphère. L'avantage de WaLiNeAs pour les communautés académiques et opérationnelles est double : faire progresser les connaissances sur les processus dynamiques et complexes qui contrôlent le cycle de vie des EPE et améliorer la prévisibilité des EPE dans le sud de la France à des échelles pertinentes pour les études météorologiques. Un réseau de 5 lidars Raman VE autonomes sera déployé en Méditerranée occidentale pour fournir des mesures à haute résolution verticale, comblant ainsi les lacunes critiques des observations de VE dans la basse troposphère par les réseaux opérationnels et satellites actuels. Le traitement en temps quasi réel et l'assimilation d'ensemble des données de VE dans le modèle opérationnel français AROME (Application of Research to Operations at MEsoscale), utilisant une approche 4DEnVar avec des mises à jour de 15 minutes, devrait améliorer la capacité du modèle à prévoir les EPE à l'échelle kilométrique dans le sud de la France 48 heures à l'avance. La campagne de terrain devrait commencer début septembre 2022, pour couvrir la période la plus propice aux fortes précipitations dans le sud de la France. Le réseau de lidar VE sera exploité par un consortium de groupes de recherche français, allemands et italiens. Les données Lidar seront mises à la disposition de Météo-France peu après avoir été acquises et jusqu'à 96 fois par jour. Outre la démonstration du potentiel d'assimilation des données VE lidar dans un contexte opérationnel en temps quasi réel, un objectif auxiliaire du projet est également de montrer que les lidars Raman peuvent être laissés en fonctionnement continu, sans surveillance pendant une période d'au moins 3 mois. Il s'agit d'une condition préalable dans la perspective du déploiement futur de systèmes lidar Raman opérationnels destinés à combler les lacunes d'observation en VE dans la basse troposphère. Ce projet aboutira à des recommandations sur le traitement des données lidar en vue d'une exploitation opérationnelle future dans les SPNM. Ce projet contribuera de manière significative aux objectifs scientifiques du CES04 «Innovations scientifiques et technologiques pour accompagner la transition écologique» à travers le développement de systèmes lidar Raman pour une surveillance intelligente de l'environnement, en tout temps, sans surveillance et continue, en particulier pour la VE. Ce projet est très innovant et jettera les bases d'un futur outil d'alerte intégré visant à prévenir les risques naturels associés aux fortes précipitations, comme par exemple le long du littoral méditerranéen. Une fois la preuve de concept validée dans le cadre du projet WaLiNeAs, des outils intégrés similaires pourront être appliqués dans d'autres parties du monde pour éviter des risques naturels similaires.

Une description précise de l’état de l’atmosphère Terrestre est devenue indispensable dans un contexte d’évolution globale du climat. Elle repose sur l’utilisation de modèles de transfert radiatif couplés à des méthodes robustes d’inversion pour identifier les caractéristiques de l’atmosphère, comme les profils de températures et de concentrations en espèces gazeuses, à partir de mesures produites par des systèmes de détection actifs ou passifs, embarqués sur des plateformes satellites ou aéroportées ou des ballons sondes. Cependant, le volume de données de télédétection croît de façon exponentielle depuis plusieurs années, au point que leur traitement devient délicat même au regard des moyens de calcul actuels. Le développement de nouvelles méthodes est nécessaire pour convertir les mesures en paramètres géophysiques exploitables et fiables. Le projet ASGARD vise à développer des méthodes originales spécialement dédiées au traitement opérationnel de données de télédétection : la définition et la validation de méthodologies rapides et précises pour traiter des atmosphères gazeuses non uniformes est en effet l’objectif scientifique du projet. ASGARD s’appuiera sur des développements théoriques et de modélisation jusqu’à leur validation dans des situations représentatives de missions atmosphériques présentes et futures, incluant des atmosphères diffusantes ou hors équilibre thermodynamique. Certains développements proposés ici s’inspirent de travaux existants en combustion. Cependant, ils nécessitent des adaptations spécifiques afin de traiter des configurations atmosphériques : la modélisation des mélanges d’espèces gazeuses absorbantes, par exemple, diffère légèrement du fait des longueurs de trajets très différentes dans les deux type d’études, avec un impact sur les modèles à utiliser. La plupart des propriétés des L-distributions en termes de robustesse, de précision et de coût de calcul, observées en combustion, peuvent se transposer à l’atmosphère. Ceci peut être envisagé avec une prise de risque réduite pour un bénéfice important si les développements dédiés et leurs validations associées sont réalisés : c’est ce que propose ASGARD et motive la présente demande de financement. ASGARD mettra en commun les domaines d’expertise complémentaires des partenaires impliqués dans le projet : le CETHIL pour la modélisation des propriétés radiatives des gaz, le LOA pour le transfert radiatif dans les nuages et les atmosphères diffusantes et l’ONERA DOTA pour la simulation radiative et hors équilibre thermodynamique. Ces équipes ont déjà collaboré dans le passé, notamment lors de travaux préliminaires sur l’utilisation des L-distributions dans le solaire pour des atmosphères diffusantes. L’objectif est ici d’aller au-delà de ces travaux et de généraliser l’analyse à quelques missions spatiales présentes et futures, incluant l’extension au domaine thermique, aux imageurs hyperspectraux et à des configurations hors équilibre. Les résultats du projet auront un impact sur le développement de nouvelles méthodes d’inversion et donc sur les possibilités offertes pour la conception de futures générations de plateformes opérationnelles de télédétection atmosphérique. La méthode en L-distribution a la capacité de redynamiser le domaine des modèles de bandes, de façon semblable à la méthode CK il y a 30 ans. Cependant, pour atteindre cet objectif, la technique doit être méthodologiquement finalisée et validée afin de démontrer son potentiel dans des contextes opérationnels, comme ceux rencontrés par les agences spatiales, mais aussi en transfert radiatif atmosphérique pour d’autres utilisateurs possibles (météorologie, sciences du climat). La stratégie de communication sera orientée vers une diffusion large des résultats des travaux issus d’ASGARD dans la communauté atmosphérique, incluant la mise à disposition sous un format libre de l’ensemble des codes (excluant ceux spécifiques à l’ONERA) produits au cours de l’étude.

La région spectrale du moyen infrarouge (2-20µm) contient les transitions vibrationnelles des principaux gaz atmosphériques (H2O, N2O, CO2, NF3, CH4, O3...). Dans cette plage, il y a deux fenêtres de transparence atmosphérique à 3-5µm et 8-13µm, de sorte qu'un faisceau lumineux peut sonder l'atmosphère sur de très longues distances. De plus, le rayonnement dans l’infrarouge moyen est moins sensible aux turbulences atmosphériques qu'aux longueurs d'onde télécoms. Ceci est crucial pour avoir des mesures précises et très sensibles pour la surveillance environnementale, la spectrométrie et la mesure de la concentration des gaz à effet de serre (GES). L'objectif de notre proposition est de fournir des systèmes de détections sensible, précis et compacts dans l'infrarouge moyen implémentés dans des systèmes tel-que la radiométrie et le LIDAR. Ces systèmes seront basés sur des lasers à cascade quantique et sur les nouveaux détecteurs à puits quantiques fonctionnant à température ambiante développés récemment au LPENS.

Les eaux usées représentent des gisements massifs d’eau constituant une source potentiellement rentable, indépendante des sécheresses saisonnières. Cependant à l’heure actuelle les stations d’épuration ne permettent pas d’atteindre à des coûts raisonnables une qualité d’eau suffisante pour sa réutilisation et obèrent le retour à un bon état écologique et chimique du milieu aquatique. Ainsi, pour satisfaire à la Directive Cadre Européenne sur l’Eau et pour pallier les pénuries d’eau futures, le développement de stratégies efficientes permettant d’éliminer de façon plus poussée les micropolluants et d’améliorer la qualité microbiologique de l’eau est nécessaire. Dans ce contexte REMemBer est un projet de recherche appliqué qui vise à développer une technologie de traitement durable des eaux usées permettant : (i) de proposer une solution compacte combinant traitements secondaire et tertiaire au sein d’un même réacteur, (ii) d’améliorer la qualité chimique et microbiologique de l’eau épurée, (iii) d’envisager son recyclage, (iv) de réaliser des économies d’énergie et de produits chimiques. Le projet est basé sur la combinaison des avantages des bioréacteurs à membrane (BàM) et des procédés électrochimiques dans une seule unité innovante. La nouveauté du projet REMemBer repose sur l'utilisation de membranes électrochimiques réactives (MER). Des membranes électro-actives ont été récemment mises au point et testées par un des partenaires et ont permis de s’affranchir en partie des limitations liées aux phénomènes de diffusion. Sur la base de ces résultats prometteurs, les défis scientifiques qui seront relevés dans ce projet visent à franchir une nouvelle étape en mettant en œuvre les MER dans un procédé dans lequel la séparation de la biomasse et le traitement tertiaire seraient réalisés dans un seul réacteur: un Bioréacteur à Membranes Electrochimiquement Réactives (BàM-ER). Les objectifs visés sont: (i) de favoriser l'électro-oxydation des micropolluants organiques grâce à un transport de masse des polluants amélioré par convection, (ii) d’améliorer la désinfection par l’électro-oxydation et les conditions de pH locales et, (iii) de contrôler le colmatage des membranes. Les principaux verrous scientifiques et technologiques à lever avant l’implantation d’un BàM-ER à l’échelle industrielle résident dans (i) le développement de membranes cathodiques ou anodiques d’UF à partir des membranes de microfiltration électro-actives commercialement disponibles, (ii) la compréhension des mécanismes chimiques, physiques et biologiques au niveau de l’interface électrode-liquide, et (iii) le design et la validation d’une cellule électrochimique permettant une conduite optimale des BàM-ER et le changement d’échelle pour une application industrielle. Le projet REMemBer a pour objectif de lever ces verrous en développant une approche multi-échelle couplant analyses expérimentales transdisciplinaires et modélisation. Pour atteindre ces objectifs, le programme scientifique du projet est divisé en cinq tâches scientifiques et technologiques principales: élaboration, caractérisation et optimisation des membranes électro-actives (WP1); compréhension des mécanismes à l’interface électrode-liquide (WP2); développement du procédé et optimisation à l’échelle pilote de laboratoire (WP3); modélisation transversale et multi-échelles (WP4); développement d'un démonstrateur à l’échelle semi-industriel installé sur site pour des analyses et évaluations techniques, économiques et environnementales (WP5). Le projet rassemble deux laboratoires universitaires, (le LGE (Université Gustave Eiffel) et l’IEM (Université de Montpellier)), un institut de recherche appliquée (INRAE-PROSE), l’entreprise industrielle publique Syndicat interdépartemental pour l'assainissement de l'agglomération parisienne (SIAAP) et une TPE spécialisée dans le développement de procédés innovants et le transfert de technologie (FIRMUS).

Les sécheresses sont une préoccupation croissante pour les gestionnaires de l'eau, avec la perspective d'événements plus sévères et plus fréquents dus au changement climatique. Une façon d'atténuer les conséquences des pénuries d'eau est d'utiliser des systèmes de prévision. En France, le projet PREMHYCE (2012-2019) a développé une approche multi-modèle pour la prévision des étiages et a prouvé sa capacité à devenir un système opérationnel en ligne. PREMHYCE a donné des résultats prometteurs dans un petit nombre de sites, ce qui a motivé la transposition du concept à plus grande échelle dans le cadre du projet CIPRHES. Le projet CIPRHES vise donc à faire un pas en avant par rapport aux approches existantes, en construisant une chaîne intégrée pour la prévision des étiages basée sur une approche multi-modèle originale, en développant des prévisions météorologiques « sans coutures » (d'un jour à plusieurs mois), une modélisation hydrologique intégrée et des méthodes de quantification des incertitudes. La chaîne de prévision fera l'objet de "crash-tests" sur un large échantillon de bassins versants afin d'évaluer ses performances et sa robustesse. Son utilité pour améliorer la gestion de l'eau dans quelques secteurs socio-économiques stratégiques sera également évaluée. Les méthodologies proposées utiliseront six modèles hydrologiques développés par les partenaires du projet. La base de données comprendra plus de 100 bassins versants répartis en France, représentant des conditions hydroclimatiques et d'usages de l'eau variées. Les données seront principalement extraites de bases de données nationales et de sources régionales ou locales pour des études de cas spécifiques. Le projet est prévu sur quatre ans et est organisé en six groupes d’actions portant sur : la coordination globale du projet (WP1) ; le développement de prévisions atmosphériques « sans coutures » en se concentrant sur la fiabilité des prévisions en conditions de sécheresse (WP2) ; le développement de modèles de prévision hydrologique pour les étiages adaptés à diverses échelles temporelles et spatiales (WP3) ; la quantification des incertitudes, l’analyse de leur propagation à travers la chaîne de prévision des ensembles hydrologiques, et l’amélioration de la combinaison multi-modèles (WP4) ; le test et l’évaluation de l'efficacité de la chaîne dans diverses conditions hydroclimatiques avec deux objectifs spécifiques de gestion de l'eau (hydroélectricité et agriculture) (WP5) ; le développement d’un démonstrateur de service hydrométéorologique en ligne, d’outils de formation et la diffusion des résultats scientifiques et techniques (WP6). Le consortium CIPRHES comprend cinq partenaires : INRAE (coord.), le BRGM, EDF, le CNRM et le LOTERR (Université de Lorraine). Les principaux résultats du projet CIPRHES seront (1) une chaîne hydrométéorologique intégrée multi-modèle de prévisions des étiages sur le territoire national à haute résolution spatio-temporelle, (2) un protocole détaillé et multi-objectif pour évaluer l'efficacité de la chaîne de prévision, (3) un démonstrateur en temps réel orienté web pour la prévision opérationnelle des sécheresses, et (4) des outils de communication et de formation pour les gestionnaires de l'eau. Des bénéfices du projet sont attendus à plusieurs niveaux : pour les politiques nationales de l'eau en aidant à anticiper les pénuries d'eau et donc à améliorer la gestion de l'eau et la préservation de l'environnement ; pour le secteur socio-économique en fournissant des outils pour des objectifs spécifiques dans des domaines comme l'hydroélectricité et l'agriculture ; pour la communauté de recherche en contribuant à plusieurs programmes sur l'évaluation des risques, les questions de modélisation et la quantification des incertitudes ; pour le grand public en améliorant la sensibilisation aux question de sécheresse.

Les Polluants Organiques Persistants (POP) sont une principale source d’exposition toxique mondiale. Afin de protéger la population, le développement d’outils de détection simples/économiques de tels composés est un besoin réel pour leur suivi environnemental dans nos ressources alimentaires/en eau. Bien au-delà, l’outil permettrait de comprendre le devenir des POPs pour l’optimisation des méthodes de préventions déjà appliqués. Le projet vise la mise en place d’une technologie de biocapteurs de classification d’échantillons par niveau de pollution en POPs et leurs produits de dégradation : Les analytes seront systématiquement interfacé à une matrice de micro transistors organiques électrochimiques (OECTs), spécifiquement conçu et étiquetée de larges collections de sondes biologiques synthétiques. L’analyse multivariée des données sera employée pour l’identification des niveaux en POPs, nécessaire aux analyses plus profondes d’apprentissage machine telles que les réseaux de neurones.

Les piles à combustible et électrolyseurs à oxyde solide sont des dispositifs électrochimiques à base de céramique qui fonctionnent à haute température, typiquement entre 700 et 800 °C. Cette température élevée est nécessaire pour assurer une conversion électrochimique et un transfert des espèces efficaces i.e. pour assurer un rendement énergétique élevé. Malheureusement, associées à des conditions de fonctionnement extrêmes, ces températures de travail élevées entraînent une dégradation rapide. Les efforts de découverte de matériaux ont donc ciblé de nouveaux matériaux d'électrolytes et d'électrodes ayant une conductivité ionique et/ou électronique et une activité électrochimique améliorées, capables de fonctionner à une température plus basse. D'autres stratégies ont porté sur le développement de nouveaux types de cellules à oxyde solide, basées sur de nouveaux porteurs de charge. Parmi celles-ci, les cellules conductrices de protons, qui peuvent fonctionner à une température inférieure à 600°C, sont particulièrement prometteuses. Avec des performances typiques de 0,3 W/cm2 à 600 °C en 2013, elles peuvent maintenant atteindre 1,3 W/cm2 à 600 °C comme reporté en 2018. Pour atteindre une telle performance, les matériaux ont été conçus avec des compositions complexes contenant 4-5 cations différents, dont les rapports relatifs ont été déterminés empiriquement. Cependant, l'exploration de compositions nouvelles ou optimisées reste limitée par les tâches chronophage de caractérisation de ces matériaux. Ainsi, dans le contexte international hautement compétitif de développement de cellules, de nouvelles approches permettant un criblage rapide de nombreuses compositions pourraient constituer une stratégie efficace pour faciliter le développement de cellules à haute performance. L'objectif du projet AutoMat-ProCells est précisément de développer le criblage efficace des propriétés intrinsèques de matériaux d'oxyde pour les cellules céramiques conductrices de protons. Il est basé sur une approche expérimentale à haut-débit. Plus concrètement, notre projet associe le dépôt combinatoire par ablation laser pour la préparation de bibliothèques de matériaux, leur caractérisation structurale et chimique exhaustive très efficace, incluant l'emploi de la lumière synchrotron, et la mesure des propriétés de transport par des mesures électriques, l'échange d'isotopique et la sonde nucléaire. Nous obtiendrons ainsi des informations uniques sur la structure, la stabilité, l'hydratation, la conductivité, l'activité électrochimique, la cinétique du transfert et de la diffusion des espèces ioniques, et ce pour un large éventail de compositions. Grâce à AutoMat-ProCells, nous ouvrirons également la voie à une stratégie renouvelée pour une exploration très efficace des matériaux pour les SOC. Le projet AUTOMAT-PROCELLS permettra de valier l'approche à haut-débit pour l'étude et la découverte de matériaux pour les cellules céramiques à conduction protonique. Il produira une très haute densité d'informations (des centaines de compositions différentes testées) sur les diagrammes de phase importants pour ce type de cellules. Il permettra l'identification de compositions originales présentant des propriétés d'échange, de transport et électrochimiques optimisées. Il génèrera des avancées techniques dans le domaine des expériences à haut-débit comme (i) la conception d'un four de diffraction X pour les échantillons de grande taille particulièrement adapté à la caractérisation de la bibliothèque de matériaux (ii) le développement de dépôt combinatoire bas-coût (iii) l'adaptation de la technique TOF-SIMS pour la caractérisation des films combinatoires. Il constituera un pas important vers l'utilisation d'approches automatisées et parallélisées dans la recherche en sciences des matériaux.

Le transfert radiatif de chaleur en champ proche (distances de séparation micro et sub-micrométriques) peut largement dépasser la limite du corps noir grâce au tunneling des photons. En champ proche extrême (distances sub-nanométriques) les électrons et les phonons contribuent significativement au transfert de chaleur. Cependant, aujourd’hui il n’existe aucune théorie pour décrire ce transfert multicanal. Ce projet vise à combler ce vide. L'électrodynamique fluctuationnelle sera utilisée pour décrire le transfert lié aux photons tandis qu'une modélisation à échelle mésoscopique et à échelle atomique (calcul ab initio) sera faite pour décrire les transferts liés aux électrons et aux phonons. Ce projet vise également à améliorer significativement l’efficacité de plusieurs techniques de conversion d’énergie, telles que la thermoélectricité et la conversion thermophotovoltaïque de champ proche. Il vise également à développer de nouvelles méthodes de refroidissement sans contact.

FIESTA propose d’étudier l’applicabilité des transitions ferro-ferro induites par la contrainte dans les matériaux ferroélectriques avec deux applications-cibles : des filtres acoustiques avec saut de bande et des récupérateurs d’énergie basse échelle pour les systèmes auto-alimentés. L’intérêt du projet repose à la fois sur des besoins socio-économiques et les questionnements scientifiques associés. Concernant le premier aspect, l’avènement de nouvelles voies de télécommunication (5G ou Internet des Objets par exemple) a confirmé les enjeux d’intégration et d’alimentation énergétique. Plus précisément, la réduction du nombre de filtres requis pour la sélection fréquentielle améliorerait drastiquement l’intégration tout en réduisant la consommation. Parallèlement, la récupération d’énergie, qui vise à fournir une source d’énergie viable et durable lorsque les piles conventionnelles ne peuvent satisfaire à ces critères (environnements isolés/confinés ou relativement sévères), a pris de l’importance avec la diffusion de réseaux de capteurs sans fils. Cependant, les puissances de sortie ne permettent pas toujours d’assurer des opérations fiables. Pour contrer ces limitations, FIESTA propose une approche transdisciplinaire et une recherche scientifique originale liée aux défis sociétaux. Le projet, découpé en trois Work Packages scientifiques et deux techniques, englobe tous les domaines associés, du matériau (WP2) à l’application (WP1, WP5) en passant par les aspects mécaniques (WP3) et électriques (WP4). Le cœur de FIESTA est notamment de transformer ce qui est classiquement considéré comme une limitation (transitions de phase dans les ferroélectriques) en avantage pour obtenir des filtres à saut de bande ainsi que des microgénérateurs efficaces (gain d’une décade). Les objectifs du projet visent à étudier ces transitions de phase et les combiner avec les aspects mécaniques et électriques pour l’obtention de systèmes globalement optimisés. Les interfaces entre chaque discipline seront d’une importance capitale afin d’assurer des avancées scientifiques de première importance. En particulier, la combinaison des non-linéarités intrinsèques du matériaux avec celles rapportées par l’interface électrique via la structure mécanique, conduisant à des non-linéarités multi-échelles, est un aspect innovant de FIESTA. FIESTA procurera aussi des avancées significatives dans chacun des domaines scientifiques. Sur l’aspect matériau, proposant un socle commun aux autres axes, la compréhension des mécanismes de transitions par la contrainte permettra le développement de matériaux pertinents. Le projet englobera céramiques et cristaux (films), notamment à base de KTN dont la température de Curie proche de l’ambiante facilite la transition, ainsi que les polymères (PVDF et dérivés) nécessitant des contraintes réduites. D’un point de vue mécanique, des structures permettant de convertir une déformation en forte contrainte seront développées (flextenseurs inversés ou à travers d’impacts incluant des mécanismes de conversion de fréquence). Tirant partie des propriétés uniques des matériaux développés, les aspects électriques s’attacheront au développement de convertisseurs auto-synchrones originaux permettant des cycles énergétiques vertueux, tout en assurant un démarrage à froid grâce à la polarisation rémanente après transition. Les partenaires du consortium de FIESTA possèdent une expertise internationalement reconnue ainsi qu’une expérience solide en gestion de projet. Ils présentent également une forte volonté, démontrée et pertinente, de promouvoir une recherche transdisciplinaire, avec une excellente connaissance des interfaces entre les disciplines. Les retombées de FIESTA englobent à la fois des aspects résolument scientifiques originaux, au travers d’innovations transdisciplinaires ainsi que dans chacun des champs concernés, tout en promouvant leurs applications dans des dispositifs liés aux défis actuels dans le domaine de l’énergie.

L'hydrogène est le combustible sans carbone par excellence car sa combustion n'émet que de l'eau. La limitation actuelle au déploiement massif de technologies utilisant l'hydrogène pour l’énergie est son stockage. Notre objectif est de proposer des matériaux texturés à base d’objets naturels (argiles lamellaires et tubulaires) pour stocker l'hydrogène. Le projet OCCAMH2 est un projet de recherche fondamentale dans le domaine des sciences de l'énergie et des matériaux. Il met en œuvre un ensemble complet de méthodes expérimentales couplées à la modélisation. Quatre équipes aux compétences complémentaires, en physique, chimie et géosciences, sont réunies. Le concept de rupture à explorer est le rôle de l'anisotropie du réseau poreux pour le stockage de l'hydrogène. L'hypothèse de recherche est que le stockage de l'hydrogène sera une propriété émergente du matériau (anisotropie du réseau poreux) et ne viendra pas seulement des propriétés intrinsèques de ses briques élémentaires.

“Diodes pin de diamant (113)” (LAPIN113) est un projet basé sur les récentes découvertes de laboratoires français expérimentés dans le domaine du diamant : le LSPM (Villetaneuse) et le GEMaC (Versailles). L'orientation cristallographique (113) présente de meilleurs potentiels pour le dopage du diamant que l'orientation classique (100). Une meilleure qualité électrique est ainsi attendue pour le diamant (113) dédié aux dispositifs électroniques de forte puissance nécessitant des structures bipolaires. Le LCD du CEA-LIST (Saclay) et le LAAS (Toulouse) forment avec le GEMaC et le LSPM un partenariat aux compétences complémentaires : croissance épitaxiale du diamant (intrinsèque et dopé), études physiques de pointe, fabrication et caractérisation de composants. Leur objectif est de fabriquer les premiers dispositifs bipolaires de puissance verticaux à base de diamant sur l'orientation (113), permettant à la France d’être pionnière dans ce nouveau domaine.

Les matériaux électrocaloriques montrent aujourd’hui des performances prometteuses, en comparaison d’autres matériaux solides. Même si leurs performances intrinsèques restent plus faibles que celles des gaz, ils offrent de nouvelles opportunités de conception, comme la capacité d’appliquer très facilement le champ au travers d’un système compact (fines électrodes). Ces matériaux montrent des caractéristiques intéressantes pour l’apparition d’une nouvelle génération de réfrigérateur à forte efficacité et forte densité de puissance, capable d’accompagner les développements de climatiseurs réversibles dans les véhicules. Notre objectif est de tirer parti du comportement à haute fréquence des matériaux et surtout de la possibilité d’avoir des transferts thermiques efficaces grâce à l’utilisation de films minces. L’actionnement électrostatique du film pour contrôler les échanges thermiques exploite pleinement sa surface d’échange, tout en offrant un très fort niveau d’intégration.

La récupération d’énergie est une préoccupation majeure de notre société, concentrant d'importants efforts de recherche. La recherche de nouveaux matériaux thermoélectriques (TE) est très demandée, en particulier dans la nanoélectronique. La conversion d'énergie des nanogénérateurs thermoelectriques est gouvernée par l'effet TE, qui est la création d’une différence de potentiel électrique par un matériau due à une différence de température. L'efficacité TE, ZT, est le paramètre pertinent que les chercheurs essayent d’améliorer. Des valeurs de ZT >> 1 sont généralement recherchées pour qu'un matériau TE soit exploitable. Les matériaux TE actifs doivent avoir une faible conductivité thermique et une conductivité électrique élevée, comportement antonymique dans les matériaux massif en raison de la loi de Wiedemann-Franz. Cette condition peut être réalisée par contre dans les systèmes nanostructurés. Pour cette raison la gestion et la compréhension du transport thermique à l'échelle nanométrique constituent un défi scientifique majeur. Des propriétés TE améliorées ont été démontrées dans les nanofils de Si (ZT = 1), dans les super-réseaux de Bi2Te3/Sb2Te3 (ZT = 2.4), dans les nanofils de InAs et Sb2Te3 et pour les nanotubes de carbone. Plus récemment, la découverte de matériaux bidimensionnels (2D) a ouvert de nouvelles pistes d'investigation. Des valeurs élevées de ZT ont été prédites dans le graphène nanostructuré et dans les dichalcogénures de métaux de transition (TMD). De plus, les matériaux 2D peuvent être assemblés couche par couche, donnant naissance aux hétérostructures de van der Waals (vdW). L'empilement de matériaux 2D garantit le découplage du substrat et de l'environnement et préserve les propriétés du matériau. Il a été démontré que les performances thermoélectriques du graphène sont bien améliorées s'il est découplé du substrat par du hBN, en raison de la réduction des fluctuations de potentiel induites par le substrat. Récemment, un nanogénérateur, pouvant récupérer la chaleur perdue avec des rendements de 7-8%, a été proposé théoriquement en utilisant des hétérostructures de vdW à base de WSe2 et MoSe2 prises en sandwich entre deux électrodes en graphène. De plus, le SnS2 bidimensionnel a révélé une corrélation négative entre les conductivités électrique et thermique, hautement souhaitable pour les applications TE. Les hétérostructures de VdW cachent donc des propriétés potentiellement surprenantes pour les performances thermoélectriques. Dans ce contexte, le projet 2DHECO vise à développer des nouveaux dispositifs pour améliorer l'efficacité thermoélectrique à l'échelle nanométrique, ouvrant la voie à la thermoélectricité basée sur les hétérostructures de vdW. Les objectifs couvrent différents défis techniques et scientifiques: 1. Fabrication de dispositifs stables et reproductibles basés sur des hétérostructures de vdW avec différents matériaux 2D (graphène, hBN, WSe2 et SnS2) avec la séquence et l'orientation relative entre les couches souhaitées. L'hétérostructure constituera l’élément TE actif. 2. Étude expérimental des propriétés électriques, thermoélectriques et thermiques des dispositifs fabriqués par des techniques de transport DC et AC et par l'approche Raman opthothermique, afin d'extraire des valeurs fiables de figure de mérite (des ZT supérieurs à 2-3 sont attendus) . 3. Exploration de 2 approches principales pour l'ingénierie des conductivités thermique et électrique: - nanostructurer les matériaux 2D dans l'hétérostructure avec des réseaux de motifs périodiques de différentes géométries et paramètres de réseau - modifier la surface du matériau 2D dans l'hétérostructure par fonctionnalisation moléculaire, pour contrôler la densité des porteurs de charge et des défauts et pour augmenter la diffusion des phonons. Ce projet permettra d'identifier de nouvelles performances thermoélectriques dans les hétérostructure à base des matériaux 2D et d'apporter de nouvelles perspectives pour les applications.

Les technologies de filtration membranaire jouent un rôle clé dans l’augmentation des stocks en eau potable nécessaire pour faire face à la demande croissante mondiale actuelle. Cependant, la performance des membranes est altérée par leur encrassement progressif pendant l'opération de filtration. Il en résulte un impact environnemental (nettoyage chimique) et économique (surcoût énergétique) rédhibitoire pour la société de demain. Dans ce contexte, le projet OSciMEM consiste à développer de nouvelles membranes de filtration auto-oscillantes capables de produire un changement cyclique autonome des propriétés structurales et superficielles afin de résoudre les problèmes d'encrassement et d'initier un cercle vertueux entre performance et consommation d'énergie. Le système sera composé d'une couche de chaînes polymères sensibles aux stimuli (réticulées ou non) intégrant les composants d'un oscillateur chimique. Cette couche de polymère sera greffée sur des membranes de filtration commerciales pour rendre l'innovation universelle et compatible industriellement. Un réseau de réactions chimiques produira des oscillations chimiques et les chaînes polymères «liront» ensuite ces informations chimiques et les traduiront en changements structurels macroscopiques. A titre d'illustration, un changement cyclique autonome de la taille des pores de la membrane entre 2 valeurs extrêmes induira des turbulences dans l'écoulement, ce qui limitera les phénomènes de concentration de polarisation, une étape avant le colmatage de la membrane. De plus, un changement continu de la mouillabilité superficielle (hydrophile ? hydrophobe) limitera fortement l'encrassement irréversible. Enfin, l'énergie supplémentaire nécessaire pour alimenter les oscillations proviendra des déchets dans l'eau à traiter (énergie chimique) de sorte que le bilan énergétique global sera très positif. Pour résumer, dans ce projet, des oscillations chimiques autorégulées seront décodées dans l'espace et dans le temps par des interfaces polymères de sorte à produire des mouvements macroscopiques autonomes à la surface de membranes de filtration et ainsi empêcher leur colmatage. L’objectif principal est la conception de nouvelles membranes disposant d’un flux pulsatile autonome alimenté chimiquement par la solution à traiter. Au cœur de ce projet figure la synthèse de nouveaux copolymères et matériaux capables d’osciller entre deux états de façon autonomes et périodiques.

Contrairement à la plupart des méthodologies de synthèse organique, la fonctionnalisation à distance permet qu’une réaction ait lieu sélectivement sur une position plus éloignée et moins réactive de la molécule. Ce concept est très puissant, car il peut virtuellement apporter une solution à n'importe quel défi synthétique de la chimie organique. Cependant, la principale difficulté réside dans le fait de pouvoir faire la distinction entre tous les potentiels sites réactifs du substrat. Plus particulièrement, les énals (ou aldéhydes alpha,béta-insaturés) énolisables offrent la possibilité d'une fonctionnalisation à distance, en position gamma. L'objectif de ce projet et d'apporter une solution aux deux difficultés majeures rencontrés dans ce domaine: 1) le problème de sélectivité alpha/gamma: pour cela, nous proposons une approche radicalaire grâce à la catalyse photoredox 2) le problème de stéréosélectivité: nous envisagerons ici une multicatalyse duale photoredox/aminocatalyse.

Le projet ELMER a pour objectif de développer de nouvelles méthodes de synthèses durables pour la préparation de molécules organiques hautement fonctionnalisées en un minimum d’étapes. Pour cela, le consortium ChimieParisTech/ICMMO, basé sur les expertises de chacun de ses membres, s’intéressera à de nouvelles approches dans lesquelles l’électrosynthèse sera combinée à des processus multicomposants et à l’organocatalyse énantiosélective. En utilisant des techniques avancées d’électrochimie et de chimie analytique, les études mécanistiques qui seront réalisées en collaboration tout au long de ce projet joueront un rôle clé pour l’optimisation des conditions réactionnelles des transformations étudiées. Celles-ci offriront de nouvelles opportunités pour explorer plus encore la complexité de l’espace moléculaire et pour accéder à des molécules d’intérêt en biologie.

Les avancées de la chimie au cours du siècle passé ont permis l’élaboration de nouveau matériaux et molécules qui ont profondément modifié notre quotidien. La raréfaction des ressources pétrolières nous oblige cependant à revoir le mode d’obtention de ces molécules devenues indispensables et ainsi à répondre à de nouvelles problématiques. Il est indispensable que la chimie moderne soit plus précise et plus efficace et éco-compatible. La sélectivité, et plus particulièrement l’énantiosélectivité, est un majeur dans la synthèse de molécules biologiquement actives. Pour ce faire l’utilisation de catalyseurs organométallique chiraux a longtemps été l’alpha et l’Omega de la catalyse asymétrique. Cependant, bien que très efficaces, ces catalyseurs ne peuvent pas rivaliser avec les enzymes naturelles pour l’obtention de centres chiraux. En effet, ces dernières possèdent, grâce à leur grande structure tridimensionnelle chirale une capacité de reconnaissance élevée, permettant un positionnement optimal des substrats en faveur de la réaction catalysée. Efficace et sélective la catalyse enzymatique permet par ailleurs de travailler dans des conditions douces et éco-compatible. Il existe cependant des réactions qui ne sont pas catalysées par les enzymes naturelles. Depuis peu, le concept de la biocatalyse a évolué pour incorporer l’ADN. En effet, en l’espace d’une décennie, la double hélice d’ADN a pu être utilisée pour catalyser un certain nombre de réactions de manière hautement énantiosélective. Exploiter la fascinante structure hélicoïdale de l'ADN et de l'ARN pour développer de nouveaux catalyseurs bio-hybrides chiraux capables de la promotion de transformations hautement stéréosélectives dans des conditions douces et éco-compatibles est au cœur de ce projet de recherche. Initialement inspirées par la photosynthèse naturelle, les réactions photocatalytiques se sont rapidement développées au cours des dernières décennies. Alors que la photochimie « classique » utilisait la lumière ultraviolette pour l'excitation directe de molécules organiques et restait entre les mains de spécialistes, la démonstration que l’irradiation par la lumière visible en présence de catalyseurs photoredox pouvait être appliqué à une large gamme d'importantes transformations asymétriques a popularisé son utilisation auprès des chimistes organiciens. Bien que le nombre d'applications synthétiques de la photocatalyse avec la lumière visible soit déjà très impressionnant, les possibilités de développements futurs en photocatalyse sont importantes et prometteuses. Au cours des dernières années, notre consortium ainsi que plusieurs groupes de recherche internationaux ont développé un certain nombre de transformations hautement énantiosélectives basées sur l'ADN. Notre objectif dans la présente proposition est d'étendre le concept de catalyse asymétrique à base d'ADN à la photocatalyse asymétrique à base d'ADN en développant de nouveaux outils synthétiques hautement sélectifs avec des applications dans diverses réactions photocatalytiques asymétriques. Plus spécifiquement, le projet vise à 1) établir une preuve de concept dans laquelle l’ADN est utilisé comme inducteur chiral dans des transformations asymétriques médiées par la lumière visible dans l’eau [WP1], 2) rationaliser le transfert de chiralité induit par l’ADN grâce à un évaluation systématique de différents systèmes ADN/photocatalyseurs [WP1 et WP2], 3) développer des catalyseurs durables basés sur des oligonucléotides supportés solide, qui seront in fine mis en œuvre dans des processus à flux continu à grande échelle [WP3] et 4) appliquer ces outils à la synthèse de produits naturels complexes qui présentent des propriétés biologiques intéressantes [WP4]. Afin de maximiser nos chances de succès, des stratégies d’ancrage supramoléculaires et covalentes seront examinées.

Le projet Mol-CoSM, regroupant trois équipes française complémentaires (Brest (1), Versailles (2) et Nancy (3)), concerne la conception de nouveaux complexes multifonctionnels combinant, de manière synergique, la commutation moléculaire et fluorescence. Ainsi, en plus d’une large activité de synthèse pour la conception de nombreuses séries de systèmes multifonctionnels, ce projet se caractérise par deux orientations : (i) le contrôle du rendement optique selon la nature du fluorophore; (ii) le contrôle des propriétés de la transition de spin, telles que la température de transition et la coopérativité ; (iii) la compréhension des interactions électro-vibrationnelles entre le fluorophore et le centre métallique afin d’améliorer la bi-fonctionnalité. L’objectif final est de proposer des systèmes dotés de fonctionnalités multiples pour des applications potentielles telles que de nouvelles générations de commutateurs magnéto-optiques et de capteurs moléculaires multiples.

Récemment, l’application d’approches en chemical biology pour étudier les processus de la chromatine a permis de résoudre au niveau moléculaire des mécanismes chimiques complexes associés à la régulation de l’expression des gènes. Ce projet vise à concevoir de nouveaux outils chimiques permettant de mieux comprendre la fonction biologique d'une modification épigénétique inhabituelle de l'ADN. Il s'agit d'une nucléobase glycosylée, appelée Base J, trouvée exclusivement chez les protistes Euglenozoa et plus particulièrement chez les parasites pathogènes de la famille des Kinetoplastidae (tels que Trypanosoma et Leishmania) transmis par des insectes et responsables d’affections graves chez l’homme (Maladie du sommeil, maladie de Chagas, leishmanioses). Notre arsenal thérapeutique est limité pour ces pathologies et présente une toxicité et de nombreux effets secondaires. Cette modification épigénétique joue un rôle crucial dans l’adaptation et la survie du parasite chez ses différents hôtes. Sa voie de biosynthèse est connue depuis peu et elle constitue une cible thérapeutique prometteuse pour le développement de nouveaux médicaments contre ces maladies négligées et (ré)émergentes. A ce jour, cette voie de biosynthèse a principalement été abordée par des approches biologiques conventionnelles et aucune molécule inhibitrice spécifique n’a été développée. Dans ce projet, nous développerons des procédures de synthèse efficaces en vue d'obtenir de nouvelles sondes chimiques pour caractériser cette cible thérapeutique potentielle inédite. Nos objectifs sont le développement 1) d’analogues nucléosidiques inhibiteurs des enzymes impliquées dans la voie de biosynthèse de cette nucléobase J cruciale pour la survie de Leishmania ; 2) d’une approche par photomarquage d'affinité à l'aide de sondes oligonucléotidiques photoactivables pour identifier les protéines parasitaires interagissant spécifiquement avec la base J ; 3) d’outils chimiques et biochimiques permettant l’étude de la localisation, la distribution et la quantification de la base J dans un contexte cellulaire . A terme, cette étude permettra d’accéder à de nouvelles pistes pour le traitement de ces maladies négligées.

La découverte de nouvelles enzymes permet à présent d’envisager des utilisations inédites en synthèse organique. Récemment, les ?-transaminases, les imines reductases ou encore les reductive aminases, ont révolutionné l’approche rétrosynthétique vers les amines secondaires chirales et sont utilisées y compris à l'échelle industrielle. D’autre part, les enzymes à radical SAM ont émergé comme des catalyseurs puissants pour l’alkylation de liaisons de carbones sp2 ou sp3, incluant la méthylation sélective de la position 2 de noyaux indoliques. En parallèle, la catalyse organométallique par des complexes d’or est un outil très efficace pour la création de liaisons C-C, par réaction entre un nucléophile carboné et un électrophile activé par un complexe d’or. La spirocyclisation par des complexes d’Au(I) de dérivés indoliques 2,3-disubstitués possédant une insaturation apparaît comme une approche très attractive pour accéder à de nouvelles molécules d’intérêt pharmaceutique, en particulier spirocycliques. Le projet BiAuCat a pour ambition de combiner la fonctionnalisation de dérivés indoliques par des reductives aminase et/ou de nouvelles enzymes à radical SAM, avec des réactions de cyclisations catalysées par des complexes (chiraux) d’Au(I) dans des réactions en cascade complexes et sélectives en utilisant des procédés respectueux de l’environnement.

Les électrostrictifs géants sont des matériaux présentant une déformation sous champ électrique beaucoup plus grande qu'attendu par la relation empirique universelle. Ils présentent donc une opportunité de développer des capteurs et actuateurs basés sur des électrostrcitifs sans plomb. Seuls quatre matériaux ont été découverts pour le moment et seul l'intérêt pour des MEMS a été étudié pour un seul. Notre consortium regroupe les découvreurs d'un autre de ces matériaux (l'IMMM), ARMINES spécialiste des dépôts de ces matériaux ayant déjà travaillé avec des poudres de l'IMMM, un groupe spécialiste des mesures sous champ de propriétés et de structures, un spécialiste des calculs ab initio et un industriel qui guidera le projet pour en assurer la compatibilité avec une production industrielle. Sauf ARMINES, tous collaborent déjà dans un projet autour de ces matériaux massifs. Ensemble, nous proposons d'optimiser ce nouvel électrostrictif géant pour des applications dans des MEMS.

L’isotope radioactif 129I est un sous-produit de l’activité des centrales nucléaires, il s’agit d’un déchet de vie longue et activité intermédiaire. Jusqu’à maintenant, une méthode de gestion du 129I employée dans les pays industrialisés dont la France a été l’utilisation de la dilution isotopique par décharge dans l’eau de mer entrainant une augmentation substantielle des concentrations en 129I anthropique dans l’environnement. Plusieurs alternatives ont été envisagées pour immobiliser cet isotope radiotoxique et notamment les matrices vitreuses cependant du fait de sa forte volatilité à haute température le taux de rétention reste très faible avec ce protocole. En conséquence, le 129I représente un risque immédiat environnemental et sociétal tant qu’une solution adéquate pour l’immobiliser n’est pas définie. Dans le cadre du projet Iodine-CLEAN-UP, nous proposons une approche expérimentale innovante afin de piéger l’iode dans des matrices vitreuses et des vitrocéramiques synthétisées sous haute pression et haute température. Ce projet est subdivisé en trois tâches complémentaires et interconnectées. Dans la Tâche 1, la recherche se concentrera sur la détermination des lois de solubilité de l’iode dans des compositions de verres nucléaires en fonction des paramètres intensifs expérimentaux (pression, température et conditions redox), ainsi qu’en fonction de la composition chimique de la matrice vitreuse. De plus, nous explorerons la possibilité de synthétiser des vitrocéramiques pour l’immobilisation de l’iode ce qui n’a jamais été étudié jusqu’à présent. L’objectif finale de cette approche expérimentale est de proposer une formulation adaptée pour une immobilisation durable de l’iode soit dans des matrices vitreuses soit dans des vitrocéramiques et en utilisant des conditions de pression viables industriellement. La deuxième étape de notre projet (Tâche 2) est de déterminer les mécanismes de dissolution de l’iode et de quantifier son effet sur la structure locale et les propriétés physiques des matériaux synthétisés. Cette approche multi-échelles implique l’utilisation de techniques de caractérisation de pointe (RMN, XPS, PDF, TEM et DSC). Nous aurons pour objectifs de déterminer à l’échelle microscopique la distribution de l’iode au sein de la structure vitreuse et dans les phases cristallines (dans le cas des vitrocéramiques), l’effet que l’iode induit sur le réseau silicaté et boraté, ainsi que l’impact de l’iode sur la température de transition vitreuse. Avec ces résultats, nous pourrons établir les conditions de synthèse et la composition de matrice optimales pour le stockage de l’iode stable dans le temps. Des expériences d’altération aqueuses seront conduites pour étudier le comportement de nos matrices dopées en iode en condition d’environnement naturel et en fonction du temps. Cette approche conduite en conditions aqueuses nécessitera l’utilisation de microtechniques pour la caractérisation des phases formées lors de l’altération ainsi que la quantification des éléments relâchés en solution. A partir des synthèses réalisées, nous déterminerons les vitesses initiales et résiduelles d’altération pour construire un modèle d’altération en fonction du temps des matrices dopées en iode. Nous pourrons alors établir la faisabilité d’un entreposage en site géologique de ces matrices. Le projet Iodine-CLEAN-UP regroupe des acteurs français leaders dans le domaine de l’expérimentation haute pression (LPG), la caractérisation des matériaux (IMN), les verres (LPG, IMN, CEA NIMBE) et les processus d’altération associés (Subatech, CEA DE2D). Ce projet pluridisciplinaire aborde des aspects variés depuis les sciences des matériaux, en passant par la gestion des déchets nucléaires et sur des considérations environnementales. A terme, ce projet pourrait aboutir à une solution durable industrielle permettant d’immobiliser l’iode radioactif produits par l’activité nucléaire.

Le cancer et les infections bactériennes sont les deux plus grands enjeux de santé publique. Les effets secondaires et l'efficacité limitée des traitements anticancéreux traditionnels ainsi que le développement de bactéries multirésistantes rendent urgent le développement de nouvelles stratégies pour les combattre. L’objectif de DANthe est d’élaborer des nanoétoiles d’or (AuNSs) décorées avec des polyoxométalates (POMs) combinant la chimiothérapie, les thérapies photothermique (PTT) et photodynamique (PDT) afin d’obtenir une trithérapie possédant une activité sans précédent contre le cancer et les bactéries résistantes. Nous proposons ici pour la première fois de préparer des AuNS à partir de POMs hybrides organique-inorganique, qui associeront les propriétés biologiques spécifiques des POMs, le PTT et la génération de ROS des AuNS ainsi qu’une unité de stockage/relargage d’1O2 portée par la partie organique des POMs. Des tests préliminaires en milieu cellulaire sous irradiations seront effectués pour évaluer l’efficacité de ces nano-objets vis à vis des applications visées.

Le projet PlasBoNG vise à développer un nouveau réacteur micro-plasma à haute efficacité énergétique fonctionnant à haute pression (100s mbar) et à basse température (<800°C) pour la synthèse sur grandes surfaces (10s cm2) de films et d'hétérostructures de nitrure de bore hexagonal (h-BN) et de graphène (Gr), et à comprendre les mécanismes impliqués dans ce processus de dépôt par plasmas réactifs. Le Gr, en raison de ses propriétés supérieures et novatrices, est un matériau de choix pour une large gamme d'applications technologiques prometteuses en nano et optoélectronique, en énergie, et en médecine, entre autres. N'ayant qu'une seule couche d’atomes, le Gr est vulnérable aux perturbations du substrat sur lequel il est déposé, qui peuvent altérer ou détruire de manière significative ses propriétés exceptionnelles. Pour contrer l'influence du substrat, il est possible de suspendre le Gr ou de l'encapsuler dans un matériau afin de préserver ses propriétés. Les couches de h-BN maintenant les propriétés électroniques exceptionnelles du Gr, l’encapsulation dans du h-BN peut potentiellement conduire à des technologies disruptives et devenir une plate-forme tant attendue pour la nanophotonique et la spintronique 2D et le traitement quantique de l'information. En dépit du potentiel de ce matériau stratégique pour des futures applications à fort potentiel, les communautés scientifiques et industrielles n’ont pas encore de méthode de croissance efficace permettant le dépôt sur de grandes surfaces d'hétérostructures h-BN/Gr/h-BN de haute qualité. En particulier, un des problèmes critiques réside dans la capacité à dissocier suffisamment et efficacement un précurseur contenant du carbone ou de l'azote, afin qu'il puisse réagir et contribuer à la croissance de films de Gr et de h-BN, respectivement. Cela implique généralement l'utilisation de températures de croissance très élevées, entraînant une moindre efficacité énergétique et des coûts environnementaux et financiers plus élevés. Cependant, l'activation de la phase gazeuse avec une source plasma est un moyen d'améliorer la dissociation chimique des précurseurs tout en abaissant le budget thermique, car les électrons énergétiques générés par le plasma boostent la dissociation à température relativement basse. Dans ce projet, nous proposons un nouveau procédé de dépôt utilisant de nouvelles matrices de micro-décharges à cathode creuse (MHCD), fonctionnant séquentiellement dans des mélanges gazeux de N2-Ar et CH4-Ar, pour la synthèse de h-BN (en utilisant également des précurseurs de bore) et de Gr, respectivement. Les micro-plasmas n'étant pas à l’équilibre thermodynamique, il est possible de réduire considérablement la température de dépôt, et leur haute densité d'électrons (1016 cm-3) peut conduire à un haut degré de dissociation des précurseurs. PlasBoNG a trois principaux objectifs et défis scientifiques: 1) Concevoir et fabriquer par micro-usinage un nouveau réacteur de dépôt sur grandes surfaces de type MHCD, facilement adaptable aux technologies existantes; 2) Étudier les propriétés physico-chimiques du réacteur micro-plasma fonctionnant dans des gaz réactifs (N2,CH4), en fonction des paramètres du procédé, à travers des approches expérimentales et de modélisation complémentaires, visant à produire des densités très élevées d’azote atomique et de radicaux de carbone C2, éléments clés pour le dépôt et la croissance de films de h-BN et de Gr, respectivement; 3) Déposer sur de grandes surfaces (10s cm2) des films de haute qualité de h-BN et de Gr, séparément et dans des hétérostructures h-BN/Gr/h-BN, et élucider les mécanismes de dépôt à l’aide de plasmas réactifs. En développant un procédé innovant à haute efficacité énergétique de dépôt de films de h-BN et de Gr, il est fort à parier que ce projet multidisciplinaire aura un impact scientifique élevé, qui devrait créer des opportunités économiques et sociales, grâce au fort potentiel du h-BN et du Gr dans les technologies du futur.

Le but ultime de l'électronique moléculaire (ME) est l'utilisation d'une molécule unique ou d’un petit ensemble de molécules comme composant dans des dispositifs électroniques. Cependant, la mesure, la compréhension et la manipulation du transport de charge à travers des molécules accrochées entre deux nanoélectrodes restent des tâches difficiles. Il est donc important pour des applications technologiques de fabriquer des jonctions moléculaires (MJs) présentant une réponse électrique robuste, reproductible, stable, et d’évaluer leurs performances. Les chimistes sont capables de synthétiser des molécules ayant des propriétés électroniques, optiques, magnétiques, thermoélectriques ou électromécaniques étonnantes et susceptibles de conduire à des systèmes électroniques présentant ces fonctionnalités. Cependant leur intégration dans les dispositifs reste un problème majeur en ME. Un autre inconvénient est que les MJs à une seule molécule (SMJs) ne sont généralement stables mécaniquement que pour des durées relativement courtes (temps de vie < 2 s). Dans ce projet nous ambitionnons de surmonter certaines de ces contraintes, en développant des approches expérimentales originales impliquant la fabrication de réseaux à haute densité de MJs basés sur le confinement de polyoxométalates hybrides (POM), de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) et/ou PEDOT:POM, en utilisant comme moules des membranes de silice constituées de nanocanaux alignés verticalement. Les molécules ciblées sont électroactives et se révèlent être de bons candidats pour la fabrication de dispositifs moléculaires car elles sont susceptibles de stocker de grandes quantités de charge. Elles seront confinées dans les nanocanaux via des interactions électrostatiques ou des liaisons covalentes, sous forme de fils de quelques nm de diamètre et de quelques dizaines de nm de longueur. Différents aspects seront soigneusement étudiés afin d'atteindre notre objectif : (i) les transports de matière et les transferts de charge de ces molécules au travers des films de silice à mésopores orientés verticalement ; (ii) le développement de plusieurs stratégies d’encapsulation de ces molécules à l'intérieur des nanocanaux, et (iii) la fabrication de MJs à base de POM et PEDOT:POM en vue d’études de conductance et de stabilité. Cela nécessitera un savoir-faire dans la synthèse de précurseurs de POM et dans l'élaboration de films hybrides organiques-inorganiques à base de silice, ainsi qu’une maîtrise des techniques de caractérisation physico-chimique associées, dont la faisabilité a été établie au cours d’études préliminaires. Idéalement, ce projet contribuera à l'obtention dans des conditions douces de films de silice mésoporeuse structurée à l’échelle nanométrique et fonctionnalisée par des nanofils de POM, PEDOT et PEDOT:POM, ouvrant la voie au développement d'une nouvelle classe, encore rare, de MJs à base de POM. La configuration particulière des nanocanaux individuels alignés verticalement est particulièrement pratique pour: (i) assurer un transport de charge 1D basé sur une très haute densité de fils moléculaires physiquement séparés, évitant ainsi les problèmes de diaphonie électronique souvent rencontrés dans des dispositifs similaires; (ii) minimiser le mouvement moléculaire et la flexibilité de chaque fil redox et (iii) améliorer ainsi leur conductance, leur stabilité et leur possible intégration ai sein de dispositifs ME. Les partenaires participant au projet rassemblent des compétences complémentaires et contribuent à son caractère interdisciplinaire. Ils mettront en commun leurs expertises spécifiques pour garantir que toutes les tâches soient bien réalisées avec succès. Du fait de la stabilité et de la reproductibilité attendues pour ce nouveau type de MJs, ce projet ouvre une nouvelle perspective sur les études du transport électronique à l'échelle nanométrique. En outre, notre approche simple et peu coûteuse, ouvrirait la voie à des applications pratiques en ME.

Grâce à leurs dimensions nanométriques et à leur grand rapport d’aspect, les nanofils (NFs) semi-conducteurs de diamètre inférieur à 100 nm sont sujets à un large éventail de nouveaux phénomènes physiques, inexistants ou non exprimés à l'échelle micrométrique. Les effets de charges de surface (ECS) sont l’un de ces phénomènes qui s’expriment fortement à l’échelle nanométrique et qui affectent profondément les propriétés des NFs, et donc les performances des dispositifs les intégrant, tels que les générateurs piézoélectriques (PZ). Malgré leur influence cruciale, les ECS sont trop souvent négligés dans la conception de ces dispositifs à base de NFs, car ils sont largement inconnus ou non maîtrisés. Le projet SCENIC traite des questions fondamentales relatives à l’impact de ces charges de surface pour en contrôler les effets sur les propriétés des NFs de GaN et ZnO (diamètre inférieur à 100 nm), deux systèmes typiques cristallisant selon la phase wurtzite, et dans lesquels les ECS sont très marqués. Ces charges de surface étant modulées par le matériau constituant les NFs (nature du matériau, morphologie, dimensions, dopage…), et sensibles à la fonctionnalisation de ces derniers (avec des matériaux inorganiques selon une configuration cœur-coquille, adsorbats chimiques…), nous étudierons différents couplages entre les NFs actifs et leur environnement. En combinant divers outils de nano-caractérisation, notamment la microscopie à force atomique (AFM) selon différents modes, des simulations numériques prédictives utilisant la méthode des éléments finis intégrant de nombreux phénomènes physiques (mécanique, effets électromécaniques, physique des semi-conducteurs), et une comparaison directe entre les deux systèmes de nanofils de GaN et de ZnO synthétisés par des techniques en phase vapeur (respectivement MBE et MOCVD) et présentant une qualité cristalline élevée, le projet SCENIC a pour ambition de proposer des solutions de nano-ingénierie de ces effets, permettant alors d’optimiser les courbures de bandes (ancrage du niveau de Fermi) en surface en lien avec les applications piézoélectriques. L’architecturation avantageuse de ces effets de surface sera ensuite validée au travers de la fabrication et des tests de dispositifs piézoélectriques à base de NFs dans lesquels les ECS ont un rôle prépondérant sur leurs performances. Le projet SCENIC est un projet fondamental, impliquant des recherches de pointe dans les domaines des nanomatériaux, de la physique à l'échelle nanométrique (ECS), de la modélisation, et des nano- micro-technologies (validation de dispositifs), avec un objectif applicatif dans le domaine des générateurs piézoélectriques. Le projet repose sur un partenariat complémentaire entre le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), le Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP), le groupe de Génie électrique et électronique de Paris (GeePs) et l'Institut de Microélectronique Electromagnétisme et Photonique et le Laboratoire d'Hyperfréquences et de Caractérisation (IMEP-LaHC). Le consortium qui se caractérise par une forte expertise en matière de croissance des nanomatériaux, de caractérisations physiques, électriques et chimiques à l'échelle nanométrique avec des équipements spécifiques de caractérisation ultimes basés sur la technique AFM, de simulations et de fabrication et caractérisation de dispositifs à base de NFs, regroupe ainsi toutes les compétences requises pour répondre aux objectifs ambitieux de ce projet.

Les matériaux nanométriques sont désormais présents dans de nombreux domaines. Parallèlement à l'amélioration ou à l'apparition de nouvelles propriétés en raison de leur taille nanométrique, vient la haute sensibilité des surfaces très sujettes à des modifications potentiellement problématiques. Ainsi, des phénomènes de vieillissement ont lieu et peuvent avoir des conséquences dramatiques. La radiolyse (c'est-à-dire la réactivité chimique induite par l'interaction entre les rayonnements ionisants et la matière) est très efficace pour créer rapidement des espèces dues au vieillissement et les étudier. De plus, la microscopie électronique à transmission (MET) peut être utilisée comme un outil d'irradiation pour visualiser in situ avec une résolution spatiale élevée la génération de produits de dégradation. L'objectif du projet ACETONE est i) de mettre en oeuvre et d'utiliser le TEM comme outil d'irradiation permettant la visualisation in situ de l'évolution des nanomatériaux sous irradiation; ii) et d'étudier sous vieillissement les modifications des interfaces de nanomatériaux dues au milieu environnant par différentes techniques de radiolyse (pulsée, régime permanent…). Nous entendons ici gagner du temps en utilisant la radiolyse comme technique d'accélération du vieillissement, technique qui permet également de proposer des mécanismes de réaction détaillés. Cette compréhension des phénomènes de vieillissement aidera à son tour à proposer des matériaux aux propriétés plus sûres et améliorées, qui ont des applications industrielles potentiellement importantes. En effet,la compréhension des mécanismes de réaction permettra de proposer des solutions pour tenter de diminuer l'impact des phénomènes de dégradation. Afin de démontrer la validité de cette approche pour les nanomatériaux en général, nous avons sélectionné des exemples dans deux domaines à fort impact sociétal, à savoir la santé et l'énergie.

Les dispositifs de spintronique organiques sont très polyvalents grâce à la richesse de la chimie. Néanmoins, ces interfaces complexes hybrides organiques/inorganiques nécessitent encore des études fondamentales car beaucoup de questions concernant le transport des électrons polarisés en spin au travers de ces systèmes restent sans réponse. Encore assez méconnus expérimentalement, les états d’interface inoccupés seront étudiés par deux instruments uniques en France : une expérience de photoémission inverse résolue à la fois angulairement et en spin, et un microscope à émission d'électrons balistiques. Nous proposons un consortium complémentaire dont chaque partenaire est reconnu au niveau international. Ce projet pluridisciplinaire et ambitieux a pour objectif d’étudier, sur des systèmes modèles, l’injection de spin aux interfaces de monocouches moléculaires auto-assemblées sur des substrats ferromagnétiques monocristallins.

Les matériaux bidimensionnels (2D) contiennent naturellement des défauts. Connaitre de l'impact de ces défauts sur les propriétés des matériaux les contrôler ou les créer volontairement pour atteindre des propriété spécifique liées à leur structure constitue un verrou à franchir. L'objectif du projet DEFINE2D est d'élucider la nature atomique des défauts dans des matériaux 2D choisis et de développer des stratégies d'ingénierie des défauts viables pour créer de nouvelles propriétés de matériaux. Les matériaux étudiés comprendront des dichalcogénures de métaux de transition (TMD), du graphène et du phosphore noir, sous forme de cristal volumique ou de films minces. Les défauts intrinsèques ou extrinsèques, y compris les lacunes atomiques et les joints de grains, seront d'abord créés par chauffage, excitation laser, ou faisceau d'ions ou par effet de substrat. Le dopage et des contraintes locales seront ensuite introduits par substitution atomique par plasma d'azote atomique, adsorption moléculaire et intercalation d'alcalins, pour contrôler la fonctionnalité des matériaux. Notre approche se concentre sur l'utilisation de microscopie et de spectroscopie à sonde locale, et est complétée par des mesures optiques et la capacité de générer des défauts in situ précis. Les données expérimentales et la modélisation théorique fonctionneront en synergie. Les résultats attendus sont la compréhension des états électroniques associés aux défauts avec une résolution spatiale ultime, et le contrôle de ces états électroniques par dopage et déformation. De nouvelles fonctionnalités de matériaux, telles que l'amélioration de la réaction d'évolution d'hydrogène sur MoS2sur du MoS2 dopé par l'azote ou avec des lacuns ou l'émission de lumière liée à la recombinaison d'excitons sur WSe2 modifié par des défauts seront explorés.

Les matériaux 2D et plus particulièrement les monocouches de dichalocogénures de métaux de transition (TMDCs), peuvent être combinés entre eux pour former des hétérostructures de van der Waals offrant une flexibilité sans précédent pour la conception de nouveaux matériaux aux propriétés ajustables. Cette possibilité rare de façonner à la demande les propriétés de ces hétérostructures est un atout unique pour les futures applications en électronique, en optoélectronique et pour la conversion d'énergie. Dans ce contexte, le projet 2D-ON-DEMAND cible le design, l'élaboration et la caractérisation avancée de nouvelles hétérostructures basées principalement sur les dichalocogénures de métaux de transition et destinées à des applications bien identifiées en optoélectronique et dans le domaine de l'énergie. Nos objectifs spécifiques sont ainsi: (1) de développer la synthèse de matériaux 2D (MoSe2, MoTe2, WSe2, SnS2…) par des méthodes d'épitaxie par jet moléculaire (MBE), de dépôt en phase vapeur (VPT/CVD) et d'implantation ionique au meilleur niveau et de combiner ces matériaux en hétérostructures latérales et verticales; (2) d'étudier expérimentalement les propriétés électroniques, optiques et catalytiques fondamentales des matériaux individuels et de leur combinaison par des techniques avancées (incluant notamment TEM haute-résolution, spectroscopies utilisant le rayonnement synchrotron et mesures optoélectroniques pointues); (3) de développer des approches théoriques en support de la sélection des matériaux et pour l’analyse de leurs propriétés optiques et de transport; (4) de réaliser et d'évaluer des preuves de concept d'absorbants saturables pour des lasers MLLs, de photo-détecteurs RF infrarouge opérant à 1.55 µm, de transistors tunnels à pente sous-le-seuil optimale (inférieure à la limite de 60 mv/décade des MOSFETs classiques) et de dispositifs photo-catalytiques de production d'hydrogène. Un aspect central du projet réside dans la combinaison des techniques de synthèse (MBE, CVD, implantation ionique) associée à la flexibilité du design des hétérostructures (latérales et verticales). Cette stratégie lève les verrous des approches basées sur une seule technique de synthèse et permet de cibler des matériaux aux propriétés adaptées aux enjeux des dispositifs. Pour leur potentiel applicatif, nous focaliserons nos efforts sur les hétérostructures de type-III et de type-II à faible gap. 2D-ON-DEMAND est un projet de 48 mois qui réunit 5 équipes (4 partenaires): 3 équipes de laboratoires académiques (2 du C2N, une du LPICM), 1 équipe d'un laboratoire institutionnel (CEA-LICSEN) et 1 équipe d'un laboratoire industriel (Thales Research & Technology). Le projet est coordonné par Vincent Derycke (CEA). Le montant de l'aide demandée pour les 5 équipes est de 737 k€. Grâce à sa complémentarité en termes de méthodes de synthèse, son savoir-faire bien établi au niveau expérimental, son accès à des équipements de premier plan, son expertise reconnue au niveau théorique et sa capacité à réussir la transition des matériaux aux dispositifs, le consortium est en position idéale pour apporter au domaine des contributions déterminantes, tant sur le plan fondamental qu'appliqué. 2D-ON-DEMAND étant un projet PRCE, nous serons très ambitieux sur les aspects de transferts technologiques et de propriété intellectuelle. Tous les résultats seront évalués par le consortium pour anticiper leur potentiel économique à court et long termes, notamment en lien avec la roadmap de l'industriel et les stratégies de transfert des autres partenaires. Au niveau fondamental, la production de connaissances aux meilleurs standards internationaux constituera un objectif tout aussi central. Le domaine des hétérostructures de matériaux 2D est exceptionnellement prometteur et se situe au carrefour de la physique fondamentale, de la chimie et de l'ingénierie des dispositifs. Nous viserons ainsi plusieurs publications dans des journaux à très fort impact.

L’un des enjeux fondamentaux auquel il est urgent de s’attaquer d’un point de vue sociétal et scientifique, est de concilier développement humain et préservation de l’environnement. Pour cela, les chercheurs vont devoir concevoir des solutions innovantes et performantes pour passer des carburants fossiles aux énergies renouvelables, telle que le solaire, trouver des alternatives aux éléments rares et gérer les ressources globales de façon plus éco-responsable. Dans ce projet, nous proposons d’explorer les propriétés photo-catalytiques originales de nanotubes d’aluminosilicates, les imogolites. Ces matériaux peu coûteux et respectueux de l’environnement serviront de nano-réacteurs permettant d’activer de part et d’autre des parois des imogolites hybrides des réactions redox, autrement défavorables. Cette approche originale permettra de tirer doublement avantage, d’une part du confinement à l’intérieur de la cavité et d’autre part de la polarisation des parois. En particulier, dans un nanoréacteur, la majorité des molécules subissent des interactions qui ne peuvent pas être obtenues dans un environnement non confiné. Ce projet s’attachera en particulier à évaluer l’effet du confinement et de la polarisation résultant de la courbure de la paroi des imogolites sur leur réactivité. Le contrôle structural des interfaces et des interactions à l’échelle nanométrique permettra ainsi d’obtenir des propriétés originales. Afin d’atteindre ces objectifs et de valoriser au mieux les remarquables propriétés de ces matériaux encore peu connus, le projet BENALOR relèvera plusieurs défis. Tout d’abord, il vise à synthétiser et à caractériser en détail des imogolites hybrides organiques/inorganiques de caractéristiques (tailles, composition des parois, nature et densité des groupes fonctionnels) ajustables de façon à accueillir, organiser et transformer les réactifs organiques dans la cavité. Les conditions de synthèse seront optimisées tout d’abord à l’échelle du laboratoire puis transposées à plus large échelle. Ceci fera l’objet du premier ensemble de tâche (WP1) et permettra de disposer de lots définis et homogènes de matériaux. Les capacités d’encapsulation, la thermodynamique associée, et l’arrangement interne des substrats organiques seront étudiés finement (WP2) afin d’optimiser les propriétés catalytiques visées ensuite. Enfin, la réactivité duale en oxydo-réduction spécifique aux nanotubes d’imogolites sera évaluée (WP3) : la réaction d’oxydation à l’intérieur du nanoréacteur (décomposition de polluants organiques) sera couplée à une réaction de réduction à la surface externe. Différentes réactions d’enjeu et de difficultés croissantes ont été sélectionnées : réduction photo-induite d’ions métalliques, d’eau et de dioxyde de carbone issu de la minéralisation des substrats organiques. Afin de mener à bien ces défis, le projet réunit 3 partenaires académiques (i.e. NIMBE, ITODYS and ICGM) ayant des expertises complémentaires et reconnues en science des matériaux, surfaces, interfaces et réactivité. Le laboratoire NIMBE, qui a déjà été à l’origine de plusieurs projets sur les imogolites et dispose d’un réacteur pour leur synthèse à grande échelle, sera le coordinateur du projet (WP 0). Un doctorant, un post-doc et six étudiants de Master seront recrutés pour contribuer au projet, et l’ensemble du projet regroupera près d’une vingtaine de permanents et non permanents sur 48 mois. Le couplage de réactions redox avec des réactifs hydrophiles/hydrophobes à l’aide d’un nanoréacteur ouvre de très larges perspectives pour des possibles réactions photo-induites. La réalisation de ce projet devrait avoir un impact majeur non seulement dans la compréhension des effets de confinement, mais surtout dans le domaine de la photocatalyse pour des applications en environnement et énergie.