Projects

Il est proposé de monter un projet Européen de type « Integration Activities for Starting Communities » concernant des observations depuis des réseaux existants et des sites multi-instrumentés pour l’étude de la dynamique atmosphérique. Ce projet fait suite à 2 projets type « design study » coordonné par le CEA qui ont permis de démontrer la faisabilité, de constituer un consortium adapté et de mettre en évidence le besoin de ce type de mesure aussi bien pour la communauté scientifique que pour des applications d’intérêt global. La France est à l’origine de ce projet original et notamment les équipes du CEA et des universités (OSUs) et CNRS impliqués dans le réseau NDACC. Cette collaboration au niveau national a permis l’émergence de ce projet en rassemblant des communautés ne travaillant pas ensemble à l’origine. La France ayant déjà beaucoup investi dans les infrastructures (SNO, bâtiment) sur lesquelles s’appuie ce projet, doit donc rester leader et trouve un intérêt à faire reconnaître les infrastructures mises en place et déjà ouverte à la communauté par un label d’Infrastructure de Recherche. Pour cela, il est nécessaire de recevoir une aide au montage de cette nouvelle phase pour légitimer le pilotage vis à vis des collègues étrangers ayant des soutiens nationaux au montage de projet Européen plus importants, notamment l’Allemagne et la Norvège qui pourrait revendiquer ce pilotage. L’enjeu dans cette nouvelle étape consiste à passer d’un projet de recherche à une infrastructure et donc de consolider la production de données, le data flow et les produits attendus par les « end users ». La structuration et les partenaires vont donc un peu évoluer pour répondre à ces contraintes. Pour garantir le succès il faut que les porteurs soient accompagnés par un prestataire pour guider l’écriture du projet dans le temps imparti et avec les codes H2020 et de faire les réunions nécessaires à un projet bien intégré.

La gestion durable de la production agricole pour des usages alimentaire et non-alimentaire nécessitera une diversification des espèces cultivées pour répondre aux défis du changement climatique. L'introduction d'espèces plus économes permettra de mieux utiliser les surfaces arables, en exploitant des terres marginales ou en intégrant leur culture dans des systèmes qui en améliorent la chaîne de valeur. Il en résultera une augmentation de la productivité et des revenus agricoles avec un impact positif sur l'environnement. Le projet OPTIMA a été construit pour répondre à ces enjeux essentiels de l’appel européen SFS-01-2020 «De l’agrobiodiversité aux chaînes de valeur dynamiques». La cameline est une espèce oléagineuse d'origine européenne, dont la culture a été largement répandue, mais est devenue très mineure. Néanmoins, son potentiel d'utilisation dans les chaînes de valeur dynamiques est élevé avec ses avantages d'une plante robuste nécessitant peu d'intrants. Ainsi, grâce à son cycle de vie court elle peut être utilisée en culture dérobée en Europe Centrale. Du fait de la quasi absence de sélection chez cette espèce, il existe un très grand potentiel d'amélioration génétique. Pour valoriser les caractéristiques intrinsèques de la cameline favorables à des systèmes de cultures plus durable, le projet OPTIMA développera des approches génétiques avancées pour générer de nouvelles ressources génétiques afin d'améliorer rapidement les traits recherchés. Les ressources générées seront sélectionnées selon deux méthodes complémentaires, sur des critères phénotypiques spécifiques et par une sélection a priori de génotypes. Afin d'améliorer l'utilisation de la culture dans diverses approches agro-écologiques, une palette de caractères de cameline pouvant contribuer à augmenter la chaîne de valeur dynamique sera définie, après une large consultation des multiples acteurs du secteur. Ces traits devront correspondre aux différents éléments de la chaîne de valeur, allant de facteurs nutritionnels aux co-produits d'intérêt, et aussi à des caractères favorables à de nouvelles pratiques agricoles durables. Ils seront la cible de la sélection de génotypes optimaux pour ces caractères, par des approches combinées de génétique classique et réverse. Cette dernière sera facilitée par le transfert des connaissances depuis la plante modèle Arabidopsis, espèce très proche de la cameline. Les génotypes sélectionnés seront ensuite testés au champ dans une grande variété de conditions pédoclimatiques mais aussi de systèmes de cultures innovants destinés à réduire les intrants, afin d'évaluer les performances agronomiques et leur contribution potentielle à la chaîne de valeur dynamique. L'optimisation post-récolte de la chaîne de valeur sera abordée par des études pilotes de procédés originaux maximisant la transformation du produit. Afin de consolider l’établissement de la chaîne de valeur de la cameline, de nouvelles stratégies de commercialisation visant à promouvoir son huile, ses protéines et d’autres produits, dérivés d’une production agricole génétiquement diversifiée, seront élaborées. Elles favoriseront la diversification des cultures et tireront parti des avantages agro-écologiques à différents niveaux de la chaîne de valeur, y compris pour les utilisateurs finaux et les consommateurs. La construction d'un consortium solide, possédant la complémentarité d'expertise requise pour atteindre les objectifs du projet OPTIMA, est en cours. Le programme MRSEI fournirait un financement essentiel pour rencontrer et recruter de nouveaux partenaires, ainsi que réunir le consortium pour consolider le projet. Les résultats obtenus dans le cadre du projet OPTIMA devraient fournir des ressources, technologies et connaissances originales pour une chaîne de valeur de la cameline stable, résiliente et adaptable dans le contexte du changement climatique et du renforcement des politiques européennes visant à protéger l'environnement.

L'influence des microbiomes sur leurs hôtes apparait clairement comme l'un des facteurs les plus prometteurs pour pouvoir moduler et améliorer les caractères des animaux d’élevage, et la santé et l'efficacité alimentaire. En outre, de plus en plus de preuves montrent une implication du microbiote dans l'axe intestin-cerveau, ce qui pourrait contribuer au bien-être des individus. Les interactions hôte-microbiote sont influencées par une multitude de facteurs externes, allant de l'environnement et des régimes alimentaires aux pratiques d’élevage, mais également par la génétique de l'hôte. L’appel à projets H2020 SFS-02-2020 cible ces sujets en demandant des recherches sur les interactions entre les animaux en production et leurs écosystèmes microbiens afin de contribuer à l'amélioration d’une production animale durable. L’objectif de ce projet ANR MRSEI est de construire un réseau et de fournir un cadre permettant la construction d’un consortium solide pour répondre à l’appel à projet SFS-02-2020. Le projet contribuera à la construction du consortium du projet en finançant trois réunions physiques de l’ensemble du consortium.

Logipedia est une encyclopédie de démonstrations formelles universelle et en ligne. Nous avons le projet de soumettre une proposition au European call INFRAIA-02-2020: Integrating activities for starting communities, le 17 mars 2020, pour la développer et la transformer en une e-infrastructure européenne. Notre projet à long terme est de construire, en vingt ans, une encyclopédie qui contienne toutes les démonstrations formelles développées. Les démonstrations formelles et les méthodes formelles sont aujourd'hui une composante essentielle de certains projets industriels avancés. Par exemple, la maîtrise des méthodes formelles est un élément clé pour donner à l'Europe un avantage compétitif sur le marché des véhicules autonomes. Elles sont aussi un aspect important de l'évolution des mathématiques, car elles permettent de construire des démonstrations beaucoup plus complexes. Mais l'absence de standard limite cet impact, car elle limite les possibilité d'interaction entre les systèmes de démonstrations et la durabilité de ces démonstrations. Cela constitue la principale motivation de notre projet d'encyclopédie de démonstrations formelles universelle et en ligne. Une première étape dans cette direction a été le colloque de lancement de Logipedia qui a rassemblé 38 chercheurs autrichiens, tchèques, français, italiens, néerlandais et polonais. Depuis, des collègues belges, allemands, serbes, suédois et britanniques ont rejoint le projet. Une telle encyclopédie a nécessairement une ambition mondiale, mais, comme plusieurs systèmes de démonstrations développés dans le monde sont européens, l'Europe peut y jouer un rôle majeur, sans bien entendu exclure nos collègues extra-européens. La conception d'une telle encyclopédie réponds à plusieurs objectifs : rendre les systèmes de démonstrations interopérables, rendre les démonstrations durables, restaurer l'universalité de la vérité logique et surtout rendre les démonstrations formelles accessibles aux non spécialistes : mathématiciens, ingénieurs et étudiants. Le développement d'une telle encyclopédie pose de nouvelles questions de recherche concernant l'expression de théories mathématiques dans un cadre logique commun, tel Dedukti, sur lequel Logipedia est fondée, l'analyse de démonstrations formelles pour déterminer dans quelles théories elles peuvent être exprimées et l'organisation de grand corpus de démonstrations, en particulier l'alignement de concepts, c'est-à-dire l'identification de structures isomorphes, tels les réels de Cauchy et de Dedekind. Notre consortium rassemble des équipes qui apportent une compétence dans le développement de systèmes de démonstrations, l'interopérabilité entre systèmes, l'utilisation de cadres logiques et le développement de grandes bibliothèques de démonstrations. Notre projet pour les années à venir se décline en plusieurs axes : - Définir en Dedukti les théories des systèmes Agda, Coq, Lean, PVS, Isabelle / HOL, HOL 4, Mizar, TLA+, et B, poursuivant le travail déjà effectué sur celles de Matita, HOL Light et FoCaLiZe. - Importer des bibliothèques dans Logipedia: des bibliothèques telles celles de Coq, Isabelle / HOL, HOL Light, Agda, etc., et des bibliothèques avancées telles MathComp, Mizar, Isabelle Archive of Formal Proofs, GeoCoq, Flyspeck, NASA PVS, etc. et des bibliothèques de démonstrations de correction de programme telles seL4, CompCert, etc. - Construire des outils pour analyser ces démonstrations et aligner les concepts. - Construire des outils pour indexer et parcourir cette encyclopédie. Ce projet répond à plusieurs des objectifs du European call INFRAIA-02-2020: Integrating activities for starting communities : la synergie, les données de recherche ouvertes, un accès plus large et plus efficace, l'éducation, les interaction plus étroites entre les chercheurs, la meilleure gestion d'un flux de données, l'innovation. Il répond aussi clairement à une activité transverse mentionnée : la science ouverte.

L’objectif de ce projet est de créer un réseau scientifique européen qui s’intéresse à l’utilisation et à l’optimisation des rayonnements ionisants dans le domaine de la santé. En effet, l’utilisation des rayonnements ionisants en médecine est en constante augmentation (hausse de plus de 10% par an en imagerie médicale, par exemple). Les rayonnements ionisants sont un outil indispensable pour le diagnostic et le traitement du patient mais, bien que les installations de diagnostic et de traitement disponibles se soient considérablement améliorées en termes de spécificité et d’efficacité, le type et la disponibilité d’équipements modernes et complexes ainsi que la formation du personnel impliqué diffèrent considérablement d’un pays européen à l’autre. Si elles ne sont pas évaluées et délivrées avec précision, les doses de rayonnements ionisants représentent toutefois un risque pour le patient (et pour le personnel médical) conduisant à des maladies radio-induites ou empêchant un traitement efficace du cancer. La radiothérapie est connue pour avoir un rapport bénéfice / coût très intéressant, mais une utilisation incorrecte peut entraîner des coûts supplémentaires pour les systèmes de santé. Les risques liés aux irradiations ont incité le Conseil Européen à publier la directive 2013/59 EURATOM. Ce cadre législatif des États membres définit les exigences en matière de protection contre les dangers des rayonnements ionisants en général et dans le domaine médical, en particulier. Pour améliorer la sécurité des patients et ouvrir la voie à des traitements hautement personnalisés, le défi et les objectifs globaux de ce projet d'infrastructure sont triples: • Créer un réseau adéquat et coordonné d'infrastructures de recherche européennes clés offrant à tous les chercheurs européens un accès ouvert à un large éventail d'installations de radiothérapie, d'imagerie médicale et de radiobiologie et garantissant leur utilisation optimale; • Encourager une culture de coopération entre les communautés issues des infrastructures de recherche, des partenaires industriels et des autres acteurs qui développera des domaines de recherche plus efficaces et plus attractifs et définira des visions stratégiques communes intégrant les données réglementaires; • Mener des recherches et des innovations pour améliorer les services fournis par les infrastructures afin i) d’atteindre une sécurité optimale des traitements de radiothérapie et d’imagerie médicale et ii) d’améliorer l’efficacité des procédures de traitement et d’imagerie. Pour répondre à ces défis cruciaux et aux besoins européens, nous souhaitons créer la Starting Community ISADORA, qui intégrera un accès transnational, des activités de mise en réseau et des activités de recherche communes, en rassemblant les acteurs clés européens dotés d’une vaste gamme d’installations de radiothérapie et d’imagerie médicale ainsi que des laboratoires dédiés à la radiobiologie. L'Europe lance des appels à projets afin que de telles communautés se structurent. Le précédent appel en 2 étapes avait été lancé en mars 2016 (1ère étape) et en mars 2017 (2ème étape). Nous avions alors proposé un tel réseau et la proposition avait été bien évaluée (score total de 12,0/15). Malheureusement, la proposition s’est retrouvée à la limite du niveau de financement. Compte tenu du rapport de l’évaluation (Excellence: 4,0/5 - Impact: 4,0/5 – Mise en œuvre: 4,0/5), nous estimons que la proposition peut être améliorée. De plus, le consortium doit être en partie revu et les objectifs précisés afin de prendre en compte les évolutions rapides dans ce domaine de haute technologie. En outre, le budget réservé pour l'appel INFRAIA-02-2017 était de 50M €, tandis que celui de l'appel 2020 sera de 115M €, ce qui nous laisse espérer de bonnes chances de réussite.

Marginal au Maghreb et encore plus au niveau mondial, les systèmes camelins restent importants dans les zones désertiques, non seulement du point de vue culturel et identitaire mais également économique. Les provinces du Sahara marocain et algérien ont des intérêts économiques et sociaux à développer ces systèmes, cette activité étant susceptible de fournir des produits locaux à haute valeur alimentaire et une valeur ajoutée potentielle pour les régions du sud dans les principaux bassins de consommation des villes du nord. Le secteur camelin s’inscrit totalement dans la dualité territoriale et économique pouvant ainsi contribuer à la réduction des inégalités observées. Dans ce contexte, CAMEL-SHIELD vise à proposer des solutions de gestion adaptées aux conditions locales afin d'améliorer la capacité d'adaptation des systèmes d'élevage au changement climatique. Ces solutions prennent en compte l'accès aux ressources, les stratégies de gestion de la reproduction et de l'alimentation basées sur les ressources disponibles, les besoins des troupeaux et la caractérisation des populations de dromadaires, afin de gérer les données démographiques des troupeaux et d'adapter la production au potentiel de commercialisation. Le projet contribue à la valorisation des produits camelins traditionnels et nouveaux en assurant une qualité sanitaire et nutritionnelle standardisée et ouvre des opportunités de valorisation des sous-produits. De plus, dans le cadre d'une mondialisation économique, le projet permettra une accélération de l'accès au marché local, régional ou international de produits jusque-là limités à leur zone de production par leur dimension identitaire, émotionnelle et symbolique. Le projet propose une coopération interinstitutionnelle associant des partenaires de développement, des universitaires et différents acteurs de l’ensemble du secteur camelin, par le biais d’une approche interdisciplinaire mobilisant compétences, savoir-faire et expertise. Ce projet donne la priorité à l'expression des besoins des acteurs du secteur et à la recherche d'une culture commune, par la promotion des valeurs associées à l'élevage de dromadaires et à sa production.

Les impacts liés à l'échouage des algues sargasses sur l'arc antillais sont nombreux et divers. De nombreux secteurs de l'économie (tourisme, pêche, dégradations, ...), celui de la santé (pneumologie, ...), celui de la biodiversité, ... sont touchés. Le projet CORSAiR, rassemblant 9 partenaires des Antilles et de France continentale, a pour ambition d'étudier l'impact de ces algues sur les corrosions atmosphérique et marine des matériaux métalliques en intégrant également une approche juridique sur ces aspects précis. En effet, de nombreux citoyens, collectivités municipales s'inquiètent de la dégradation prématurée de nombreux appareillages constitués d'une enveloppe métallique (réfrigérateur, ...) ou plastique (ordinateur, TV, ...) contenant des cartes électroniques. Cela engendre des coûts importants et plonge souvent les individus dans un état de désespoir. Le projet CORSAiR a pour objectifs : i) de quantifier les cinétiques de corrosions, ii) de relier les phénomènes de corrosions à la « présence » des algues sargasses en identifiant les mécanismes de dégradation, iii) de trouver des solutions physicochimiques et de proposer des « aménagements » juridiques, iv) de proposer des pistes de valorisation. Pour mener à bien ce projet, le consortium s’appuiera tout d’abord sur les retours du terrain par l’intermédiaire de 2 structures martiniquaises totalement immergées et à l’écoute de la population et des industriels. Cela permettra de cibler les zones côtières ou de proche intérieur les plus judicieuses d’un point de vue scientifique, de bénéficier d’un réseau de mesures en place et de cerner les demandes émanant des citoyens et des collectivités afin d’y répondre au mieux (approche juridique). Le premier domaine étudié est celui de la corrosion atmosphérique, le deuxième celui de la corrosion marine et le troisième domaine concerne l’approche juridique de cette problématique. La création d'un site web de suivi du projet "grand public" est également prévu.

Le projet DECAP concerne le développement d’hydrogels à base de polymères originaux en vue de la décontamination douce corporelle externe d’actinides, et ceci au moyen d’un procédé physique. Il s’agit d’un projet en rupture se positionnant dans une recherche à caractère fortement exploratoire qui sera source d’innovations bénéfiques non seulement pour le domaine de la défense mais aussi pour la recherche civile et industrielle. L’objectif est de préparer de nouvelles macromolécules chélatantes de radionucléides avec la synthèse parfaitement maîtrisée de copolymères complexants. Les copolymères synthétisés seront à base de poly(e-caprolactone)s (PCLs) fonctionnalisées par des groupements bis-acide phosphonique, capables de complexer efficacement les radionucléides, et de poly(éthylène glycol) (PEG). Ils conduiront à des hydrogels innovants capables de traiter rapidement et efficacement une contamination de contact externe (peau saine) sans diffusion sous-cutanée. Il est important de mentionner que les polymères PCLs et PEG sont tous deux biocompatibles et approuvés par la « Food and Drug Administration » (FDA). Ces hydrogels, formulés puis caractérisés par rhéologie, présentent l’intérêt d’être adaptés à une situation de terrain (zones de guerre, sites nucléaires, etc.), sans risque d’étalement et sans besoin d’un rinçage à l’eau. Ils seront ainsi plus efficaces, faciles à transporter et conduiront également à des volumes de déchets finaux minimisés et facilement isolables. Un consortium pluridisciplinaire a été élaboré, associant quatre partenaires académiques sélectionnés pour leurs compétences dans différents domaines : synthèse et caractérisation de monomères fonctionnalisés, de biopolymères et de polymères phosphorés, chimie séparative, étude des phénomènes interfaciaux et des propriétés de complexation, matériaux pour le nucléaire, étude physico-chimique de polymères et d’hydrogels pour des applications pharmaceutiques. Ce consortium approprié interagira efficacement sur les différentes étapes du projet : (i) l’élaboration de monomères e-caprolactones judicieusement fonctionnalisés par des groupements bis-esters phosphonés, précurseurs de fonctions bis-acides phosphoniques, (ii) la synthèse de copolymères triblocs à base de poly(e-caprolactone)s bis-acides phosphoniques biocompatibles en optimisant le nombre de groupements complexants, (iii) l’élaboration d’hydrogels à base des copolymères déterminés comme étant biocompatibles et l’étude des hydrogels (propriétés rhéologiques, pénétration cutanée), (iv) la complexation efficace d’actinides pouvant être impliqués dans des accidents nucléaires (contamination « surfacique » d’un individu suite à des opérations en conditions hostiles de type démantèlement, décontamination, interventions en zones) ou dans des attaques terroristes contre des militaires ou des civils. Pour cela, nous étudierons dans un premier temps l’uranium (VI) et le thorium (IV) qui sont des composés intéressants car plus faciles à manipuler pour établir des preuves de concept. Ces deux éléments sont de bons modèles pour « mimer » respectivement le neptunium (V) et le plutonium (IV) qui sont beaucoup plus dangereux et sur lesquels nous travaillerons également lors de quelques manipulations ciblées. Le projet se positionne dans l’axe thématique 7 « Biologie et Biotechnologies » traitant du volet risques nucléaires actuels et émergents d’origine intentionnelle ou accidentelle. Il entre dans le sous-thème « décontamination », plus particulièrement dans la décontamination corporelle douce d’actinides (peau saine).

SPIN-IA est un projet interdisciplinaire dont l’objectif est de développer les fondations d’une puce hybride spintronique/CMOS pour accélérer l’intelligence artificielle. Récemment, l’UMPHy et le C2N, avec la participation de Thales, ont obtenu des résultats pionniers montrant que les jonctions tunnel magnétiques pouvaient réaliser des tâches de reconnaissance de motifs avec des performances remarquables. Un petit réseau de quatre jonctions peut ainsi apprendre à identifier des voyelles prononcées par différents locuteurs avec des taux de reconnaissance supérieurs à 85%. Dans ces démonstrations de laboratoire, les jonctions tunnel magnétiques, qui imitent les neurones, communiquent entre elles par les ondes radiofréquences qu’elles émettent. Cette forme de communication « sans fil », permet d’envisager de réaliser de grands réseaux de neurones fortement connectés, d’autant plus que les jonctions tunnel magnétiques sont de taille nanométrique et peuvent aujourd’hui être fabriquées par milliards sur des circuits CMOS. Dans le projet Astrid SPIN-IA nous souhaitons passer de la preuve de concept en laboratoire au prototype, démontrer que ces systèmes peuvent réaliser des tâches plus complexes telles que la reconnaissance d’images, et développer les circuits RF-CMOS qui permettront d’interfacer les couches de jonctions-neurones en réseaux profonds. Pour ceci, nous avons réuni un consortium qui permettra de réaliser toutes les avancées scientifiques et techniques nécessaires : physique des réseaux de jonctions magnétiques couplées (UMPhy et C2N), conception du système et algorithmes adaptés (C2N, Thales et UMPhy) et conception des circuits RF dédiés (IMS et Thales). A l’issu des deux ans du projet, les démonstrations de SPIN-IA permettront de lancer la réalisation d’une puce co-intégrant densément jonctions tunnel et transistors pour une intelligence artificielle matérielle embarquable, rapide, compacte, consommant peu d’électricité et capable de traiter en temps réel des données importantes pour les applications civiles et militaires.

Le but d'AdvTMR est de lancer une nouvelle génération de capteurs magnétiques à base d'électronique de spin basée sur la combinaison de jonctions tunnel magnétiques performantes et d'une méthode de suppression du bruit basse fréquence inhérent à ces capteurs. Les performances attendues en termes de détectivité sont d'un ordre ou deux ordres de grandeur meilleur par rapport aux capteurs magnétiques existants. Les résultats du projet seront deux capteurs : un magnétomètre 2D de petite taille, très faible consommation fonctionnant jusqu'à 150°C et présentant une détectivité de l'ordre du picoTesla et un capteur refroidi à 77K présentant une détectivité inférieure au femtoTesla. Le travail se répartit entre un laboratoire public et un industriel sur une durée de 3 ans. La validation sera réalisée à l'aide de trois industriels du secteur de la défense.

Le déploiement de réseaux de communication quantique représente un défi auquel le projet LIGHT apporte des solutions originales. Son application principale, la distribution quantique de clef (QKD), offre la garantie d'une sécurité inconditionnelle en s'appuyant sur le principe d'indétermination de Heisenberg et sur le théorème de non-clonage. Dans ce contexte, parmi les éléments requis se trouvent des sources des photons uniques et des sources de paires de photons compatibles avec le standard des télécommunications fibrées capable de fonctionner à très haut débit. En effet, la majeure partie des preuves de sécurité s’appuient sur l'utilisation de véritables sources de photons uniques qui s'avèrent être les pièces maîtresses pour le développement de réseaux quantiques où l’intrication est distribuée à grande échelle et haut débit. Dans cette perspective, LIGHT vise à développer à l’échelle française un lien de communication terrestre inviolable combinant des technologies quantiques complémentaires, à savoir des sources innovantes de photons uniques haut-débit associés à des sources non-linéaires de paires de photons intriqués. Pour cela, LIGHT rassemble les meilleures équipes au niveau national et international dans le développement des sources de photons uniques (C2N), des communications quantiques compatibles télécom (INPHYNI) et la première société au niveau international commercialisant des sources de photons uniques efficaces (QUANDELA). La synergie des compétences s'exprimera au travers le développement d'une source de photons uniques compacte, efficace et compatible avec une exploitation dans le domaine de télécommunication et son implémentation au sein d'un lien opérationnel de cryptographie quantique en champ réel (30km), fonctionnant à haut débit. Dans un second temps, la mise en place, le long du même tronçon de fibres, un relais quantique basé sur un protocole avancé de téléportation d'états sera démontré dans le cadre d'une preuve de principe sur un réseau trois points couvrant 30km. Plusieurs défis technologiques et conceptuels seront donc relevés au cours du projet. 1 - La création d'une source semi-conductrice de photons uniques à 900nm présentant une brillance supérieure à 90%, une statistique sub-poissonnienne g(2)(0) inférieur à 10-3 et cadencé 300MHz plus d’un facteur 50 supérieur à l'état de l'art actuel. 2 - La création d'une interface en longueur d'onde, sous la forme d'une puce optique sur niobate de lithium, permettant de convertir les photons au standard des télécommunications avec une efficacité globale supérieure à 50 %. 3 - La distribution quantique d'une clef secrète au sein d'un réseau de fibre existant sur la Côte d'azur via un lien direct ou au travers un protocole de relais quantique en s'appuyant sur des paires de photons intriquées déjà déployées entre plusieurs nœuds. Chacun de ces résultats constituera une première scientifique et technologique au niveau international. En combinant la technologie de rupture des sources de photons uniques à base de boîtes quantiques avec la conversion de fréquence sur puce, nous apporterons la première technologie de sources photons uniques efficaces pour les communications quantiques à haut débit. LIGHT porte donc une avancée technologique majeure pour le développement futur des réseaux quantiques en joignant l’expertise d’équipes de renommée internationale. Enfin, en travaillant en collaboration étroite avec Quandela, société commercialisant des sources de photons uniques efficaces, LIGHT s’assure que les développements technologiques sont compatibles avec un transfert industriel. LIGHT constitue donc la première étape pour doter la France d’une technologie clé pour les communications quantiques grande échelle.

Que ce soit dans le domaine civil ou militaire, la traumatologie sévère est un problème de santé publique qui touche une population jeune avec un impact majeur en termes de mortalité et de morbidité. Le choc hémorragique demeure la première cause de décès des patients traumatisés sévères, soit dans les suites immédiates du traumatisme du fait d'un choc hémorragique incontrôlable, soit dans les suites tardives du traumatisme en rapport avec les dysfonctions d'organes liées à l'hypoperfusion prolongée induite par l'hémorragie. La rhabdomyolyse, secondaire à l'attrition tissulaire traumatique, est fréquemment associée à l'hémorragie et peut entrainer une défaillance d'organe, notamment rénale. Au cours de l'hémorragie, la diminution de la pression transglomérulaire ainsi que la baisse de la perfusion tubulaire (hypoxie tubulaire) entraînent une agression rénale à même de générer une insuffisance rénale aigue. La rhabdomyolyse, quant à elle, exerce son effet délétère rénal à plusieurs niveaux : une vasoconstriction intrarénale, des lésions tubulaires directes par l'intermédiaire d'un stress oxydant excessif, une obstruction de la lumière tubulaire rénale et une inflammation rénale. Les études les plus récentes rapportent des incidences d'insuffisance rénale aigue jusqu'à 50% chez les patients victimes de traumatisme sévère. Dans une série de patients traumatisés militaires français et dans une série de patients traumatisés civiles en Ile de France (données des partenaires du projet), la sévérité du choc hémorragique et l'intensité de la rhabdomyolyse étaient les deux facteurs majeurs associés à la survenue d'une insuffisance rénale aigue. La myoglobine est à l'heure actuelle un des médiateurs principaux de la toxicité rénale de la rhabdomyolyse. Des travaux récents conduits sur vaisseau isolé suggèrent que la myoglobine exacerbe l'effet vasoconstricteur rénal de molécules fortement sécrétées au cours de l'hémorragie. Ceci suggère une synergie délétère entre l'hémorragie et la rhabdomyolyse sur la fonction rénale. Actuellement, il n'existe pas de thérapie ciblant spécifiquement l'action de la rhabdomyolyse (dont la myoglobine) au cours de l'hémorragie traumatique puisque la réanimation de la rhabdomyolyse dans un contexte d'hémorragie traumatique demeure symptomatique par le biais d'une hydratation importante. Nous nous proposons d'identifier les effecteurs précoces les plus délétères de la rhabdomyolyse au cours de l'hémorragie et d'explorer si leur éviction (par adsorption précoce) prévient la dysfonction rénale induite par l'association hémorragie/rhabdomyolyse. Ce travail considèrera l'interaction entre l'hémorragie et la rhabdomyolyse à partir d'un modèle de choc hémorragique porcin au cours duquel les perfusions médullaire et corticale ainsi que l'oxygénation rénale sont bien caractérisées. Nous avons opté pour une approche linéaire et progressive en 3 séries expérimentales. La 1° série expérimentale vise à caractériser l'agression combinée de l'association rhabdomyolyse/choc hémorragique au niveau rénal. Ceci permettra de percevoir l'acmé de cette agression rénale et donc de proposer une stratégie thérapeutique dont le timing est optimal pour prévenir l'insuffisance rénale aigue. La 2° série expérimentale vise à démontrer que la myoglobine est l'élément étiologique majeur de la rhabdomyolyse qui participe à l'agression rénale au cours de l'hémorragie. Ceci permettra d'établir que la myoglobine est une cible d'intérêt pour prévenir l'insuffisance rénale aigue au cours d'une hémorragie. La 3° série expérimentale visera à étudier l'effet de l'hémo-adsorption précoce de la myoglobine sur la perfusion, l'oxygénation et la fonction rénale. L'objectif étant de démontrer l'intérêt thérapeutique d'une stratégie d'épuration pour prévenir la défaillance rénale.

Le brouillard perturbe fortement les transports terrestres, aériens ou maritimes, entraînant des pertes en vies humaines et des coûts financiers importants. Bien prévoir le brouillard est donc un enjeu essentiel pour limiter leur impact sur les activités humaines. Cependant il reste encore beaucoup d’incertitude sur les interactions entre les différents mécanismes pilotant la variabilité du brouillard aux très fines échelles. L’objectif principal du projet SOFOG3D est d’approfondir notre compréhension des processus mis en jeux, afin d’améliorer la prévision du brouillard par les modèles de prévision numérique du temps (PNT). SOFOG3D vise à conduire des études de processus sur des épisodes très bien documentés, en s’appuyant sur la synergie entre des simulations numériques 3D à résolution métrique (LES) et des observations 3D très précises. Une campagne expérimentale se déroulera durant l’hiver 2019/2020 dans le sud-ouest de la France, qui est particulièrement exposé aux épisodes de brouillard,pour fournir une description 3D des propriétés de la couche limite durant ces évènements. La stratégie d’observation consiste à combiner des profils verticaux fournis par des instruments de télédétection innovants (radiomètre micro-ondes - MWR-, radar nuage et lidar Doppler) et par des mesures in-situ sous ballons captifs, avec des observations locales fournies par un réseau de stations de surface, et par une flotte de drones, afin d’explorer les hétérogénéités spatiales du brouillard. Trois domaines imbriqués, de l’échelle régionale (300x200 km) jusqu’à l’échelle locale du super-site (10x10 km) seront instrumentés avec une densité croissante de moyens. Sur le super-site seront réalisées en particulier des mesures radiatives, de flux turbulents de chaleur et d’humidité, des propriétés des aérosols et de la microphysique du brouillard et de dépôt d’eau liquide ; sur trois zones présentant des caractéristiques de surface différentes (types de végétation, nature du sol, cours d’eau, relief), afin d’étudier l’impact des hétérogénéités de surface sur le brouillard et sur l’anisotropie de la turbulence. Un objectif instrumental est aussi d’améliorer la restitution des profils de température, d’humidité et de contenu en eau liquide en combinant les mesures de radar nuage et de MWR. Ces données seront validées à partir des mesures in-situ des ballons captifs, des radio-sondages et des drones. Des simulations LES des cas les mieux documentés seront réalisées afin de fournir une description 3D de la couche de brouillard et de l’atmosphère au dessus. Validées par les observations, elles offriront des diagnostics pertinents pour l’analyse en complément des études expérimentales. Elles permettront de valider des avancées récentes sur les paramétrisations physiques (schémas radiatifs, de turbulence et microphysique à deux moments), et d’évaluer l’impact des hétérogénéités de surface sur le cycle de vie du brouillard. Les études de processus visent à identifier les paramètres clés qui vont déterminer le type de cycle de vie du brouillard, tels que les brouillards optiquement fins ou les brouillards adiabatiques plus épais, les affaissements de stratus ou les stratus persistants, les brouillards se dissipant le jour ou les brouillards persistants. Elles se concentreront notamment sur l’impact de l’entraînement au sommet du brouillard, le bilan d’énergie en surface, l’impact des aérosols sur le refroidissement radiatif et sur la microphysique, et sur la période de dissipation. SOFOG3D apportera ainsi des éléments d’amélioration des paramétrisations physiques pour les modèles de PNT. Enfin, l’impact sur la prévision de l’amélioration des conditions initiales, grâce aux observations combinées de MWR et de radar nuage, sera évalué par assimilation dans un modèle à résolution kilométrique à l’aide d’un schéma d’assimilation variationnelle d’ensemble innovant. Les résultats de SOFOG3D ouvriront ainsi de nouvelles perspectives pour mieux prévoir le brouillard.

Les volcans libèrent de grandes quantités de gaz et de particules dans l'atmosphère. Alors que les impacts du soufre volcanique ont été étudiés intensivement, il est maintenant clair que les halogènes volcaniques peuvent aussi avoir un impact sur l'atmosphère. On sait déjà que les halogènes volcaniques subissent une chimie multiphasique conduisant à de la destruction d'ozone dans la troposphère. De nouvelles analyses d'observations indiquent que des éruptions modérées récentes ont injecté des quantités significatives d'halogènes dans la stratosphère. Dans le cas d'une grande éruption riche en halogènes, cela pourrait entraîner un important appauvrissement d’'ozone stratosphérique et des effets climatiques. Il semble qu'une évaluation complète des impacts de l'activité volcanique sur l'atmosphère et le climat ne devrait pas se limiter au soufre, mais inclure également les halogènes. Pour quantifier les impacts des halogènes volcaniques, il faut retracer leur cycle de la sous-surface profonde à la surface, conduisant à leurs émissions dans l'atmosphère, et caractériser leurs transformations physico-chimiques atmosphériques. Cependant, il reste de grandes incertitudes sur les processus clés. En combinant nos expertises et des outils novateurs, le projet s'attaquera aux questions sur le devenir et impacts des halogènes volcaniques. L'accent est mis sur le brome (à côté de l'iode et du chlore), qui a été peu étudié jusqu'à présent, mais qui peut jouer un rôle potentiellement important dans les perturbations volcaniques. Le projet consiste en 5 tâches réparties sur deux activités. L’activité 1 concerne le cycle profond des halogènes et leurs émissions. Nous effectuerons des expériences à haute pression et à haute température pour caractériser le comportement des halogènes (solubilité, séparation fluide-fusion) en profondeur et dans le réservoir crustal peu profond. En développant des modèles de dégazage basés sur ces données expérimentales, ainsi que sur des mesures de composition des inclusions de fusion, nous quantifierons le transfert d'halogène de la zone de subduction jusqu'à la croûte et finalement jusqu'à la surface. Les émissions volcaniques modélisées seront évaluées par rapport aux observations d'halogènes près des sources volcaniques, en tenant compte de leurs transformations à l'intérieur du cratère et sur le flanc du volcan. Il s'agira d'une entrée essentielle aux études atmosphériques (WP2). WP2 traite de l'impact des halogènes volcaniques sur la composition atmosphérique, notamment la couche d’ozone, et le climat. Nous développerons un système de modélisation imbriqué multi-échelle qui couvrira les échelles et les phases pertinentes du cycle atmosphérique des émissions volcaniques : de la chimie très locale à haute température dans le cratère à la dispersion des panaches réactifs à l'échelle locale/régionale et enfin à la dispersion globale dans la troposphère et la stratosphère. Nous simulerons la chimie des panaches, provenant d'émissions continues ou de petites éruptions récentes, afin d'évaluer les impacts locaux/régionaux et globaux. Les simulations seront évaluées par rapport aux observations sur le terrain et par satellite, notamment sur des études de cas sélectionnés, e.g. les volcans Ambrym (une source énorme d’halogènes) ou Etna. La réponse climatique modélisée sera également comparée aux ré-analyses météorologiques. L'étude des processus et l'analyse des simulations de sensibilité permettra de démêler les différents mécanismes, et d'évaluer les rôles respectifs des halogènes et du soufre, y compris les effets synergiques. Ce projet plutôt exploratoire résultera sur des avancées importantes, sur une modélisation améliorée du dégazage volcanique et sur un système de modélisation atmosphérique multi-échelle validé avec des observations. Tous ces éléments sont nécessaires si l'on veut tenir compte des halogènes volcaniques dans l'évaluation de l'impact de l'activité volcanique sur l'atmosphère et le climat

Le projet vise à développer des méthodes statistiques pour analyser différents types de réseaux écologiques : trophiques, mutualistes, de compétition ou antagonistes et systèmes hôtes-parasites. Nous créons un consortium unique alliant des chercheurs en statistique appliquée avec une longue expérience de la modélisation du vivant et des écologues à l'avant-garde de leur science, pour s'attaquer aux défis de la modélisation statistique avancée des réseaux écologiques. Notre proposition inclut : 1) l'intégration des dimensions temporelles et spatiales dans la modélisation des réseaux écologiques et le développement d'outils de comparaison de réseaux le long de gradients environnementaux ; 2) l'intégration des interactions multiples, en utilisant les informations de covariables disponibles (traits, distributions, phylogénies,...) ; 3) la prise en compte des effets de l'échantillonnage dans nos analyses et 4) la prédiction de réponses de l'écosystème à des changements environnementaux.

Les stromatolites et, plus généralement les microbialites, sont des structures organosédimentaires formées sous l’influence de communautés microbiennes phylogénétiquement et fonctionnellement diverses en interaction avec des facteurs abiotiques. Ils constituent des reservoirs de C (en tant que biomasse et carbonates). Les stromatolites fossiles constituent les traces les plus anciennes de vie sur Terre (~3.7 Ga). Malgré cela, l’identité et les fonctions des microorganismes y associés et les conditions environnementales locales impliquées dans leur formation sont mal comprises. Nous proposons un projet interdisciplinaire à l’interface géologie-chimie-biologie pour comprendre le processus de formation des microbialites actuels de la nano- à la macro-échelle. Nous combinerons des analyses de type ‘omique’ avec des observations en (cryo)microscopie de haute résolution et des analyses morphologiques, minéralogiques et isotopiques sur des cultures dans des expériences de carbonatation et sur des microbialites naturels provenant de plusieurs écosystèmes d’eau douce (lacs mexicains de cratère) afin d’identifier les déterminants de la formation de ces structures.

Bien que les éléments transposables (TE) affectent de façon majeure l’évolution des génomes, les mécanismes permettant leur accumulation restent mal connus. Les modes de reproduction jouent certainement un rôle central, mais l’impact des transitions fréquentes de l’allogamie à l’autogamie reste méconnu. Ce projet vise à déterminer la distribution génomique des nouvelles insertions de TE chez deux espèces allogames Arabidopsis lyrata et A. halleri et à la comparer à celle observée chez leur apparentée autogame, A. thaliana, ainsi que dans certaines populations Nord-Américaines de A. lyrata qui montrent une transition vers l’autogamie. Pour relever le défi lié à l’analyse des séquences répétées telles que les TEs, nous produirons 100 génomes d’A. lyrata et A. halleri issus de l’assemblage de longs fragments. Nous comparerons l’intensité de la sélection naturelle agissant sur les nouvelles insertions entre les trois espèces. En outre, nous analyserons les patrons et vitesses d’accumulation des TEs dans une région clé du génome, le locus-S, qui contient les gènes d’auto-incompatibilité chez les deux espèces allogames. Cette région montre des patrons d’évolution moléculaire similaires à celle des chromosomes sexuels en raison d’une absence de recombinaison, d’une très faible homologie de séquence entre haplotypes d’auto-incompatibilité, et d’un fort taux d’accumulation de TEs. Nos résultats apporteront des réponses inédites quant à la façon dont les modes de reproduction affectent l’activité des TEs. Ce projet devrait également permettre d’élucider le rôle des TEs comme moteurs d’évolution du système de reproduction au travers de leur accumulation au locus-S chez les Brassicaceae et leur rôle potentiel dans l’apparition de petits ARNs impliqués dans le contrôle des relations de dominance entre allèles du locus-S. Les méthodes et paradigmes générés par ce projet devraient trouver de nombreuses applications dans l’étude des espèces présentant un haut niveau d’hétérozygotie et de grands genomes, dont l’homme notamment.

Les éléments transposables (ET) sont des séquences ADN universelles, mobiles et répétées, qui ont un impact majeur sur l’évolution des génomes. Cependant, leur origine, diversité, et leur dynamique évolutive restent encore peu comprises. Le transfert horizontal d’ET (HTT – entre espèces ne se croisant pas) apparaît comme un mécanisme primordial du cycle de vie des ET. Encore faut-il qu’il soit suivi d’une amplification efficace des éléments, qui peut être empêchée par des systèmes de régulation ou d’autres facteurs spécifiques de l’hôte. Nos travaux récents ont montré que (i) Les HTT entre insectes sont bien plus fréquents que ce que l’on pensait, ii) l’invasion des populations après transfert s’avère efficace, mais est fortement affectée par des interactions entre copies. En fait, les facteurs qui conditionnent le succès d’un transfert restent mal compris. Le projet TranspHorizon a pour objectif d’évaluer cinq types de facteurs qui pourraient favoriser soit les transferts, soit l’amplification post-transfert: 1- Distances géographique et phylogénétique Les espèces en sympatrie sont plus susceptibles d’être connectées écologiquement que les espèces éloignées. Ainsi, on s’attend à un nombre plus élevé de transfert lorsque la distance géographique entre populations diminue. De même, la proximité phylogénétique de deux espèces devrait s’accompagner d’une meilleure compatibilité entre ET et cellules hôtes réceptrices, et donc d’une meilleure chance de succès. 2- Caractéristiques de la population hôte Le contenu en ET varie entre les espèces, tant en quantité (fraction du génome) qu’en qualité (proportion relative des différentes familles). Cette diversité pourrait s’expliquer, en partie, par la démographie et les traits d’histoire de vie des populations (par exemple la taille des populations ou le temps de génération). 3- Caractéristiques des ET Les différents ET se distinguent par leur mode de transposition mais aussi par leur dépendance pour des facteurs de l’hôte, leur capacité à transférer d’une cellule à l’autre, et leur propension à s’insérer dans des régions spécifiques du génome (tels que les clusters de piRNA). Toutes ces différences ont certainement un impact sur le succès du transfert horizontal. 4- Autres éléments et endosymbiontes La dynamique, l’activité et les interactions parmi les familles d’ET sont souvent comparées à celles des espèces au sein des écosystèmes. Il a été montré que de fortes interactions existent entre copies autonomes et non-autonomes d’une même famille. Cependant, peu de données existent concernant les effets de la présence d’ET non apparentés, ou encore d’autres d’entités génétiques parasites, telles que les bactéries Wolbachia par exemple. 5- Emergence des voies de régulation Les clusters de piARN sont des locus génomiques riches en ET, qui répriment la transposition via la production de petits ARNs. Ces clusters dont la composition varie entre populations, correspondent à des pièges a transposons: l’insertion d’une copie dans un cluster peut permettre la production de petits ARNs et enclencher la régulation. Le temps nécessaire à l’établissement de la régulation doit donc dépendre de la probabilité de s’insérer dans ces régions, du taux de transposition et de la taille relative des clusters par rapport à la taille des génomes. Pour répondre à ces questions, ce projet combinera différentes approches (écologie, échantillonnage de terrain, biologie moléculaire, séquençage de génomes, bioinformatique, mathématiques, et évolution expérimentale), et s’organisera en deux parties complémentaires. Dans la partie 1, nous testerons si les distances géographique ou phylogénétique influencent la probabilité de transfert entre insectes. Dans la partie 2, nous caractériserons de manière théorique et empirique la dynamique d’amplification post-transfert (nombre de copies, fréquences d’insertions, émergence des voies de régulations) pour différents éléments et dans des conditions variées de populations.

Les changements globaux sont à l’origine d’une modification des écosystèmes et de leurs fonctionnements ce qui se traduit directement par l’extinction d’espèces et le changement de composition fonctionnel et indirectement par l’altération des services qu’ils délivrent. La modélisation des effets de ces changements sur la biodiversité et les services écosystémiques est un champ de recherche actif qui suscite des attentes fortes de la part des agences de conservation nationales ou internationales, des gestionnaires de la biodiversité ou encore des associations de conservation. Pourtant la plupart de ces modèles ignorent des mécanismes simples comme les interactions biotiques. Or, la biodiversité n’est pas simplement la somme des espèces qui la constituent, elle est aussi le fruit de leurs interactions qui forment des assemblages avec des caractéristiques fonctionnelles et évolutives variables tout en partageant les mêmes conditions environnementales. Les modèles ne prenant pas en compte ces mécanismes fondamentaux risquent de produire des prédictions erronées quant à l’impact du changement global sur la biodiversité et les services. Combler ce manque nécessite des approches multi-échelles qui englobent différents champs de l’écologie et de la statistique et cela en accord avec les décideurs politiques pour s’assurer que les résultats de la recherche soient mis en œuvre. Des modèles statistiques récents – appelés modèles de distribution multi-espèces (MDME) – permettent de comprendre et de prédire la distribution des espèces sur la base de données environnementales et spatiales tout en tenant compte de l’effet des autres espèces. Ces modèles structurent la biodiversité de manière hiérarchique à l’échelle de l’espèce, du groupe fonctionnel ou de la communauté et permettent de prendre en compte les dépendances entre espèces au travers, par exemple de leurs phylogénies. Ils généralisent et unifient les approches classiquement utilisées en écologie des communautés et en biologie de la conservation et sont désormais employés aussi pour modéliser les synergies ou compromis entre les services écosystémiques. Aussi prometteur soient-ils, un certain nombre de verrous importants sont à lever tant sur le plan écologique que statistique. Premièrement, il manque une classification et une nomenclature claire notamment associée aux hypothèses écologiques et statistiques sur lesquelles ils reposent. Deuxièmement, ces modèles doivent encore être testés de manière rigoureuse sur des données réelles et simulées. Ils permettent, par exemple, d’estimer des corrélations entre espèces. Celles-ci sont-elles le reflet des interactions entre espèces ? Troisièmement, des outils mathématiques doivent être développés pour mieux relier ces modèles aux différents domaines de l’écologie ou encore pour les utiliser de façon plus efficace et plus sûre. Enfin, les MDME, qui restent à l’heure actuelle des objets de recherche, n’ont encore été que peu confrontés à des questions pratiques telles que l’identification de zones de conservations ou encore la création de nouveaux indicateurs de biodiversité. Dans GAMBAS, nous analyserons plus particulièrement cinq jeux de données, qui seront à la fois source d’inspiration et formeront les premiers cas concrets d’application de nos développements. Le projet GAMBAS rassemble un collectif composé d'écologues intéressés par les aspects quantitatifs et de mathématiciens orientés vers l’écologie. Ils sont accompagnés par un groupe d’experts composés pour une part de chargés de mission des ministères, pour une autre de personnalités de la société civile. Ensemble, ils se sont donnés pour objectif de développer les MDME et de promouvoir leur utilisation dans les domaines de l’écologie des communautés, de la biogéographie ou encore de la biologie de la conservation.

Provenant de sources naturelles telles que les sites marins hydrothermaux ou d’activités anthropiques, les éléments métalliques sont présents dans les Océans, les eaux douces et le biote, jusqu’en Arctique et Antarctique. L’intérêt pour le dosage des métaux est motivé par diverses applications : surveillance environnementale dans le cadre de la Directive cadre sur l’eau (Directive 2000/60/CE) et la Directive cadre stratégie milieu marin (2008/56/CE), études biogéochimiques portant sur les sites hydrothermaux, impact de l’exploitation potentielle de sites riches en sulfure par l’industrie minière… Dans ce contexte, des méthodes de dosage des éléments métalliques ont été développées et sont régulièrement effectuées en routine. Cependant, la plupart de ces analyses est menée en laboratoire après collecte, transport et stockage des échantillons. Cette méthodologie fournit des jeux de données précis mais souffrant d’une faible résolution spatiale et temporelle. Ainsi, il est nécessaire de disposer de capteurs de terrain robustes et sensibles pour compléter ces données. Le but du projet SURIMI est de développer des capteurs de multi-éléments métalliques capables d’effectuer des analyses dans des milieux allant du laboratoire aux conditions les plus dures telles que les abysses ou mers polaires. Deux applications sont concernées : 1. la surveillance de la pollution des eaux douces au Cd, Hg, Pb et Ni : un système de laboratoire et un de terrain seront élaborés et industriellement valorisés par la PME Klearia. 2. des études océanographiques sur Ni, Cu, Zn et Hg : un système sous-marin permettant une évaluation rapide des concentrations de ces éléments en eau de mer sera développé et testé. Les instruments seront capables de doser les quatre éléments métalliques différents simultanément et à des concentrations aussi faibles que le nM toutes les 5 min. Pour atteindre ces objectifs, le consortium sera composé de sept partenaires : deux établissements publics à caractère industriel et commercial (Ifremer et BRGM), une PME (Klearia), quatre laboratoires académiques, y compris des unités mixtes internationales du CNRS (Laboratoire d’Analyse les Sciences Bioanalytiques et Miniaturisation à l’ESCPI Paris et Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’optique Graduate School, Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes et TAKUVIK). Les instruments combineront des technologies de pointe robustes et fiables. Ils consisteront en un transducteur reposant sur l’Imagerie de Résonance des Plasmon de Surface (IRPS) fonctionnalisé par des Polymères à Empreinte Ionique (PEI). Un Système IRPS est capable de détecter plusieurs molécules cibles et de déterminer leur concentration simultanément. Sa spécificité et sa sensibilité dépendent la couche de fonctionnalisation, dont le rôle est de concentrer spécifiquement les molécules cibles sur la surface du transducteur. Les PEI possèdent des sites de reconnaissances capables de se lier de manière sélective à une cible. Ils sont très stables aux acides, bases et solvants organiques et résistent aux hautes températures et pressions, ce qui les rend adaptés aux capteurs pour les environnements hostiles. L’instrument intégrera un circuit microfluidique pour une sensibilité accrue et une faible consommation de réactifs. Le circuit sera fabriqué en verre pour une résistance chimique et thermique élevée. Les caractéristiques des capteurs seront rigoureusement établies en laboratoire et en mésocosme utilisant des échantillons naturels collectés eau douce, en mer et en environnement arctique. Enfin, les systèmes seront déployés pendant des campagnes scientifiques et technologiques d’opportunité. La valorisation industrielle sera ensuite menée par Klearia, soutenue par le BRGM et l’Ifremer. Un nouveau produit devrait être commercialisé à la fin du projet.

La valorisation du CO2 par décharge plasma est utilisée pour convertir le CO2 en CO, lui-même permettant de produire un carburant appelé syngas (gas de synthèse). Ce processus a le potentiel de transformer le CO2 en produits valorisable, son utilisation a par ailleurs été suggérée dans certains systèmes d’énergie neutres en carbone. Toutefois, le succès de cette technique requiert une implémentation énergétiquement efficace, nécessitant une compréhension détaillée de la cinétique chimique du CO2, en particulier de la cinétique de recombinaison spécifique à chaque état vibrationnel. Nous proposons d’utiliser la torche à plasma du laboratoire EM2C du CNRS pour étudier la cinétique de recombinaison du CO/CO2. La torche peut produire un plasma de CO2 en équilibre à une température comprise entre 7000 et 9000 K. En sortie, le plasma traverse un tube refroidi par eau, forçant la recombinaison rapide. Nous avons déjà utilisé cette méthode avec succès pour étudier la cinétique de recombinaison d'un plasma d'azote. Des diagnostics optiques permettent d’étudier les éléments pertinents de la dynamique de recombinaison et d’extraire des taux de recombinaison spécifiques à chaque état par comparaison à des modèles cinétiques. L’objectif ici est d’utiliser des mesures de concentration d'espèces et de température dans un plasma de recombinaison de CO2. Ces mesures seront effectuées en utilisant à la fois la spectroscopie d’émission et des techniques lasers (LIF). Les données vibrationnellement spécifiques nous fourniront des informations permettant de valider des modèles et de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes de cinétique à la base de la valorisation de CO2 par décharge plasma.

Le partage du risque entre sphères publique et privée est une question économique cruciale pour le développement des énergies renouvelables. A cet égard, il y a beaucoup d’hétérogénéité à travers le monde et nul signe de convergence. Dans de nombreux pays, les contrats sont des tarifs d’achat où les producteurs sont entièrement assurés contre les fluctuations des prix sur les marchés. Néanmoins, certains pays comme l’Allemagne s’en sont détournés récemment. A l’opposé, les subventions sous forme de prime de marché transfèrent le risque marché sur les producteurs dans la mesure où ces primes correspondent à des compléments de rémunération qui s’ajoutent à la vente sur les marchés par les producteurs. Concernant les risques sur les quantités produites (résultant des risques climatique et des erreurs de prévision sur les sites), les producteurs ne sont pas couverts en général, hormis à quelques exceptions près comme en France, au Brésil ou même en Allemagne depuis 2017. L’objectif du projet est d’analyser les règles de subvention existantes pour le solaire et l’éolien et de proposer des directions possibles pour les améliorer. La règle clef dans un appel d’offres est celle déterminant dans le temps et en fonction des quantités produites, les subventions reçues par les producteurs ayant remporté le dit appel d’offres. Une caractéristique cruciale du contrat est ainsi sa durée qui n’est pas toujours liée à la durée de vie des installations. La question du design des caractéristiques du contrat n’est d’ailleurs pas spécifique aux appels d’offres. Néanmoins dans ces derniers, il se trouve que les termes du contrat peuvent dépendre des soumissions des enchérisseurs. Enfin il ne faut pas perdre de vue que le problème pour la puissance publique n’est pas de promouvoir l’efficacité de façon marginale (par exemple, inciter à la construction d’une centrale ayant le facteur de capacité le plus élevé possible), mais plutôt de guider le marché vers un mix énergétique optimal à l’échelle macro. Ce problème de design de marché est complexe et même à une échelle micro qui est le cœur du projet, ceci dans la mesure où suivant la terminologie économique, il s’agit d’un problème d’incitation avec aléa moral, sélection adverse et aversion pour le risque, une situation qui ne rentre pas dans la boite à outil standard de l’économiste, sans parler des difficultés économétriques pour mettre des chiffres derrières ces effets incitatifs. D’une part, il semble désirable de transférer le risque à la puissance publique dans la mesure où les investisseurs privés font face à des taux d’intérêt plus élevés que celle-ci. D’autre part, il est bien connu en assurance qu’un tel transfert de risque va réduire les incitations des producteurs à faire des efforts, par exemple à installer leurs éoliennes sur les sites les plus ventés. S’ajoute à ce dilemme classique le fait qu’il est bénéfique de choisir les projets des entreprises les plus efficaces et aussi d’encourager ces dernières à répondre aux appels d’offres. L’originalité du projet consiste d’abord à rentrer dans le détail des règles des appels d’offres, en particulier de points qui peuvent sembler du domaine de la sphère « opérationnelle » mais qui sont susceptibles d’être de premier ordre économiquement parlant. De la même façon que l’impact d’une taxe peut être très éloignée de celui imaginé par celui qui l’a mise en place, l’impact du choix d’un mécanisme d’enchère plutôt qu’un autre sur les différents acteurs n’est pas toujours intuitif. Une autre originalité du projet est d’utiliser des outputs de modèles climatiques et les caractéristiques techniques des technologies : il s’agit premièrement de bénéficier de bonnes variables de contrôle -ou d’instruments- dans la partie économétrique du projet ; deuxièmement, cela permettra de construire des scénarios capturant le risque climatique et ainsi obtenir des ordres de grandeur plus crédibles, en particulier pour estimer des primes de risque.

L’objectif de ce projet de recherche fondamentale est de développer une nouvelle stratégie de traitement des effluents radioactifs en s’appuyant sur l’utilisation d’un support poreux fonctionnalisé. Ce support permettrait à la fois la séparation du RadioNucléide (RN) considéré à l’aide de greffons organiques permettant leur sorption, et leur encapsulation au sein dudit matériau après fermeture de la porosité selon une voie « douce » (sol-gel, chauffage sous contrainte, effet d’irradiation). Ce nouveau concept aboutirait à l’obtention d’une matrice de confinement primaire. Les silices mésoporeuses seront adoptées comme matériaux support modèles, car la taille nanométrique de leurs pores permet une fermeture facilitée. Par ailleurs, la silice présente une composition chimique proches des matériaux de conditionnement des déchets nucléaires de haute activité. Cette nouvelle stratégie dite de séparation/conditionnement constituerait une simplification importante du nombre d’opérations, par rapport aux procédés « traditionnels » de traitement des effluents radioactifs qui nécessitent généralement une étape de concentration de la radioactivité (évaporation, précipitation...), suivie d'une étape d'enrobage. Elle pourrait être adaptée à tout type d’effluents liquides, aqueux ou organiques, contenant des radionucléides émetteurs alpha, béta, gamma. Ce procédé pourrait s'avérait intéressant pour le traitement des effluents produits dans les installations nucléaires (STEL...), et mais également pour le traitement des effluents provenant des chantiers de démantèlement du fait de sa compacité. Dans ce projet nous axerons notre étude sur le traitement d’effluents contenant principalement des actinides, qui présentent une radiotoxicité importante liée aux désintégrations alpha induites. Ce mode de désintégration pourrait s’avérer bénéfique pour la fermeture de la structure mésoporeuse étudiée, en conduisant directement à une matrice de confinement primaire. La fermeture de la porosité sous auto-irradiation sera donc particulièrement étudié, avec la réalisation de matériaux dopés avec des actinides à vie courte (244Cm, 238Pu). Un autre point innovant du projet AUTOMACT sera la recherche et le greffage de ligands sélectifs des actinides. A ce titre, le tributylphosphate qui est utilisé dans le procédé Purex pour la séparation de l'uranium et du plutonium, est un candidat potentiel. La finalité de ce projet est donc de proposer une nouvelle voie tout-en-un de séparation/conditionnement de RN à l’aide de matériaux spécifiques permettant à la fois les opérations de décontamination et leur évolution simple vers une matrice de confinement primaire.

Selon les accords de Paris adopté en 2015 par 195 pays, la limitation des émissions de gaz à effet de serre est une priorité mondiale afin de réduire significativement le réchauffement climatique. Pour concrétiser cet objectif, un effort considérable de développement d'énergies alternatives pour remplacer les énergies fossiles est poursuivi. Les carburants solaires sont l'une des approches les plus prometteuses pour la production d'énergie alternative. La production de ces combustibles solaires imite la photosynthèse et consiste à récolter l'énergie solaire avec une unité photosensible, telle qu'un semi-conducteur, et à utiliser un catalyseur pour stocker cette énergie dans des liaisons chimiques soit par photo-électrolyse de l'eau pour la production d'hydrogène renouvelable, soit par réduction de CO2 pour la production d'hydrocarbures. Dans ce contexte, les photoélectrodes à base de nanofils (NFs) III-V sont particulièrement intéressantes pour plusieurs raisons: 1) les nanofils possèdent un rapport surface / volume élevé, ainsi les nanofils offrent davantage de sites catalytiques pour induire des réactions photoélectrochimiques par rapport à leurs homologues planaires, un avantage indéniable puisque le combustible solaire est produit sur les surfaces des photoélectrodes. De plus, beaucoup moins de matériau est nécessaire, par rapport aux dispositifs à film mince, ce qui est d'un intérêt majeur pour réduire les coûts de fabrication. 2) Les NFs III-V peuvent être facilement dopés et / ou empilés avec ou sans dopage afin de contrôler la structure de la bande pour une séparation et une collecte efficaces des porteurs. La courbure de bande qui se produit naturellement à la surface des NFs est avantageuse pour la photoélectrolyse de l'eau, dans laquelle des réactions d'oxydation et de réduction ont lieu à différentes électrodes. 3) Les nanostructures III-V peuvent être fabriquées sur des substrats de Si à faible coût, permettant la fabrication de PEC monolithiques. 4) L'absorption de la lumière peut être significativement améliorée dans les réseaux de NFs, en particulier à partir des concepts de cristaux photoniques. 5) Le mouillage de l'électrolyte sur un réseau périodique de NFs pourrait être contrôlé dans une large mesure, en fonction de la densité et de la morphologie des NFs. L'objectif principal du projet BEEP est de fabriquer et d'étudier l'applicabilité complète des nanofils semi-conducteurs en tant que photoélectrode pour la photoélectrolyse de l'eau, de la croissance, la caractérisation à la fabrication du dispositif et son exploitation. Le projet est organisé en trois objectifs: 1) Ingénierie photonique et mouillage. 2) Étude du mécanisme de vieillissement et ingénierie de l'interface des photoélectrodes. 3) Fabrication d'un dispositif tandem photoanode / photocathode. Ces objectifs seront réalisés par un consortium (INL, SPEC, LCBM, MATEIS, ICJ) ayant une expertise complémentaire en mathématiques, physique et chimie et une expérience reconnue. 4 tâches ont été identifiées: Gestion (tâche 0), Conception (tâche 1), Fabrication (tâche 2) et Caractérisation (tâche 3). L'impact de BEEP sera double: premièrement, nous montrerons la pleine potentialité des électrodes semi-conductrices à base de nanofils pour la photoélectrolyse de l'eau dans le but d'obtenir le rendement le plus élevé sans dégradation des photoélectrodes. Deuxièmement, en démontrant une cellule de photoélectrolyse fonctionnant sans aucune énergie externe, nous prouverons la viabilité de notre approche en utilisant des matériaux à faible coût (substrat de Si et catalyseurs).

L'objectif de ce projet est de démontrer la production d'énergie thermo-magnétique (TMG) en utilisant des matériaux à effet magnéto-calorique géants (MCM) comme substance de travail pour convertir la chaleur fatale de faible température en électricité. Nous montrerons qu’un TMG à base de MCM peut rendre possible nouvelle génération de micro-générateurs à haute densité de puissance orientés vers des applications dans les bâtiments intelligents, les centres de données, les MEMS et les systèmes autonomes liés à IoT. Ceci sera réalisé par la conception et l'assemblage d'un dispositif TMG à haute densité de puissance. Nos études montrent qu'un contrôle actif et thermodynamiquement optimisé des transformations cycliques est la clé pour améliorer les performances du système. Par conséquent, de nos jours, le véritable verrou à faire sauter est d'atteindre un cycle thermodynamique optimal et contrôlé. Cela pose le problème d'intégrer efficacement le matériau actif avec la source de champ et de réaliser un contrôle thermique et mécanique satisfaisant du système. L'originalité de notre approche repose sur le fait que qu’on traitera le problème à partir d'une approche thermodynamique en temps finis, prenant en compte la production d'entropie due à la nature non quasi-statique des transformations, guidera les tâches consacrées à la conception d'un dispositif TMG au-delà de l'état de l'art, à l'optimisation des propriétés physiques des matériaux actifs et à la bonne intégration de la substance active dans le système. Notre démarche est: (a) la modélisation thermodynamique d'un TMG utilisant un matériau calorique comme substance de travail ; nous nous intéresserons ici à l'interaction entre l'équation d'état de la substance active, les échanges thermiques en temps finis (échanges non-statiques) et l'efficacité à puissance maximum; (b) la production et la caractérisation de films MCM aux propriétés optimisées ; le but principal étant ici de maximiser le changement de température adiabatique et de minimiser tous les processus irréversibles intervenant lors du changement de phase (hystérésis et cinétique de transition); (c) la conception et la réalisation d'un interrupteur thermique pour exercer un contrôle total des échanges thermiques tout au long du cycle thermodynamique TMG ; les objectifs clés ici sont un rapport élevé entre les états de haute (on) et basse (off) conductance thermique, une conductance thermique de l'état allumé le plus haut possible et un temps de commutation court; (d) la conception et l’intégration d'un réseau optimisé de micro-aimants : le but est ici double: d'une part, nous avons besoin d'un champ maximal approprié pour réaliser la transition de phase, d'autre part nous devons contrôler judicieusement la forme spatiale du champ pour ajuster correctement son intensité tout au long du cycle thermodynamique en utilisant de petits déplacements du film calorique; e) la conception et la réalisation du transducteur de conversion d'énergie mécanique-électrique, intégré dans l'interrupteur thermique: l'objectif est, selon le mécanisme de transduction considéré (piézoélectrique, magnétique ou capacitif), de concevoir la structure présentant le rendement de conversion le plus élevé tout en respectant les contraintes imposées par le comportement mécanique et thermique du film MCM. f) enfin, nous comparerons la densité de puissance et l'efficacité de notre dispositif entièrement assemblé aux micro-générateurs thermiques existants. Ainsi, en associant la caractérisation et l'optimisation avancées des matériaux à une conception innovante du système et à une simulation thermodynamique des principales propriétés technologiques de l'appareil, nous montrerons que l'utilisation de matériaux magnétocaloriques géants dans des microsystèmes TMG peut accroître la TRL de cette technologie de 3 à 4.

Le comportement des fluides multiphasiques complexes impliqués dans divers domaines industriels est en grande partie régi par des phénomènes multi-échelles, couplant des interactions à l'échelle moléculaire, méso et macroscopique. Ces couplages sont encore mal compris et nécessitent un développement de connaissances expérimentales et théoriques transférables à des applications technologiques. Plusieurs applications liées aux industries de l'énergie bénéficieront des améliorations du contrôle moléculaire et interfacial des phénomènes de transport. Le projet MUSCOFI vise à interpréter les données macroscopiques et à prédire les comportements macroscopiques en utilisant des outils de modélisation et expérimentaux pour élucider les phénomènes moléculaires qui 1) régissent la formation, l'agrégation et la stabilité des structures interfaciales dans les fluides polyphasiques; 2) contrôlent leur développement et leurs effets sur la rhéologie macroscopique et les phénomènes de transport, 3) et impactent l'efficacité des procédés dans les technologies énergétiques. C'est une opportunité unique de fédérer des équipes de recherche complémentaires dans un nouveau schéma collaboratif qui couvrira toute la gamme d'échelles, de la molécule au procédé industriel. Le projet MUSCOFI rassemble les partenaires français d'un projet international PIRE (programme américain NFS "Partnerships for International Research and Education"), dirigé par le City College of New York et comprenant 12 équipes de recherche des États-Unis, d'Allemagne, de Norvège et de France . Ce programme comporte des collaborations scientifiques, des échanges de chercheurs et d'étudiants ainsi que l'organisation de colloques sur l'étude multi-échelle de fluides complexes d'intérêt pour le secteur de l'énergie. MUSCOFI bénéficiera ainsi de synergies au niveau international en termes de coopération, de mise en réseau et de visibilité internationale. Les étudiants (2 PhD) et chercheurs (2 x 18 mois de Post Doctorat) qui seront recrutés pendant le projet bénéficieront des opportunités de stages dans les laboratoires partenaires à l'étranger, tandis que les étudiants étrangers seront accueillis dans les laboratoires français impliqués. Deux systèmes d'intérêt particulier dans le domaine de l'énergie seront étudiés : les asphaltènes à l'interface eau / huile et les hydrates clathrates en émulsion eau / huile. Ces systèmes interviennent dans diverses applications dans le pétrole et gaz, le stockage de la chaleur et la réfrigération à faible impact écologique. Les tâches du projet sont décrites ci-dessous: 1 Les systèmes modèles qui seront étudiés aux différentes échelles, ainsi que les conditions opératoires requises, seront validés au tout début du projet. 2 Au niveau moléculaire, la structure électronique sera décrite à l'aide d'une méthode d'approximation du type Tight Binding Density Functional Theory, afin d'extraire des données structurelles, énergétiques et thermodynamiques. 3 Les interactions aux interfaces liquide / liquide dans les conditions de formation de la phase solide seront étudiées à l'aide d'expériences microfluidiques. 4 L'extrapolation des résultats moléculaires, micro- et méso-scopiques au niveau macroscopique sera validée en mesurant l'influence de la composition des systèmes et de la présence d'additifs sélectionnés sur les comportements d'écoulement, la dynamique de changement de phase et les transferts de chaleur et de masse . 5 Des modèles seront ensuite développés dans une approche d'intégration et d'extrapolation qui inclura les résultats à l'échelle locale pour fournir des outils prédictifs macroscopiques. Le projet devrait produire d'abondants résultats expérimentaux et théoriques nouveaux, promouvoir le développement de méthodologies originales et offrir des opportunités pour de nouvelles coopérations nationales et internationales.

Aujourd'hui, la technologie du silicium à une seule jonction domine le marché du photovoltaïque (PV), avec plus de 90% de part de marché. Cependant, le rendement de conversion de puissance des cellules solaires au silicium est maintenant proche de la limite théorique. En effet, le record a été poussé à 26,7%, ce qui est proche de la limite théorique de la simple jonction de silicium d'environ 29%, lorsque la recombinaison Auger, inévitable, est prise en compte. Pour augmenter le rendement des cellules solaires au-delà de 30% tout en conservant l'utilisation matériau de silicium qui est abondant, bon marché et stable, une solution consiste à coupler le silicium avec un autre semi-conducteur ayant une bande interdite plus importante dans une configuration en tandem. Actuellement, la technologie tandem basée sur le silicium suit deux voies: le tandem monolithique à deux bornes (2TT) où les sous-cellules supérieure et inférieure sont connectées électriquement et optiquement, et les tandem à quatre bornes (4TT) où les deux sous-cellules sont électriquement indépendantes . Cependant, l'architecture 2TT doit gérer l'adaptation photocourant et optimiser les mécanismes de transport des charges de jonction tunnel entre les sous-cellules supérieure et inférieure, tandis que le dispositif 4TT doit traiter les problèmes liés aux contacts enterrés, à l'ombrage et aux pertes induites par l'interconnexion adhésive. La proposition THESIS vise à développer une cellule solaire tandem originale à 3 bornes (3TT). L'approche est triple: - Proposer une nouvelle technologie de cellule solaire avec 3 terminaux. Cela nous permet de supprimer la contrainte d'adaptation du photo-courant pour les deux cellules constituant la cellule tandem. De plus, une cellule tandem à 3 bornes n'a pas besoin de jonction tunnel. - Faciliter l'accès aux différents contacts des cellules supérieure et inférieure sans nécessiter de gravure et sans avoir à aligner les grilles de contact enterrées, - Combiner les avantages de la technologie silicium fiable et maîtrisée avec ceux des technologies émergentes, permettant la création d'un empilement d'hétérojonctions avec le silicium. Cette nouvelle technologie de cellule tandem à trois terminaux que nous avons brevetée est rendue possible de manière innovante et simple en utilisant une cellule PV au silicium avec des contacts arrière interdigités en face arrière (Interdigitated Back Contacts : IBC) sur la face arrière comme sous-cellule inférieure et en déposant un semi-conducteur à large bande interdite à la face avant c-Si de la cellule IBC, avec une barrière sélective de discontinuités de bande (Band Offset Barrier : BOB) à l'interface afin de former un empilement à hétérojonction réalisant une sous-cellule hétérojonction supérieure. Cette barrière est choisie pour que l'hétérojonction permette une séparation du fonctionnement des deux cellules. Dans le projet THESIS, nous proposons de nous concentrer sur les perovskites émergentes en tant qu'absorbeur type p de la cellule supérieure. L'interface entre la pérovskite et le silicium sera activement étudiée dans le projet et nécessitera des investigations approfondies pour améliorer la qualité de l'interface et le fonctionnement du dispositif. Nous prévoyons d'utiliser également l'empilement p / i a-Si: H comme, formant une cellule à hétérojonction verticale (p) a-Si: H / (i) a-Si: H / (n) c-Si. Bien sûr, nous ne prévoyons pas les meilleures performances photovoltaïques avec cette sous-cellule en raison des propriétés de transport limitées de a-Si: H. Cependant, la croissance de la qualité du dispositif a-Si: H pour la sous-cellule supérieure et la technologie IBC c-Si sont déjà bien maîtrisées dans le consortium, ce qui nous permettra de fabriquer une preuve de concept pour cette architecture 3TT innovante. Ce sera une percée dans le monde PV, puisque l'architecture 3TT n'a jamais été démontrée jusqu'à présent.

Maîtriser les propriétés rhéologiques des interfaces est essentiel pour contrôler la stabilité et le comportement sous drainage par exemple des matériaux multiphasiques comme les mousses et les émulsions. En effet, l’écoulement entre les bords de plateau et les films fins dépend des modules viscoélastiques de la monocouche de surfactants. La rhéologie interfaciale joue aussi un rôle important dans la rhéologie de suspensions de particules déformables. C’est ainsi le cas du sang pour lequel les interactions hydrodynamiques entre les globules rouges (GRs) sont médiées par la réponse des membranes des GRs, la viscosité interfaciale de cisaillement jouant un rôle important. Dans de nombreuses applications en peinture dans le bâtiment ou en bio-ingénierie comme l’encapsulation par exemple, la propriété « auto-cicatrisante » assure une durée de vie plus grande aux surfaces traitées ou aux molécules actives internalisées dans des capsules. Cette propriété est pour partie liée au réarrangement des macromolécules à l’interface. Elle se traduit dans les modules viscoélastiques interfaciaux ainsi que dans la loi constitutive qui régit la mécanique interfaciale. Cependant, ces propriétés, en particulier les viscosités interfaciales de cisaillement et de dilatation, sont très difficiles à mesurer indépendamment avec les méthodes standard de rhéologie car les déformations de cisaillement et de dilatation sont souvent concomitantes. Ainsi un accord entre les différentes techniques standard est relativement rare dans le cas des surfactants. Dans le cas des microcapsules, le module élastique et la viscosité élongationnelle sont souvent peu étudiés ou mesurés. 2DVISC réunit un consortium multidisciplinaire de trois laboratoires LPS (matière molle, physico-chimie), LRP (rhéologie, mécanique des fluides) et M2P2 (Calculs Hautes Performances et mécanique des fluides) dans le but de proposer une nouvelle méthode de mesure des modules viscoélastiques interfaciaux de bulles, gouttes et capsules. Ainsi, la tension de surface, le module de Marangoni et les viscosités surfaciques de cisaillement et de dilatation dans le cas des bulles et gouttes et les modules élastiques et les viscosités surfaciques de cisaillement et de dilatation dans le cas des capsules seront mesurés. Le principe n’est pas d’appliquer une pure déformation soit de cisaillement soit d’élongation et de mesurer les contraintes nécessaires (ou l’inverse). Dans cette méthode, différents écoulements linéaires sont obtenus en variant leurs taux de cisaillement et d’élongation dans des chambres (milli-)microfluidiques. Ils sont appliqués à des objets fermés et déformables telles que des bulles, des gouttes et des capsules. Leurs déformations, leurs réorientations et les temps caractéristiques associés sont mesurés dans une large gamme de débit. Les résultats sont comparés avec la prédiction de modèles théoriques à établir dans la limite des des faibles déformations (quasi-sphérique, régime linéaire) et des simulations numériques à réaliser (code « maison ») valables dans les régimes linéaires et nonlinéaires. Plusieurs expériences sont envisagées afin de comparer les résultats entre eux mais aussi avec des techniques standard de rhéologie interfaciale. Finalement, dans le cas des gouttes et des capsules, nous intègrerons le tout dans une puce microfluidique « Four-Roll Mill » capable de produire une grande variété d’écoulements linéaires et permettant une observation par microscopie avec le but de proposer une « toolbox » dédiée à la rhéologie interfaciale.

Parmi les différentes classes de polymères, les polymères vinyliques sont utilisés dans une gamme d'applications de plus en plus large, notamment en tant que biomatériaux pour lesquels la dégradabilité est une caractéristique critique. Le développement de polymères (bio)dégradables fait l'objet d'une grande attention compte tenu de leur utilisation intensive dans de nombreux domaines ((nano)médecine, microélectronique, protection de l'environnement). Profitant de voies de synthèse simples à mettre œuvre, différentes stratégies ont été développées pour conférer aux polymères vinyliques un caractère dégradable. La stratégie la plus simple consiste à utiliser un agent de réticulation dégradable. Le réseau polymère résultant peut être dégradé en fragments de masses molaires plus faibles par clivage de l'agent de réticulation. D'autres stratégies peuvent donner accès à des chaînes linéaires dégradables. Elles sont basées sur la condensation de petites molécules ou d'oligomères dégradables. Cependant, ces stratégies nécessitent des chimies multi-étapes limitant leur large utilisation. Ainsi, un très grand nombre de matériaux biodégradables disponibles dans le commerce pour des applications médicales et non médicales est basé sur des polyesters aliphatiques, pour lesquels les groupes ester peuvent être clivés dans des conditions hydrolytiques ou en présence d'enzymes spécifiques (estérases). Les polyesters sont obtenus par (co)polymérisation de glycolides, de lactides, de l'epsilon-caprolactone et/ou de leurs dérivés. Tandis que les polymères vinyliques peuvent être facilement obtenus par polymérisation radicalaire, les polyesters sont principalement obtenus par polymérisation par ouverture de cycle ou par polycondensation, techniques qui ne sont pas facilement compatibles avec la préparation de particules polymères en phase aqueuse. Par conséquent, les particules de polyester dégradables qui sont d'une importance primordiale dans les domaines liés à la biologie (sutures résorbables, reconstructions tissulaires, systèmes de délivrance de principes actifs) sont presque exclusivement obtenues par émulsification de polymères préformés (nanoprécipitation, émulsion par évaporation de solvant). Cependant, des dispersions présentant de très faibles taux de solides sont obtenues (1-5% en poids), ce qui représente une limitation majeure en termes d'utilisation et de développement industriel. Par conséquent, il existe un besoin fondamental et industriel de développer de nouvelles stratégies de synthèse de particules dégradables de type polyester permettant de lever les limitations des systèmes actuels et mentionnées plus haut. Des polyesters ou des polymères vinyliques contenant des motifs ester intra-chaîne peuvent par ailleurs être obtenus par une (co)polymérisation radicalaire de cétène acétal cyclique (CKA), une classe de monomères pouvant subir une (co)polymérisation par ouverture de cycle radicalaire (rRO(co)P). La nature radicalaire de la rROP ouvre la voie à sa transposition en milieu dispersé, procédé industriel privilégié pour produire des dispersions de particules de polymères vinyliques à haut taux de solides, en particulier dans l'eau. Ceci est cependant associé à de réels défis liés à la stabilité hydrolytique des CKAs. Le but du projet CKAPART est de développer des stratégies innovantes pour préparer des copolymères vinyliques dégradables en milieux dispersés en produisant des particules de type polyester. Pour relever ce défi, une gamme de nouveaux CKA hydrophiles, hydrophobes ou fonctionnels seront synthétisés et évalués dans des polymérisations en miniémulsion ou en émulsion ensemencée. CKAPART veut en outre évaluer la dégradabilité et le potentiel des particules dispersées dans l'eau pour la formation de nano-véhicules pour des applications de délivrance de principes actifs et d'imagerie.

Le développement de nouvelles stratégies efficaces et stéréosélectives de fonctionnalisation de sucres reste un défi majeur de la communauté des glycochimistes. Dans ce contexte, le but principal de ce projet consiste à développer de nouvelles approches de C(sp3)-H fonctionnalisation innovantes aussi bien de la position anomérique que des autres positions de sucres . Ces méthodes feront appel à la stratégie de groupement directeur transitoire et permettront de fonctionnaliser une liaison C(sp3)-H avec un parfait contrôle de la stéréosélectivité indépendamment des groupements protecteurs. De plus, des études mécanistiques seront réalisées afin de mieux comprendre les paramètres fondamentaux qui gouvernent la réactivité mais aussi la stéréosélectivité de la réaction.

L'incorporation d’atomes de fluor dans les biomolécules présente un intérêt majeur pour moduler leurs propriétés. Ils permettent, souvent de façon rationnelle, de modifier favorablement leurs propriétés biophysiques et chimiques telles que la lipophilie, la stabilité chimique et métabolique, la réactivité et la conformation. Les composés fluorés peuvent également être utilisés en tant que sondes efficaces pour des études de RMN 19F. Nous prévoyons de tirer partie de toutes ces propriétés pour développer des peptides fluorés conduisant à une nouvelle classe d'inhibiteurs de la protéine Pin1 impliquée dans différentes pathologies dont le cancer. L'introduction rationnelle d’atomes de fluor dans des ligands peptidiques permettra (i) de stabiliser la conformation de l'état de transition, (ii) un meilleur profil biologique, (iii) l’étude par RMN des interactions ligand /site catalytique de Pin1 ainsi que le criblage d’inhibiteurs. Ce projet implique un consortium pluridisciplinaire de chimistes dont les expertises sont la synthèse organique, les études de docking in silico et les méthodes biophysiques telles que la RMN.

La synthèse organique s'appuie fortement sur des processus catalytiques impliquant des acides de Lewis forts. L'utilisation de tels composés suscite des interrogations en ce qui concerne la nature exacte de l'espèce active. Les acides de Lewis forts ont effet la capacité de générer des protons de diverses manières dans le milieux réactionnel (protocatalyse dissimulée) ou peuvent se décomposer en d'autres acides de Lewis pouvant être l'espèce active réelle (métallocatalyse dissimulée). De plus, les espèces métalliques et les protons peuvent intervenir de concert au cours d'un processus catalytique (catalyse coopérative). Ce projet de 42 mois est une quête destinée à mettre à jour les espèces actives réelles dans des réactions catalytiques impliquant des acides de Lewis forts. Nous voulons débusquer ces espèces par un suivi spectroscopique minutieux. Il est également prévu d'utiliser un spectromètre de masse permettant d'effectuer des séquences de réactions activées par collisions, des dissociations induites par collisions, ainsi que des expériences de mobilité ionique. Les résultats seront rationalisés par calculs DFT.

Afin de répondre aux demandes croissantes de nouvelles molécules originales dans divers domaines d'applications (sante´, matériaux), le développement de groupes fonctionnels innovants s'avère de plus en plus nécessaire. Le sélénium et le fluor ont été´ identifiés comme des atomes jouant des rôles clés dans la modulation des propriétés de nombreux édifices moléculaires. Leur association au sein d’une même entité chimique devrait conduire à des molécules inédites. L’objet de ce projet de recherche est double : décrire la synthèse de groupes fluorés-séléniés quasiment inconnus, en position aromatique ; mettre au point de nouvelles méthodologies d’introduction de ces mêmes groupes, dans des édifices moléculaires complexes. De nombreux composés di- tétra- et hexavalent du sélénium sont visés avec une extension finale vers des composés radiomarqués.

Les acides sialiques (SA) sont les acteurs majeurs de nombreuses fonctions biologiques telles que la reconnaissance hôte-pathogène. Si les voies de biosynthèse des SA sont bien décrites chez les eucaryotes, cela n’est pas le cas chez les bactéries. Les objectifs du projet NEURAPROBE sont de développer de nouveaux outils de marquage, d'étudier l'incorporation des SA via la stratégie du rapporteur chimique, dans les bactéries pathogènes par rapport aux cellules humaines, et dans des modèles d'infection cellulaire, pour déceler des différences fondamentales et identifier des cibles bactériennes qui serviront à cribler des banques chimiques. Alors que la majorité des articles publiés se concentre sur une visualisation au niveau cellulaire via une sonde fluorescente, nous tenterons de gagner en résolution en utilisant des sondes métalliques détectables par des méthodes modernes de microscopie électronique. Cette ingénierie n’a encore jamais été utilisée sur de tels systèmes biologiques.

Le projet FLAG-IR consiste à exploiter la technique d'écriture directe 3D par laser femtoseconde afin de structurer des verres dédiés à l’IR (2-5,5microns et 8-11microns) pour la réalisation de composants optiques à faible coût et intégrés pour les applications SWaP (réduction de taille, poids et puissance). L'interaction du laser femtoseconde avec des matériaux transparents est telle que le changement d'indice de réfraction peut être aussi grand que +/-10-2 dans la plupart des matériaux transparents, il est possible de créer une forte biréfringence linéaire dans de nombreux verres d’oxydes avec un contrôle fin de l'orientation des axes neutres, l'atténuation peut être inférieure à 1dB/cm et la vitesse d'écriture peut être supérieure au cm/s! De plus, grâce à des interactions non linéaires, la structuration peut être réalisée en 3D avec une résolution latérale submicronique. Ces caractéristiques conduisent à imaginer d’énormes progrès dans le développent de composants photonique à faible coût grâce à la flexibilité de cet « outil ». La capacité à contrôler la direction des axes neutres et à induire des contrastes d'indice de réfraction élevé conduit à l'ingénierie de dispositifs optiques intégrés uniques avec des variations de biréfringence ou d'indice de réfraction spatialement variables. En collaboration avec l'ONERA, FLAG-IR propose d’utiliser le laser femtoseconde pour créer des fonctions optiques notamment dans des verres d’oxyde lourd (GeO2-Ga2O3-BaO) dédiés au moyen IR 2-5.5µm ainsi que des chalcogénures Ge-Sb-S (jusque 11µm). En effet, dans le domaine de l'instrumentation infrarouge, il y a un fort besoin de systèmes optiques miniaturisés, intégrés et bon marché pour les applications à la fois civiles (domotique, smartphone, automobile) et militaires (guidage de véhicules ou d’armement, surveillance, décamouflage, déleurrage). Les contraintes en termes de taille et de poids de ces systèmes optiques sont si exigeantes que les systèmes optiques traditionnels présentant « un seul axe optique » ont atteint leurs limites. Par conséquent, de nouvelles percées dans la conception optique ont été proposées, elles consistent à développer des architectures multi-canaux bio-inspirés et intégrant des fonctions optiques utilisant des composants optiques planaires. Dans ce domaine, les «nouveaux» matériaux IR comme les verres à base de GeO2 contenant des oxydes lourds (Ga2O3-GeO2-BaO-K2O) sont d’excellents candidats, pour réaliser des gros volumes et à faible coût de production. Ainsi, la possibilité de faire de mise en forme 3D directement dans ces matériaux par l'utilisation de lasers femtoseconde permettra réaliser ces composants planaires amis aussi d’agrandir le panel de fonctions optiques que nous pourrions encoder dans un petit appareil. L'objectif principal de FLAG-IR est de maîtriser l'interaction laser femtoseconde avec certains matériaux IR bien choisis afin d'obtenir des composants optiques intégrés à faible coût pour les applications IR et en particulier la réduction SWaP (taille, poids et puissance). Plus spécifiquement, nous proposons «d'étendre» aux matériaux IR les résultats déjà obtenus en SiO2 et GeO2 qui ont été une source importante de nouvelles découvertes, qui peuvent être expliquées et donc exploitées à la fois par la défense et par les entreprises civiles. Poussés par les spécifications des applications IR prévues par l'ONERA et ses partenaires industriels comme la SOFRADIR, nous appliquerons les résultats déjà obtenus dans des verres silicatés aux verres gallo-germanates (transparence jusqu'à 5,5µm), qui sont au cœur du projet. De plus, nous effectuerons des "investigations préliminaires" sur la famille des chalcogénures Gex-Sb10-S100-x (jusqu'à 11µm pour les échantillons <200microns impliqués dans ce projet) pour lesquels nous avons déjà des échantillons disponibles et les paramètres de traitement laser femtoseconde basées sur des investigations récentes au sein de notre consortium et de nos partenaires.

L’application d’un courant électrique à un alliage métallique présente un fort potentiel pour le développement et l’optimisation des matériaux. Tout d’abord, elle permet un suivi in situ de l’évolution microstructurale lors des traitements thermiques et thermo-mécaniques. Par ailleurs, elle permet de modifier les microstructures. Cependant, malgré ce fort potentiel, son déploiement vers l'échelle industrielle nécessite une meilleure compréhension des interactions entre courant électrique et évolution microstructurale. L’objectif de ce projet est précisément de développer un cadre théorique à l’échelle de la microstructure basé sur une approche en champ de phase. Cette démarche sera appliquée à deux situations complémentaires pour lesquelles des expériences dédiées seront réalisées sur des alliages métalliques modèles : (1) le suivi de la résistivité électrique lors de transformations de phase ; (2) la modification des microstructures par application de champs électriques intenses. Le modèle Champ de phase intégrera les actions des diverses forces motrices en jeu, c.à.d. les énergies libres des différentes phases, la cinétique des interfaces, la relaxation des contraintes élastiques générées par désaccord de réseau et, finalement, l’électrocinétique et le transport de matière par électromigration. Le model permettra ainsi d’étudier la réponse électrique d’une microstructure en évolution ainsi que son contrôle par transport convectif généré par des courants intenses. Le code associé sera implémenté dans une version 3D pour simuler des situations réalistes présentant des arrangements complexes. Dans une 1ere partie, sans électromigration puisque les courants seront faibles, le modèle sera utilisé pour calculer la résistivité d’une microstructure. Ces simulations permettront d’aller au-delà des modèles d’homogénéisation souvent utilisés pour interpréter les mesures, ces modèles ne pouvant rendre compte de la répartition très inhomogène des densités de courant associée aux arrangements 3D observés. Plus précisément, le modèle sera utilisé pour analyser des expériences sur l'alliage Ti-15%Mo. Tout d'abord, tirant parti de la transformation de phase beta->alpha à haute température, des microstructures seront générées par traitement thermique isotherme ou cyclique. Ensuite, en utilisant la transformation beta->omega à basse température, des traitements thermiques isothermes seront réalisés afin d'obtenir des microstructures avec des champs de concentrations en Mo hétérogènes. Ces microstructures seront caractérisées en microscopie (MEB, MET) et en diffraction de rayons X de haute énergie. Les mesures correspondantes de résistivité seront comparées aux prédictions du modèle de champ de phase. Dans une 2nde partie, prenant en compte le transport de matière par électromigration, le modèle permettra d’étudier comment un courant électrique peut être utilisé pour contrôler l’évolution d’une microstructure. Nous analyserons la sensibilité de la réponse microstructurale aux différents types de courant (continu, alternatif, pulsé). Une attention particulière sera portée à la compétition entre échelles de longueurs générées par un courant pulsé et longueurs internes (diffusion, taille des précipités, distance entre interfaces). L’action simultanée de ces échelles peut générer des morphologies particulières et permettre ainsi un contrôle de la microstructure. Sur le plan expérimental, un nouveau dispositif sera élaboré afin d’accéder aux conditions requises pour analyser les alliages choisis (température, vitesse de chauffage et de refroidissement, atmosphère contrôlée) et utiliser des courants continus ou pulsés. Les expériences sur le système Fe-C seront centrées sur l’étude de la propagation de l’interface austénite/ferrite et sur l’impact d’un courant appliqué sur la diffusion des atomes de carbone. Enfin, les mesures sur le système Fe-Cu seront centrées sur l’action du courant appliqué sur les mécanismes de nucléation et de croissance.

Avec la montée des nanosciences, les nanotubes ont été reconnus comme une plate-forme modèle pour la recherche fondamentale sur le confinement. Ces nanostructures sont également considérées comme des « briques élémentaires » essentielles, et qui pourraient surpasser les technologies utilisées actuellement en nanofluidique, pour le tri moléculaire ou le stockage d’énergie. Entre-temps, le concept de photo-catalyse assistée par nanoconfinement a commencé à retenir l'attention avec le développement de nanostructures photo-actives et à polarisation permanente. Cependant, l'utilisation de nanotubes polarisés afin de coupler confinement et photo-catalyse reste encore à explorer. Ce concept ambitieux nécessite de contrôler à l’échelle nanométrique les interactions avec l'interface, un contrôle qui n'a jamais été réalisé jusqu'à présent. Dans ce contexte, les nanotubes d’alumino-silicate et d’alumino-germanate, de type imogolite (NTI) apparaissent comme des candidats idéals pour trois raisons : (i) la synthèse de NTI produit des échantillons monodisperses en diamètre tout en contrôlant à la fois la taille des pores (de 1 à 3 nm) et les propriétés des interfaces (hydrophile ou hydrophobe) par substitution atomique (ii) le mode de croissance des NTIs par fixation orientée pendant le stade de vieillissement offre un chemin unique pour contrôler au niveau de l'angström la morphologie du nanotube final (iii) les nanotubes présentent une polarisation permanente de la paroi du tube et une séparation dans l’espace réel des bandes de valence et de conduction, qui pourrait être efficace pour une amélioration des activités photo-catalytiques Le projet C3PO est un projet Jeune Chercheur (JCJC) qui a pour objectif ambitieux d'ouvrir de nouvelles voies afin de développer des nanotubes à diamètre contrôlé avec des parois amphotères et polarisées pour des applications de photo-catalyse assistée par confinement. La première tâche sera l'exploration de nouvelles voies de synthèse pour produire des structures innovantes avec des interfaces nanostructurées. La formation de nanotubes hybrides sera optimisée en suivant in situ leurs mécanismes de croissance. La seconde tâche étudiera les propriétés de confinement et l'exploitation de la polarisation des parois pour la photocatalyse. Les résultats de ce projet devraient également influencer stimuler le domaine émergent du confinement dans des nanocanaux uniques, où les propriétés des molécules s'écartent fortement de ce que les approches des milieux continus prédisent. Ce projet JCJC constitue une base importante pour les futurs développements dans le domaine des nanomatériaux et des nanotechnologies. Bien que ce projet en amont de tout développement ne vise pas une application en particulier, les bénéfices attendus lors de sa réalisation devraient avoir un impact sur plusieurs enjeux actuels pour les développements technologiques futurs: - Concevoir des nanostructures hybrides innovantes avec des interfaces hybrides de manière prédictive - Contrôler à l'échelle nanométrique les interactions avec l'interface lors du confinement - Explorer pour la première fois le concept de photocatalyse assistée par confinement dans des objets nanoporeux polarisés

Un des défis actuels de la plasmonique est de contrôler l’environnement moléculaire des nanostructures, une voie prometteuse pour intégrer des fonctionnalités intelligentes. L’objectif de "SupraSwitch" est de coupler des nanoparticules (NP) métalliques avec des fluorophores tout en contrôlant leur écartement à l’aide de molécules stimuli-sensibles telles que les complexes hôte/invité et le polymère thermosensible poly(N-isopropylacrylamide). En raison de la forte influence de la distance NP/fluorophore sur les mécanismes d’extinction/exaltation, il sera possible d’obtenir une large modulation de la luminescence. Les commutateurs synthétisés seront caractérisés par : i) une réponse à de multiples stimuli, ii) un contrôle externe, iii) une réponse rapide et réversible, iv) une compatibilité avec une large gamme de fluorophores et v) une intégration possible sur des surfaces. Ces propriétés élargiront le champ d’application de la plasmonique, allant du biodiagnostic en solution jusqu'aux nanomatériaux intelligents pour des capteurs et marqueurs confinés en surface. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous utiliserons notre savoir-faire en synthèse organique, chimie supramoléculaire et de surface, nanofabrication et caractérisation physico-chimique. L’expertise du groupe dans les systèmes stimuli-sensibles et les propriétés de luminescence permettra mener à bien plusieurs étapes critiques du projet. Premièrement, nous étudierons plusieurs molécules stimuli-sensibles, allant des complexes hôte/invité aux macromolécules rigides et aux polymères ramifiés pour identifier les interactions supramoléculaires les plus efficaces pour contrôler la distance entre les NP et les fluorophores. Deuxièmement, nous utiliserons des avancées récentes de la nanofabrication “bottom-up”, telles que la nanolithographie micellaire, pour fabriquer des surfaces plasmoniques bien contrôlées et ajustables, à faible coût et haut rendement. Troisièmement, nous chercherons à augmenter la modulation de la luminescence en contrôlant les interactions non spécifiques lors de l’étape de fonctionnalisation des surfaces. Quatrièmement, l'accès direct à plusieurs techniques de caractérisation (fluorescence, électrochimie, AFM, ellipsométrie) nous permettra de caractériser les interactions NP/fluorophore et de maximiser les stimuli étudiés (électrochimie, lumière, température). Enfin, notre expertise en luminescence et en microfluidique nous permettra d'évaluer pour la première fois la performance des commutateurs supramoléculaires / plasmoniques incorporés dans des capteurs et des marqueurs optiques confinés en surface. “SupraSwitch” représente donc un projet multidisciplinaire, impliquant à la fois des aspects fondamentaux et appliqués, avec un fort potentiel d’applications innovantes dans les domaines de science des matériaux et de la nanotechnologie.

L’industrie commence à mettre sur le marché des applications tirant profit des propriétés intrinsèques des Nanotubes de Carbone Monoparoi (SWNT) : résistance mécanique et rapport d’aspect inégalés, et caractère métallique ou semi-conducteur dépendant de la façon dont les tubes sont enroulés. D’un point de vue fondamental, et aussi pour la viabilité commerciale de ces applications, la compréhension des mécanismes et la mise au point d’un procédé permettant la fabrication, au choix, de SWNTs semi-conducteurs (sc-) ou métalliques (m-) demeure un des points clés. La synthèse par dépôt chimique en phase vapeur (CVD), qui a lieu à haute température (600 – 1200 C) et dans un environnement chimique complexe, n’est pas complètement maitrisée. Néanmoins, des résultats récents démontrant une croissance sélective ont déclenché une série de questions et des efforts renouvelés pour résoudre le problème. L’objectif du projet GIANT est donc de profiter des avancées récentes que nous avons obtenues dans la compréhension des mécanismes de croissance, pour arriver à un contrôle effectif des propriétés des SWNTs pendant leur synthèse. Dans un projet précédent, avec les mêmes partenaires, nous avons démontré l’importance du contrôle, pendant la synthèse, du mode de croissance, caractérisé par la géométrie de l’interface entre le tube et la nanoparticule (NP) de catalyseur. Un modèle thermodynamique reliant les énergies d’interface à la chiralité des tubes produits a été mis au point, et nous avons aussi montré que l’utilisation de NP bi-métalliques donnait une meilleure sélectivité. Le fil conducteur du projet sera focalisé sur l’étude de la chimie et la structure de l’interface SWNT / NP par de nouvelles techniques expérimentales dédiées. Guidés par notre modélisation, nous allons développer de nouveaux catalyseurs par différentes méthodes, utilisant, entre autres, la méthode originale mise au point par greffage et calcination d’Analogues de Bleus de Prusse, qui permet de former des agrégats bi-métalliques dispersés, stables et de composition contrôlée. Des expériences in situ et en temps réel permettront des observations plus pertinentes que ce qui était fait auparavant post mortem. Un atout essentiel du projet sera l’utilisation de la plateforme NanoMAX, qui combine un microscope électronique (TEM) environnemental à l’état de l’art, avec le développement d’une cellule permettant l’injection de gaz réactifs dans les mêmes conditions que le réacteur de CVD sous UHV, utilisé au laboratoire. L’évolution chimique et structurale des catalyseurs sera aussi étudiée in situ et en temps réel sur la plateforme FENIX du LPICM. Un recoupement systématique de l’évaluation des distributions chirales des SWNT produits, par spectroscopie Raman et TEM (imagerie et diffraction) sera effectué. Les données in situ seront comparées aux analyses menées post mortem par des techniques de caractérisation avancées. En lien constant avec l’expérience, la théorie et la modélisation permettront de guider les choix de catalyseurs, et aideront à l’interprétation des résultats. La modélisation thermodynamique sera complétée par un modèle de cinétique. Nous étendrons nos simulations numériques atomistiques (Monte Carlo) à deux types de systèmes présentant des affinités différentes pour la carbone (NiPt, WC ou Mo2C), pour étudier les modes de croissance associés, et les chiralités résultantes. Chaque famille de système catalytique (NiPt, CoMo et CoW, WC ou Mo2C, précurseur de C et conditions de croissance) sera testée de façon itérative pour sa capacité à démontrer une croissance sélective. En cas de succès, elle sera employée pour produire des tubes métalliques ou semi-conducteurs qui seront incorporés dans des dispositifs (capteurs, transistors, pointes pour l’émission de champ …). Un critère de succès du projet sera l’identification de systèmes catalytiques sélectifs (sc ou m), avec des rendements raisonnables et la compréhension des mécanismes sous-jacents.

Nous sommes et serons dans l’avenir de plus en plus exposés à des nanoparticules (NPs) carbonées de type nanotube ou graphène du fait de leur utilisation croissante dans l’industrie et de leur intérêt pour le domaine biomédical. Pourtant on connait mal le devenir dans l’organisme et l’impact sur la santé de ces nanostructures uni- ou bidimensionnelles (1D ou 2D) qui peuvent perdurer à long terme dans nos structures biologiques. Le lysosome est le compartiment intracellulaire où converge la majorité des NPs captés par les cellules et c’est aussi un organite essentiel à la dégradation des matériaux tant endogènes qu’exogènes. L’accumulation et la persistance de NPs dans les lysosomes peuvent être à l’origine de dysfonctionnements lysosomaux : un défaut dans la capacité naturelle du lysosome à dégrader des protéines pourrait par exemple conduire à l’accumulation d’agrégats protéiques observés dans la plupart des maladies neurodégénératives et lysosomales. Actuellement, le lien entre la prise en charge des nanomatériaux par les lysosomes, leur capacité à transformer et dégrader les NPs et le maintien de leurs fonctions biologiques reste à établir avec précision. L’objectif du projet CycLys est de comprendre en quoi les caractéristiques physiques et physicochimiques de NPs à base de carbone – nanotubes et graphènes – et d’analogues 2D, peuvent influencer leur cycle de vie intracellulaire (persistance ou dégradation) et affecter l’homéostasie cellulaire. Le projet vise à mettre en évidence les paramètres (structure, matériaux, taille, fonctionnalisation) et les mécanismes qui gouvernent la biodégradation de NPs 1D et 2D bien caractérisées, ainsi que leur impact toxicologique. Ces interrogations sont essentielles pour l’implémentation industrielle de ces NPs et pour aller au-delà du principe de précaution dans leur utilisation. Notre consortium pluridisciplinaire, qui rassemble des experts en nanophysique, chimie des nanoparticules, microscopie électronique, biologie cellulaire et toxicologie propose une approche intégrée et multi-échelle de cette question, basée sur les découvertes les plus récentes sur la biologie du lysosome et de nouvelles méthodes de microscopie électronique pour caractériser in situ les biotransformations des NPs à l’échelle nanométrique. Nous comparerons le cycle de vie de ces NPs in vivo chez la souris jusqu’à six mois après exposition pulmonaire, in vitro dans des cellules de fibroblastiques ou encore en temps réel dans des milieux mimant l’environnement lysosomal. On cherchera à mettre en évidence les mécanismes d’adaptation du lysosome à l’accumulation des NPs et au besoin de les dégrader, et leurs conséquences sur l’activité lysosomale pour la dégradation protéique, dans des conditions physiologiques ou dans des situations de dysfonctionnement lysosomal (modèle murin de maladie lysosomale, la cystinose). Les paramètres identifiés comme essentiels dans le devenir des NPs et leurs conséquences biologiques devraient contribuer à rationaliser le design des NPs carbonés ou de certains analogues pour une utilisation sans danger à long terme.

L'éradication des infections virales est un défi persistant dans le domaine médical, non seulement en raison du problème de la propagation mais aussi de la capacité du virus à évoluer par des mutations génétiques. Contrairement aux infections bactériennes, qui sont le plus souvent traitées avec des antibiotiques, le développement du traitement antiviral est difficile et l'immunisation contre les infections virales n'est pas toujours possible. Ces considérations s'appliquent également aux maladies respiratoires causées par le coronavirus humain (HCoV). Initialement, l'infection au coronavirus MERS-CoV (Middle-East Respiratory Syndrome Coronavirus) à était sporadique. Cependant, l'infection horizontale chez les patients humains observée en particulier dans les milieux hospitalier a soulevé des préoccupations quant au potentiel pandémique du MERS-CoV. L'objectif du projet NanoMERS est l'identification de nanomatériaux spécifiques dérivés d'agents anti-MERS-CoV inhibant efficacement l'entrée virale et leurs tests in vitro et in vivo. Ce projet pluridisciplinaire implique trois équipes (IEMN-Université de Lille, Institut Galien Paris-Sud, Centre d'Infection & Immunité de Lille) très complémentaires avec le savoir-faire technique préexistant de chaque partenaire. L'accent sera mis sur l'utilisation des C-dots et des graphène-dots modifiés ainsi que des formulations à base de poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA). Les objectifs principaux sont l’identification des nanostructures anti-MERS-CoV les plus prometteuses à partir des tests in vitro, l’étude de leur profil pharmaco-cinétique, leur administration pulmonaire par nébulisation chez la souris, ainsi que l’évaluation des nanostructures anti-MERS-CoV les plus encourageantes sur des épithéliums respiratoires humains reconstitués en 3D infectés par MERS-CoV.

Dans le cadre de la recherche de systèmes innovants et performants pour le diagnostic et la thérapie, les nanoparticules (NPs) présentent les avantages d'une pharmacocinétique prolongée et d'une biodistribution modulable par vectorisation active ou passive. Cependant, alors que de nombreuses NPs inorganiques ont été identifiées comme prometteuses depuis les années 90, moins de dix sont aujourd'hui approuvées en médecine humaine. L'instabilité colloïdale en milieux biologiques et les difficultés de contrôle/caractérisation de la fonctionnalisation de ces nano-objets sont des problèmes qui limitent leur développement pour les applications biomédicales. Afin de résoudre ces problèmes, nous proposons de développer des polymères avec une structure parfaitement définie permettant d'obtenir un habillage de surface des NPs stable et biocompatible. Ce projet explore une approche novatrice pour concevoir et synthétiser des peptides multi-fonctionnalisables et de valider leur potentiel sur des NPs inorganiques pour des applications biomédicales. Cette stratégie modulaire permet une conception rationnelle de l’habillage de surface des NPs en fonction des propriétés désirées. Le potentiel de cette nouvelle stratégie sera démontré sur des NPs inorganiques prometteuses, les nanobâtonnets d’or. Ces NPs d'or sont particulièrement attrayantes, de par leurs propriétés optiques uniques et leurs applications potentielles en nanomédecine grâce à des propriétés photoacoustiques, photothermiques ou encore de radiosensibilisation en radiotherapie. Ce projet, allant de la synthèse d’acides aminés modifiés à une évaluation in vivo des NPs ouvrira la voie au développement de nanobâtonnets d’or comme nanomédicaments ciblés. Compte tenu du potentiel prometteur des nanoparticules inorganiques pour des applications biomédicales, ce projet aura une large incidence dans le domaine de la nanomédecine, permettant aux NPs inorganiques ciblées d'atteindre la clinique et de contribuer au développement de meilleures solutions médicales.

Bien que les polymères à température critique supérieure de solubilité (UCST) présentent un potentiel intéressant pour des applications de vectorisation de médicaments, leur utilisation a été freinée jusqu'à présent par leur manque de dégradabilité. Le but de notre projet est de synthétiser des copolymères diblocs biodégradables avec un comportement UCST à base de poly (acides aminés) PEGylés portant différents groupes pendants pour encapsuler des médicaments et de les libérer localement par hyperthermie modérée (40-43 ° C). Le comportement UCST sera étudié en fonction de la masse molaire et de la concentration du polymère, de la nature / du rapport entre les groupes pendants, du pH et de la force ionique, expérimentalement ainsi par modélisation moléculaire gros grains. Les polymères optimaux seront formulés en nanoparticules et leur capacité à encapsuler des corticostéroïdes et à les libérer sous l’effet d’une hyperthermie sera évaluée. La toxicité/dégradabilité des nanoparticules sera testée sur culture cellulaires et microsomes de rats. Au-delà de la vectorisation de médicaments, ces nouveaux polymères biodégradables UCST pourraient trouver des applications dans d'autres domaines tels que les cosmétiques, la bioséparation ou l'ingénierie tissulaire.

Le phénomène d’auto-assemblage est le processus par lequel des briques élémentaires s’assemblent spontanément pour former des structures organisées ayant un plus grand degré de complexité. Arriver à maîtriser ces structures et leurs propriétés pour concevoir de nouveaux nanomatériaux est un domaine de recherche en plein essor mondialement, tant au niveau fondamental qu’applicatif. La matière molle joue un rôle majeur dans cette révolution conceptuelle, grâce à l’auto-assemblage de nanoparticules de complexité croissante. Mais prédire et maitriser les structures obtenues par auto-assemblage reste un verrou technologique. Les super-réseaux formés par des nanoparticules (NPs) sphériques sont des candidats prometteurs pour fabriquer de nouveaux nanomatériaux, pour la catalyse, le photovoltaïque, ou les capteurs biologiques. Deux types de structures complexes, les phases ‘Frank et Kasper’ (FKP) et quasi-cristallines (QCP) sont des systèmes émergents en matière molle. Elles sont formées par auto-assemblage de NPs sphériques, lorsqu’il y a compétition entre deux échelles de longueur dans l’interaction entre les NPs. Les conditions d'obtention de structures stables et contrôlées restent à élucider, telles que la déformabilité de la couronne organique, la force des interactions et la distribution en taille des NPs. Une question centrale est de déterminer si ces phases peuvent être obtenues avec une seule population de NPs (de polydispersité en taille donnée) ou si un mélange binaire avec deux tailles différentes est nécessaire. Ce projet propose une approche intégrée, où les expériences, la théorie et les simulations seront combinées. Les membres du projet mettront en commun leur savoir-faire à toutes les étapes du projet. Deux types de NPs, semi-conductrice (CdSe) et métallique (Au), seront synthétisés (étape 1), et leur auto-assemblage en solution sera exploré par diffusion du rayonnement (séparément et dans des mélanges binaires). Les paramètres de contrôle (taille de cœur, nature des ligands) seront variés pour ajuster le potentiel d’interaction entre les NPs et les valeurs des deux longueurs en compétition (étape 2). L’auto-assemblage de ces NPs sera réalisé expérimentalement à 3D et 2D (étape 3) et les assemblages les plus prometteurs pour leurs propriétés optiques et de transport seront sélectionnés. Des simulations numériques 3D seront effectuées avec les mêmes systèmes, en utilisant des potentiels d’interaction modèles (étape 4), pour des interactions à 2 corps puis à N-corps. Des modèles théoriques et des diagrammes de phases prédictifs seront établis et comparés aux résultats expérimentaux, afin de trouver les critères de stabilité des phases FKP et QCP. Au final, ce projet ouvrira la voie à de nouveaux métamatériaux basés sur l’ordre apériodique. Le budget demandé pour ce projet collaboratif sur 4 ans, entre le Laboratoire de Physique des Solides (LPS-exp et LPS-theo, Orsay) et le Laboratoire de Chimie de l’ENS Lyon, est de 397 k€ (429 k€ avec les charges de 8 % de 32 k€). Trois chercheurs non-permanents seront recrutés et travailleront en forte interaction. Un doctorant (trois ans, 98 k€) à l’ENS Lyon synthétisera par nanochimie des NPs (étape 1) et étudiera leur auto-assemblage (étape 3). Un chercheur postdoctorant (LPS-exp, 18 mois, 86 k€) étudiera par diffusion du rayonnement les interactions en solution entre ces NPs (étape 2) et leur auto-assemblage pour des systèmes 3D (étape 3), en forte collaboration avec le doctorant en nanochimie. En parallèle, un doctorant (LPS-theo, trois ans, 98 k€) développera les aspects théoriques en utilisant des simulations numériques (étape 4). Enfin, 78 k€ (dont 57 k€ d’équipement) au LPS et 36 k€ à l’ENS-Lyon seront nécessaires pour les réactifs chimiques, des équipements de rayons X, l’accès à des plateformes (microscopie électronique) et au synchrotron, des moyens de calculs, des frais de missions et des financements de stages de master.

Le projet UP-DOWN vise à établir les fondements pour la conception de nano-transducteurs et actuateurs mécaniques du futur à base de matériaux ferroélectriques contrôlés par la lumière. Pour cela, le processus de photostriction ultra-rapide (contrôle de la déformation par la lumière) sera étudié du point de vue fondamental dans des ferroélectriques types, puis exploité pour développer de premiers micro-nano-dispositifs. Nous proposons notamment de contrôler la déformation mécanique sur une gamme de fréquences étendue jusqu’au 100GHz-1THz. Cette fréquence va bien au-delà de la fréquence limite actuelle des transducteurs/actuateurs mécaniques située le domaine des MHz (en raison de l’emploi d’un stimulus électrique intrinsèquement limité en fréquence par la technologie électronique). Dans ce projet, nous montrerons que des impulsions de lumière courtes permettent d’exciter des matériaux ferroélectriques dans le régime GHz-THz et ce sans contact. Cependant, pour garantir l’efficacité du processus une compréhension fine des mécanismes de photostriction est nécessaire, à la fois dans les domaines et dans les parois ferroélectriques, données absentes actuellement dans la littérature. De plus, le recours à des matériaux ferroélectriques à petit gap permettrait d’optimiser la performance des processus photostrictifs. Ainsi, notre projet est naturellement structuré en 3 axes (3 WP). Par son caractère fondamental et son objectif de démonstration de principe de fonctionnement de dispositifs, nous situons notre projet au niveau 3 dans l’échelle TRL-Technologies Readiness Level. Le premier WP concerne la compréhension du rôle des domaines et des parois de domaines dans le processus piézoélectrique inverse qui pilote la photostriction. Cet effet piézoélectrique inverse est obtenu par écrantage transitoire rapide du champ de dépolarisation (écrantage induit par des paires d’électron-trou excitées optiquement par impulsion laser). Pour cela nous allons mener une étude systématique de la réponse photostrictive dans différents ferroélectriques connus et maîtrisés par les partenaires (BiFeO3, Pb(Zr,Ti)O3, BaTiO3) dont les domaines (taille, densité, orientation) seront contrôlés par Microscopie à PiezoForce (PFM) ou par contrainte d’épitaxie. Nous étudierons l’émission d’onde acoustique GHz-THz de polarisation LA (longitudinale), TA (transversale) ou de surface GHz (SAW), et quantifierons les contraintes photo-induites à l’échelle atomique en combinant des expériences d’optique et de diffraction des rayons X résolues en temps (pompe-sonde). Le second WP vise à proposer de nouveaux matériaux ferroélectriques photostrictifs plus efficaces que ceux actuellement utilisés. Pour cela, nous privilégierons un fort coefficient piézoélectrique et un petit gap (dans le visible) pour une injection (à moindre coût) de porteurs électron-trou dans les domaines et parois de domaines ferroélectriques. Différentes solutions solides de matériaux ferroélectriques nouvellement découverts seront élaborées et caractérisées. Enfin, tourné vers les futurs dispositifs, le projet UP-DOWN propose dans son dernier WP des dispositifs de géométrie condensateurs et des leviers micro-nanostructurés obtenus par micro-nanofabrication. Les premiers dispositifs seront des couches minces ferroélectriques (PZT, BTO) avec des électrodes intégrées lors du processus de fabrication, permettant de contrôler in-situ la polarisation ferroélectrique et donc d’adapter la réponse photostrictive. Cette approche sera ensuite transférée sur des dispositifs auto-portés comme des micro-nano-leviers.

SINAPSE est un projet interdisciplinaire aux interfaces de la physique, de la chimie et de la neurobiologie. L'objectif principal du projet est le développement d'une nouvelle classe de nanoparticules (NP) avec des réponses optiques linéaire et non linéaire efficaces dans le domaine spectral du proche infrarouge (NIR), pour des applications de bio-imagerie. Plus spécifiquement, ces nano-marqueurs seront optimisés pour permettre la mesure des paramètres de transport intracellulaire dans les axones et les dendrites au sein d’un réseau neuronal 3D. La quantification précise du transport intraneuronal peut en effet révéler l'impact fonctionnel de facteurs de risque génétiques de maladie neuropsychiatrique ou neurodégénérative, comme nous l'avons déjà démontré dans des cultures 2D. Dans ce but, les NPs optiquement actives sont spontanément internalisées par les neurones dans des vésicules endosomales, qui sont ensuite transportées par des moteurs moléculaires le long du cytosquelette. Le mouvement de translation et de rotation des NPs sera déduit de deux signaux optiques complémentaires provenant de la même particule individuelle : la fluorescence dans la fenêtre NIR et la génération second harmonique (SHG), tous deux excités par le même laser de pompe infrarouge. La gamme spectrale NIR (excitation et fluorescence) est parfaitement adaptée à la fenêtre de transparence des systèmes biologiques, ce qui est d'une importance cruciale pour l'imagerie en profondeur dans les tissus cérébraux. Nous proposons d'étudier pour la première fois la réponse optique bimodale qui provient de l'excitation NIR de nanocristaux de carbure de silicium (nanoSiC). Par rapport à l'état actuel des traceurs optiques utilisés en biologie, le nanoSiC présente l'avantage de permettre l'émission dans deux modes : la SHG générée par la matrice hôte et la fluorescence NIR provenant de défauts de ponctuels dans le cristal, générés par irradiation avec un faisceau de protons suivi d’un recuit thermique. Une autre tâche clé du projet SINAPSE sera d'améliorer ces deux signaux en tirant parti de nanoantennes métalliques (plasmoniques) associées au nanoSiC, afin d'obtenir le meilleur rapport signal/bruit. Les deux processus complémentaires d'émission de lumière au niveau de la particule unique seront finalement utilisés pour analyser les caractéristiques fines de la dynamique du mouvement vésiculaire dans des neurones de réseaux 3D, à haute résolution spatio-temporelle et à une profondeur allant jusqu’à 100 µm. SINAPSE regroupe 4 partenaires complémentaires (Laboratoire Aimé Cotton, CEA-SPEC, Laboratoire Charles Fabry, Laboratoire de Physique et d'études des matériaux) qui ont obtenu des résultats préliminaires prometteurs. En pratique, le projet se déroulera selon trois tâches principales correspondant aux trois axes logiques du projet : - Production et caractérisation des nanoparticules optiquement actives bimodales. - Amélioration de leurs propriétés optiques grâce à l'utilisation de nanoantennes plasmoniques. - Mesure de la dynamique de translation et d'orientation des nanoparticules dans les neurones. Notre consortium réunit une gamme unique d'expertise en nanochimie, en optique non linéaire, en science des nanomatériaux, en bio-imagerie avec des nanoparticules et en génétique moléculaire appliquée aux maladies neuropsychiatriques/dégénératives, nécessaires pour atteindre les objectifs ambitieux du projet. Le projet vise aussi le défi d'une meilleure compréhension des mécanismes neuropsychiatriques/maladies dégénératives. Il pourrait donc avoir un impact significatif sur la santé, à long terme, compte tenu de la forte prévalence de ces maladies dans le monde et de la connaissance limitée des processus clés qui conduisent à l'apparition des premiers symptômes. Il est essentiel de comprendre ces processus pour mettre au point des traitements capables d'arrêter le développement de la maladie au stade pré-symptomatique.

Le projet STACSAMGRAPH vise à élargir le champ des hétérostructures de van der Waals, c'est-à-dire des matériaux bidimensionnels (2D) assemblés couche par couche et où les monocouches sont maintenues ensemble par les forces de van der Waals. Ici, sera développé un nouveau type d'hétérostructures de van der Waals alternant à volonté (i) des matériaux 2D et (ii) des monocouches organiques réalisées à partir d'auto-assemblages supramoléculaires confinés sur surface de briques moléculaires fonctionnelles. L'introduction des briques moléculaire 3D développées récemment par les partenaires ajoutera un contrôle de l'organisation nanométrique dans le plan et hors du plan, une condition préalable à la mise en place d'hétérostructures vdW fonctionnelles. Le projet tirera également profit de l'expérience et du savoir-faire acquis par les partenaires sur la manipulation de monocouches de graphène et h-BN CVD propres, comme l’impose l'auto-assemblage moléculaire. De plus, la première démonstration de faisabilité de la réalisation (par une ingénierie appropriée des alternances) d’un dispositif original d’épaisseur moléculaire, diode électroluminescente organique (OLED), est ciblée.

L’objectif principal du projet LIGNDEMIR est de développer la croissance par MOCVD d’alliages quaternaires InAlGaAs avec un contrôle précis à la monocouche atomique près de la composition et de la raideur des interfaces entre différentes couches. Ces quaternaires ajoutent un degré de liberté dans le design de structures intersousbande basées sur le système InAlAs/InGaAs accordé sur InP. Plus précisément, ces quaternaires remplaceront les barrières InAlAs dans ces structures, nous permettant de designer des transition optiques lié – non-lié centrées sur 5µm. Avec des telles structures, le consortium LIGNEDEMIR propose de développer deux composants manquants à la panoplie des composants MIR sur plateforme InP : des QWIPs rapides et sensibles, ainsi que des modulateurs Schottky ou à effet Starck. Ces composants compléteront les QCLs à base d’InP et poseront les fondations pour la première plateforme de photonique MIR intégrée. Afin d’atteindre ces objectifs ambitieux, le consortium LIGNEDEMIR combinera simulations numériques, croissance et caractérisations de matériaux et fabrication et caractérisation de composants. La spécificité du consortium est l’utilisation de la microscopie électronique à transmission pour mesurer précisément la composition et la contrainte des alliages à l’échelle atomique. Ces données seront utilisées pour optimiser les procédés de croissance et affiner les modèles de simulations numériques. Cette approche est tout à fait unique et les retombées de ce projet dépasseront le cadre spécifique des alliages InAlGaAs/InP et s’appliquent aux alliages d’autres matériaux et fabriqués avec d’autres techniques.

Dans le domaine de l’analyse biomédicale, les méthodes macroscopiques actuelles basées sur les techniques de chromatographie couplées à la spectrométrie de masse restent longues, fastidieuses et coûteuses, ce qui peut s’avérer préjudiciable pour certaines pathologies telles que les erreurs innées du métabolisme, où le diagnostic précoce et rapide est souvent primordial. Les méthodes analytiques sur puce sont très prometteuses, car l’analyse peut s’effectuer en moins d’une trentaine de minutes avec un microlitre de liquide céphalorachidien (LCR). En associant un nouveau protocole d’électrophorèse, nous avons démontré qu’une biopuce nanofluidique à « code-barres » permet d’identifier en quelques minutes les analytes par une cartographie unique spatio-temporelle des points focaux de concentration. Le projet NANOCODE propose de diagnostiquer les déficits innés en dopamine et sérotonine en dosant leurs métabolites ainsi que les cofacteurs enzymatiques, les ptérines impliqués dans leur biosynthèse, dans le LCR grâce à cette nouvelle puce à code-barres nanofluidique et à un banc d'analyse portable. Le projet se découpe en 4 grands axes de recherche: • Défi scientifique n°1 : Mise au point de protocoles de préparation d'échantillons à partir de LCR issus de patients atteints de troubles EIMs. Ce premier défi consistera en la préparation des échantillons de LCR avant leur injection dans la puce. Deux modes de détection seront étudiées au cours du projet: (1) la fluorescence classique, ce qui impose un marquage par dérivation des molécules cibles, et (2) la spectroscopie UV en système miniaturisé fibré, plus originale et innovante, car elle permet de supprimer l'étape du marquage, simplifiant ainsi l’étape de préparation de l’échantillon. • Défi scientifique n°2 : Définition d'un protocole optimal d'électro-préconcentration assisté en pression – vers la meilleure géométrie du code-barres: Ce 2ème défi repose sur l'électro-préconcentration assistée en pression qui permet d’optimiser les paramètres tension/contre-pression pour obtenir des « codes-barres », sur des temps courts de plusieurs minutes, avec des points focaux stables 1000 fois concentrés. • Défi technique n°3 : Miniaturisation du banc d'électrophorèse et mise au point d'un procédé de fabrication bas coût des biopuces. Ce 3ème défi, mettra au point une plateforme d'électro-préconcentration miniaturisée avec double-détection (fluorescence et spectroscopie d’absorption dans l’UV) et un procédé de nanostructuration des puces en verre bas coût basé sur la nanoimpression. • Défi scientifique n°4 : Validation d'un ou plusieurs protocoles d'électro-préconcentration sur des solutions réelles issues d'une dizaine de patients. A partir d’échantillons de LCR fournis par l'hôpital, nous souhaitons aboutir à la quantification des biomarqueurs ciblés sous forme de codes-barres caractéristiques qui seront comparés aux analyses conventionnelles en HPLC-MS. A l’issue du projet NANOCODE, il s’agit de proposer dans le domaine des IEMs, une méthode de diagnostic rapide de type « Biologie délocalisée », à l’instar de ce qui est actuellement pratiqué dans le domaine des urgences médicales (glycémie, pH et électrolytes sanguins, marqueurs cardiaques, CRP, PCT et recherche de germes pathogènes). En termes de valorisation, nous sommes conscients aujourd'hui que le projet NANOCODE avec les compétences complémentaires de ses 3 acteurs permettrait une montée en TRL de cette nouvelle technologie de rupture. Au cours de la dernière année du projet, nous chercherons, en sus des dépôts de brevets complémentaires, à lever des fonds sur des appels tournés vers la maturation avec un objectif tourné vers la création d'une start-up.

L’Orange Carotenoid Protein (OCP), impliquée dans la photoprotection des cyanobactéries, est une protéine photosensible composée de deux domaines. Sous forte illumination, une translocation de 12 Å du caroténoide a lieu au sein de la protéine, résultant en un changement du spectre d’absorption (fs-ns) et les deux domaines se séparent (ns-ms). Ces caractéristiques permettent d’envisager l’utilisation de mutants d’OCP pour le développement de nouveaux outils optogénétiques ou visant à réguler la captation de lumière dans les systèmes photosynthétiques artificiels. Un prérequis est cependant de comprendre le mécanisme de photoactivation de l’OCP. A dessein, nous proposons de conduire une caractérisation complète du photocycle de l’OCP, par une étude combinée de spectroscopie et de cristallographie sérielle temps-résolue (fs-ms). Nos résultats permettront de comprendre comment moduler l’activité de l’OCP, en vue d’autoriser les développements sus-mentionnés.

La thréonylcarbamoylation de l’adénine en position 37 des ARNt spécifiques des codons ANN (t6A) est une modification post-transcriptionnelle nécessaire à l'initiation de la traduction ainsi qu’à son efficacité. Cette modification se déroule en deux étapes : la protéine YRDC/Sua5 synthétise d'abord un intermédiaire thréonylcarbamoyl (TC)-AMP, puis le groupement thréonylcarbamoyl est transféré sur l'ARNt par le complexe KEOPS très conservé au cours de l’évolution. Le complexe humain contient au moins 4 sous-unités LAGE3, OSGEP, TP53RK et TPRKB, dont OSGEP est la sous-unité catalytique alors que les 3 autres protéines ont un rôle restant à élucider. Récemment, le Partenaire 2 a identifié 22 mutations dans les 4 gènes codant les sous-unités KEOPS chez des patients atteints du syndrome de Galloway-Mowat (GAMOS), une maladie très rare de transmission autosomique récessive associant syndrome néphrotique ; microcéphalie et atteinte neurologique. L'inactivation d'OSGEP, de TP53RK et de TPRKB dans des podocytes humains immortalisés a conduit à l'identification d'altérations dans de multiples processus cellulaires tels que la prolifération, l'apoptose ou la traduction de protéines. Chez la levure, KEOPS contient une 5ème sous-unité appelée Gon7, essentielle pour la survie cellulaire. Récemment, la protéine humaine C14orf142 (nommmée désormais GON7), de fonction inconnue, a été identifiée comme un homologue lointain de la protéine Gon7 de levure et s'est révélée être la 5ème sous-unité du complexe KEOPS humain. En recherchant des gènes supplémentaires de GAMOS, le Partenaire 2 a identifié 2 mutations dans le gène GON7 chez 11 patients de 5 familles avec une forme plus atténuée de la maladie, ainsi que 2 mutations dans le gène YRDC chez 2 patients non apparentés avec un phénotype encore plus sévère que celui des patients mutés pour les autres sous-unités KEOPS. Le but du projet KeoGamo est d’étudier la fonction du complexe KEOPS et son implication dans la physiopathologie GAMOS. Il combine biologie cellulaire, génétique et biochimie structurale dans le but de : 1) comprendre le mécanisme de réaction enzymatique t6A et le rôle joué par chaque sous-unité du complexe KEOPS ; 2) corréler les données structurales et biochimiques avec le profil physiopathologique des mutations GAMOS ; 3) obtenir un aperçu des processus physiopathologiques moléculaires et cellulaires expliquant les anomalies rénales et cérébrales de GAMOS ainsi qu’élucider le rôle de la sous-unité GON7 nouvellement identifiée. Le programme scientifique comprend trois parties : 1. Etude du rôle des 5 sous-unités de KEOPS humain dans le mécanisme de la réaction t6A et détermination de la structure du complexe KEOPS-ARNt par cristallographie et cryo-microscopie électronique. 2. Caractérisation in vivo et in vitro de l'activité t6A des mutations GAMOS. 3. Rôle physiopathologique de la modification de t6A dans GAMOS au niveau du rein et du cerveau. Ce projet se fonde sur les résultats préliminaires et les compétences complémentaires des trois membres du consortium : H. van Tilbeurgh (coordinateur, Partenaire 1) est un biologiste structuraliste spécialisé dans l'analyse cristallographique des complexes protéiques, se concentrant notamment sur l'analyse biochimique, structurale et cellulaire du système t6A d’archées, de bactéries et d’eucaryotes. G. Mollet (Partenaire 2) est une biologiste moléculaire et cellulaire travaillant dans le domaine des maladies rénales héréditaires avec une expertise en biologie du podocyte et en modèles murins. C. Vénien-Bryan (Partenaire 3) est une biologiste structuraliste/biophysicienne spécialisée dans les études structurales de macromolécules utilisant la cryo-microscopie électronique de particules simples ou de cristaux 2D combinés à l'analyse d'images.

Cf. résumé en anglais

Un défi de la biologie moderne est de comprendre comment les circuits de protéines permettent aux cellules de détecter les informations provenant de leur environnement et de prendre des décisions pour y répondre efficacement. Les petites GTPases sont parmi les acteurs les plus importants de la signalisation cellulaire, et elles sont impliquées dans la régulation de pratiquement tous les processus cellulaires. Un point commun à toutes les petites GTPases est leur capacité à fonctionner comme des commutateurs moléculaires par leur alternance entre une forme inactive, liée au GDP et une forme active, liée au GTP. Ce mécanisme d’apparence simple est en réalité extrêmement complexe, car de multiples signaux convergent vers chaque petite GTPase grâce à leurs nombreux activateurs (facteurs d'échange ou GEF, qui stimulent leur chargement en GTP), ce qui génère une réponse unique par la sélection d’un effecteur spécifique en aval. Inversement, le niveau de GTPases actives est contrebalancé par l’activité inhibitrice de leurs GTPase-activating proteins (GAPs), qui les inactivent en stimulant l'hydrolyse du GTP. De plus, tous ces mécanismes fonctionnent à la périphérie des membranes, qui en sont des composants importants. Par analogie avec les réseaux de télécommunication, les réseaux de GTPases peuvent ainsi être assimilés à des circuits moléculaires multiplexés, dans lesquels plusieurs entrées sont combinées en un seul signal (la petite GTPase) avant d'être décomposées en sorties spécifiques. A ce jour, les déterminants de la cinétique et de la spécificité des petites GTPases dans ce contexte multiplexé sont restés mystérieux. Notre hypothèse est que la spécificité de la signalisation provient de contributions multi-échelles: affinités différentielles (protéines), compositions moléculaires (complexes) et partitionnement spatial sur membranes (nanoclusters). Ce projet aborde ce problème par des mesures quantitatives de l’activation et de la signalisation in vitro et en cellules, avec comme système modèle la petite GTPase Rac1. Rac1 est un régulateur majeur de la motilité cellulaire, de l'endocytose et de la croissance cellulaire, et il est associé à de nombreuses pathologies telles que la tumorigenèse, les troubles du développement du système nerveux, les maladies cardiaques ou les infections. Cette petite GTPase est régulée par un très grand nombre de GEFs et de GAPs et transmet des signaux à divers effecteurs, et peut donc être considérée comme un archétype du multiplexage. La reconstitution de sa régulation et de son activité dans des conditions bien contrôlées permettant de quantifier les paramètres cinétiques de l'activation (échange GDP / GTP et hydrolyse du GTP) et de la signalisation (liaison aux effecteurs) sont une étape importante pour comprendre les caractéristiques de la signalisation cellulaire médiée par Rac1. En associant l'expertise du laboratoire Cherfils (ENS Paris-Saclay) dans la reconstitution de petites GTPases en membranes artificielles et du laboratoire Coppey (Institut Curie Paris) en optogénétique quantitative subcellulaire, notre objectif est d'identifier et de quantifier ces paramètres en intégrant des cinétiques in vitro utilisant des protéines purifiées et des membranes artificielles contrôlées (liposome et bicouche lipidique supportée) avec des mesures biochimiques en cellule dans lesquelles les concentrations de régulateurs sont contrôlées par optogénétique. Ces paramètres expérimentaux seront intégrés dans des modèles mathématiques de régulation et de signalisation de Rac1. Notre projet devrait fournir un « manuel d'instructions » moléculaire de Rac1 sur les membranes et générer des avancées conceptuelles qui élargiront notre compréhension des nombreuses facettes des petites GTPases. À plus long terme, ils devraient inspirer des stratégies à l’échelle du système moléculaire pour la découverte de médicaments inhibant les voies de signalisation contrôlées par la GTPase dans les maladies.

La division cellulaire des bactéries est un processus fortement régulé, coordonné par un complexe multi-protéique appelé le divisome. L'assemblage du divisome est initié par FtsZ, l'homologue bactérien de la tubuline, qui polymérise pour former un anneau (Z-ring) au site de division. Ensuite, un grand nombre de protéines viennent interagir de façon coordonnée avec cet anneau afin de mettre en place la machinerie fonctionnelle. Les mécanismes moléculaires de l'assemblage et la régulation de cette machinerie de division cellulaire restent largement inconnus, et ce même pour les organismes modèles les mieux étudiés, tels qu’Escherichia coli ou Bacillus subtilis. Malgré plusieurs années de recherche, nous avons seulement des réponses partielles à des questions importantes concernant le mode d’action de FtsZ, tels que l'architecture de l’anneau in vivo, l'origine réelle de la force de constriction, ou encore la relation entre l'assemblage du Z-ring et le remodelage de la paroi cellulaire bactérienne. Par ailleurs, la topologie globale, l'architecture moléculaire et la dynamique du divisome en tant que grand complexe multi-protéique restent encore largement inconnues. Les découvertes récentes dans (et au-delà) des organismes modèles illustre l'énorme diversité des mécanismes de division chez les espèces bactériennes. L'image émergente est celle de mécanismes spécifiques à chaque espèce ayant évolué afin d’atteindre et de maintenir leur forme cellulaire respective et de la transmettre à leur progéniture. Au cours de ces dernières années, des nombreux travaux de recherche ont montré que la phosphorylation réversible de protéines par des sérine/thréonine kinases de type eucaryote joue des rôles physiologiques essentiels chez les bactéries. La principale hypothèse de travail dans ce projet est que ces mécanismes de phosphorylation sont cruciaux dans la régulation spatio-temporelle et l'organisation quaternaire du divisome. Notre objectif principal est d’identifier et de caractériser les interactions protéine-protéine phospho-dépendantes impliqués dans l'assemblage et la régulation de la machinerie de division cellulaire chez les Streptococcaceae et les Corynebacteriales, deux sous-ordres bactériens comprenant des pathogènes humains importants tels que Streptococcus pneumoniae, Mycobacterium tuberculosis et Corynebacterium diphtheria. Notre projet repose sur une approche de biologie intégrative allant de la biologie structurale, de la signalisation bactérienne et de la phospho-protéomique à la génétique bactérienne et la biologie cellulaire. Le travail proposé et l'expertise complémentaire des équipes participantes nous permettront de communiquer de manière dynamique entre les approches moléculaires et cellulaires pour étudier ce phénomène, positionnant ainsi le projet dans un cadre très compétitif au niveau international. Les résultats scientifiques attendus de ce projet mettront en lumière la régulation d'un processus fondamental et cardinal de la biologie cellulaire bactérienne. Les retombés sont diverses, allant d'une connaissance immédiate de la division cellulaire pour deux bactéries modèles jusqu’à l'ouverture de nouveaux concepts concernant le fonctionnement interne d'une cellule vivante, via une meilleure compréhension du rôle croissant de la phosphorylation dans la physiologie bactérienne. Les concepts ainsi générés pourraient servir d'exemple pour mieux comprendre cycle le cellulaire chez d’autres bactéries. Finalement, la division cellulaire étant un processus fondamental pour toute forme de vie, une meilleure compréhension de la division moléculaire des bactéries sera non seulement importante pour la biologie cellulaire, mais elle devrait également avoir un impact important dans le domaine de la recherche biomédicale.

L'accumulation de ribosomes défectueux est induite par le stress et est associée au processus du vieillissement ainsi que à de nombreuses maladies. Comprendre comment les cellules se débarrassent des ribosomes défectueux représente ainsi un défi majeur en biologie fondamentale et en biomédecine. Le projet PROTE-IN aborde cette question centrale en utilisant un modèle procaryote archéen qui possède des systèmes de contrôle de la qualité des protéines et des ARNs de type eucaryote. Notre travail indique pour la première fois l'existence d'un système de ciblage adressant le protéasome au ribosome pour assurer la destruction de la machinerie traductionnelle dans des situations de blocage. De plus, nos observations suggèrent que, dans ce processus, le protéasome et la machinerie de dégradation de l'ARN agissent en synergie. Nous avons identifié une protéine adaptative se liant à l'ARN, appelée Z3, qui interagit avec le protéasome des Archaea hyperthermophiles. Nous proposons que Z3 agit comme un lien critique dans la coordination de l'activité de dégradation du protéasome avec les activités de dégradation de l'ARN de l'exosome et les activités de modification des ARNt du complexe KEOPS. Pour tester cette hypothèse, le premier objectif est de préciser le (s) rôle (s) physiologique (s) du facteur Z3 et de ses partenaires (Tâche 1). Nous souhaitons également identifier et caractériser les acteurs clés reliant le réseau d'interactions protéasome-ribosome-exosome (Tâche 2). Enfin, nous voulons déterminer l'organisation structurale et le mode d'action de l'édifice supramoléculaire de contrôle qualité des grands édifices protéine-ARN (Task3). Cette proposition est portée par une collaboration entre quatre équipes complémentaires ayant une expertise reconnue dans la dégradation des protéines et le traitement de l'ARN chez les Archaea ainsi que des compétences spécifiques dans la biologie structurale et la microbiologie des systèmes hyperthermophiles. La proposition s'appuie sur des données préliminaires solides et des expériences pilotes montrant qu'il n'y a pas de problèmes techniques majeurs pour les tâches proposées. Le programme de travail PROTE-IN combinera des outils avancés de génétique et d'interactomique ainsi que des méthodes intégrées de biologie structurale sur des complexes archéens reconstruits et natifs (SAXS-SANS / cristallographie aux rayons X et CryoEM). Le projet devrait établir un nouveau concept pour une meilleure compréhension de l'adaptation des organismes vivants aux environnements extrêmes et faire la lumière sur les mécanismes moléculaires qui permettent des désassembler des édifices ARN-protéines, un mécanisme fondamental encore mal compris dans tous les types de cellules.

La répression des éléments transposables (ET) est vitale pour les eucaryotes, mais les mécanismes permettant de distinguer ces parasites moléculaires (le “non-soi” génomique) des gènes cellulaires (le “soi”) restent mal compris. Le cilié Paramecium tetraurelia est un excellent modèle à cet égard: les réarrangements programmés du génome qui surviennent au cours de son développement éliminent physiquement tous les parasites moléculaires, ce qui constitue une forme radicale de répression des ET. Ce processus développemental est lié à la différenciation de deux types distincts de noyaux pour les fonctions germinales et somatiques. Le micronoyau germinal (MIC), diploïde, est transcriptionnellement silencieux et ne sert qu’à transmettre le patrimoine génétique d’une génération sexuelle à l’autre à travers la méiose. Les gènes sont exprimés à partir du macronoyau somatique hautement polyploïde (MAC, ~800n), qui n’est pas transmis à la descendance sexuelle; après la fécondation, un nouveau MAC se différencie à partir d’une copie du noyau zygotique. Le génome germinal de P. tetraurelia contient de nombreuses insertions intragéniques d’ET de différents âges évolutifs, appelées Internal Eliminated Sequences (IES), qui doivent être précisément excisées au cours du développement du noyau somatique afin de reconstituer des gènes fonctionnels. Les insertions récentes sont reconnues par des petits ARN germinaux qui ciblent des modifications d’histones et déterminent ainsi leur élimination, mais les insertions plus anciennes, dégénérées en courtes séquences uniques, sont reconnues par d’autres mécanismes encore inconnus. Sur la base de résultats préliminaires, nous proposons de tester deux hypothèses, basées l’une sur l’adaptation des séquences d’IES vieillissantes à un jeu de protéines alternatives fixant l’ADN, et l’autre sur l’acquisition de marques de méthylation permanentes de l’adénine dans la lignée germinale. Notre projet comporte 3 objectifs: i) tester l’hypothèse 1 en caractérisant de nouveaux facteurs protéiques qui promeuvent l’excision, ii) tester l’hypothèse 2 en caractérisant les modifications d’ADN (N6mA) dans les différents noyaux, ainsi qu’au cours de la différenciation du MAC, et iii) analyser la dynamique évolutive des séquences d’IES, et les transitions dans leurs mécanismes de reconnaissance, à travers le genre Paramecium. Notre approche expérimentale, organisée en 6 Work Packages, réunit des approches de génomique fonctionnelle, de biologie moléculaire, d’imagerie quantitative, de biochimie, ainsi que des technologies de séquençage de pointe et le développement de programmes informatiques. Pour réaliser ce projet, nous disposons d’un consortium solide de trois équipes expertes en biologie moléculaire et cellulaire de la paramécie, et d’une équipe réputée en biologie évolutive. Parmi les participants figurent également des spécialistes en bioinformatique et en analyses de séquençage à haut débit, ajoutant à la force du consortium. La diffusion des données générées par ce projet sera assurée par la base de données publique ParameciumDB, développée par l’un des partenaires et qui intègre depuis une dizaine d’années les données produites par la communauté internationale de la recherche sur Paramecium. Au-delà de la compréhension des origines évolutives de ce remarquable système d’épissage de l’ADN, le projet LaMarque devrait fournir une vision intégrée des différents niveaux de mécanismes génétiques et épigénétiques qui, ensemble, permettent aux eucaryotes de garder une mémoire trans-générationnelle précise des insertions d’ET, en dépit de l’évolution constante de leurs séquences.