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L'objectif du projet est de développer des approches de modélisation et des méthodes numériques pour la prédiction précise du couplage spray-écoulement, dans le cadre de la Simulation aux Grandes Echelles de flammes de spray turbulentes. Les simulations actuelles de systèmes réalistes tels que les chambres de combustion aéronautiques s'appuient sur l'hypothèse de goutte ponctuelle, ce qui évite la résolution del'écoulement à l'échelle de la goutte, et la description du couplage spray-écoulement dépend forcement d'un modèle. Une description appropriée nécessite une approche multi-échelle, de l'interface de la goutte aux interactions avec la flamme. Comme le processus principal à prendre en compte est la vaporisation des gouttes, le premier objectif sera le développement et la validation de modèles précis de vaporisation et de chauffage, en utilisant des simulations résolues au niveau de la goutte pour caractériser correctement les transferts de chaleur et de masse entre les gouttes et la phase gazeuse. Ces modèles seront utilisés pour des simulations de spray, qui peuvent être réalisées à l'aide de méthodes Lagrangiennes ou Euleriennes. Pour l'approche Lagrangienne, des stratégies de couplage spray-écoulement seront développées à l'aide des simulations résolues au niveau de la goutte, afin d'incorporer les effets macroscopiques de la structure d'écoulement à l'échelle des gouttes dans les simulations Lagrangienne. Pour la méthode Eulérienne, qui considère le spray à travers ses statistiques, et le voit ainsi comme un continuum, le caractère hétérogène de la pulvérisation, c'est-à-dire le fait que les gouttelettes sont des inclusions locales et non un continuum sera incorporé dans la description statistique. Cet aspect peut avoir un impact important sur les flammes de pulvérisation, par exemple lorsque de grandes gouttelettes traversent la flamme. Ces nouvelles approches de modélisation seront étendues à la Grande Simulation Eddy. La modélisation des effets de l'échelle de sous-gamme ne sera pas seulement responsable de la dynamique non résolue, mais aussi du couplage par pulvérisation et de la pulvérisation par sous-grille et de l'hétérogénéité par pulvérisation. Les approches développées des ERP seront finalement appliquées à la simulation de flammes de pulvérisation turbulentes et à un brûleur de type aéronautique réaliste.

L’objectif du projet ADDICTE (Analyse distributionnelle en domaine de spécialité) est de proposer une solution opérationnelle à l’analyse sémantique distributionnelle en domaine de spécialité pour construire des représentations sémantico-conceptuelles du domaine (ontologies de domaine, thésaurus, ressources terminologiques) qui sont utilisables à la fois en ingénierie des connaissances et dans certaines applications documentaires (indexation de documents notamment). Aujourd’hui les modèles d’analyse distributionnelle performants fournissent des ressources « prêt-à-porter » construites à partir de très gros corpus tout-venant de langue générale. Ces word embeddings génériques ne sont pas suffisants pour représenter la sémantique en domaine de spécialité, et il est donc nécessaire de les construire sur la base de corpus spécialisés. Or, les corpus de textes spécialisés présentent des caractéristiques problématiques pour l’application de ces méthodes distributionnelles, dont l’efficacité est corrélée à la quantité de données disponibles. D’une part, ces corpus sont de taille modeste (généralement en deçà du million de mots) par comparaison aux très grand corpus de langue générale. D’autre part, les unités terminologiques, et en particulier les termes complexes, y prédominent qui, par leur spécificité, réduisent encore le volume des contextes mobilisables pour le calcul sémantique. En revanche, ces données présentent des caractéristiques intéressantes pouvant être exploitées par un système d’analyse distributionnelle : ces textes sont généralement très structurés, le lexique est réduit, des ressources sémantiques sont souvent disponibles et peuvent être injectées dans le processus d’analyse. Dans ce contexte, l’originalité d’ADDICTE est de venir interroger et croiser les approches fondatrices en analyse distributionnelle et textes de spécialité. Trois aspects seront plus particulièrement étudiés : i) l’amélioration endogène des contextes distributionnels en prenant en compte des unités terminologiques qui véhiculent une part importante des connaissances d’un domaine de spécialité ; ii) l’amélioration exogène des contextes distributionnels en enrichissant les contextes distributionnels par des ressources externes (p. ex. corpus de spécialité proches ou des corpus d’un genre ou d’un type de discours différents) et iii) l'amélioration de la nature des contextes distributionnels en proposant une représentation distributionnelle pouvant tirer parti d’informations endogènes et exogènes. Le projet ADDICTE entend donc proposer de nouvelles avancées, notamment en termes d’approches fondées sur une meilleure exploitation des caractéristiques linguistiques et terminologiques du matériau textuel, pour que l’analyse distributionnelle en domaine de spécialité puisse atteindre le même niveau de maturité que pour les grands corpus de langue générale. Le transfert des nouvelles méthodes prédictives développées dans le projet sera réalisé à travers à travers une bibliothèque logicielle d’adaptation au domaine (sous licence libre non contaminante).

Dans beaucoup de domaines des sciences, les capteurs utilisés dans les dispositifs de mesure s'améliorent, ce qui conduit à une augmentation de la résolution des phénomènes observés, et donc à des jeux de données de plus en plus volumineux. Alors que la dimension des mesures augmente, le nombre d'observations indépendantes est souvent limité pour des raisons physiques ou financières. Ceci conduit à des jeux de données complexes, mais observés par petits échantillons. Une question qui se pose est donc d'identifier les caractéristiques des données informatives pour expliquer une variable cible. Cela revient à inférer les relations entre ces variables et la cible, conditionnellement aux autres variables. De nombreuses branches de la science des données, dans lesquelles on veut tester et comparer des modèles, requièrent des garanties statistiques sur ces associations, qui restent très délicates à obtenir. FAST-BIG vise à développer les outils théoriques et des procédures d'estimation pratiques pour rendre l'inférence statistique possible dans ces cas difficiles. Nous développerons les outils logiciels correspondants et évaluerons les tests proposés dans deux applications: la génomique et l'imagerie cérébrale.

Le projet ReVeRY va concevoir une grille de caméras spécifiques : un système rentable qui d'une part, va capter en une seule acquisition plusieurs points de vue à des expositions différentes, et d'autre part convertira un flux vidéo multi-vues, multi-exposé en un média riche de haute qualité. Ces dix dernières années, les mondes industriels et de la recherche ont proposé des avancées significatives dans les systèmes d'acquisition de contenu multimédia dans trois directions principales : l'augmentation de la résolution et de la qualité d'image avec le standard Ultra Haute Définition (UHD) ; l'acquisition stéréoscopique pour du contenu 3D ; et les images à grande gamme dynamique (HDR). La compression, la représentation, et l'interopérabilité de ces nouveaux médias sont des domaines de recherches actifs afin de réduire la taille des données tout en assurant une perception précise. Les industries créatives sont confrontées aux limitations des médias actuels. Le pipeline d'acquisition traditionnel utilise et produit des flux vidéo, UHD, stéréo ou HDR. En post-production, les changements possibles (i.e., point de vue, cadrage, ouverture et l'éclairage) sont restreints, le directeur du film devant re-filmer la même scène pour obtenir les modifications souhaitées. A présent, un choix en pré-production peut être réalisé suivant la nature du média à capter (2D, stereo, or HDR) et selon l'utilisation prévue. Toutefois, ces choix ne sont jamais proposés conjointement. Une avancée majeure du projet consiste à résoudre conjointement une reconstruction de profondeur en haute gamme dynamique. Combiner UHD et HDR renforcera le média produit par une précision et qualité colorimétrique et géométrique, surpassant ainsi les formats vidéo existants. Sa nature même permettra nouveaux usages, tels que le recadrage, la génération de nouveau point de vue et le ré-éclairage à la fois dans les étapes de post-production et de visualisation. Ces nouveaux usages faciliteront l'adaptation en direct pour différents types d'écrans : théâtre, TV, Cloud, HDR ou non, 2D ou 3D. Cette dernière caractéristique rend ce nouveau média véritablement polyvalent face aux différentes conditions de consommation. Les énormes investissements de marché dans la réalité virtuelle (VR) la positionnent comme un nouveau média. Les écrans immersifs VR sont aujourd'hui très limités, et restreignent l'utilisateur au centre d'une sphère tapissée d'images multi-axiales 2D. Les caméras virtuelles de la réalité virtuelle proposent une vision à 360°, mais limitée à une pauvre et unique transcription 3D concave. Une VR «libérée» nécessite la création d'outils de reconstruction 3D convexes utilisant l'organisation de caméras spécifiques pour la numérisation 3D d'environnements réels et d'acteurs en mouvement, offrant à l'utilisateur une liberté de visualisation totale grâce au positionnement illimité et aux résolutions adaptées d'une véritable caméra virtuelle (stéréoscopique ou non). ReVeRY veut fournir des solutions pour remplacer les média vidéo traditionnel (mono, stereoscopique or 360°) par un flux de données plus riche surmontant tous les verrous listés précédemment. Ce média plus riche intégrera conjointement les informations UHD, HDR et profondeur dans un format dédié. Le projet (i) proposera ce nouveau média avec une ou plusieurs représentations adéquates, (ii) développera un prototype du système d'acquisition dédié et (iii) montrera leur intérêt pour l'industrie de la création. Le projet permettra une postproduction polyvalente et une réutilisation des prises de vues d'action en direct dans une gamme d'intensités d'éclairage moins restreintes (par exemple, des scènes extérieures). Son résultat est important avec un double impact: (i) sociétal (pour les consommateurs et les experts), en augmentant la qualité du contenu, et (ii) économique, en réduisant les coûts de production.L'approche de création évoluera pour fournir au public une nouvelle expérience de visualisation.

Ce projet vise à développer l’ingénierie moléculaire de la spintronique via l’utilisation de molécules fonctionnelles. Notre objectif est d’explorer de nouvelles propriétés nées de l’hybridation dépendante du spin à l’interface métal ferromagnétique/molécule pour la réalisation de dispositifs multifonctionnels combinant les atouts de l’électronique moléculaire et de la spintronique. Des molécules actives photochromes et électrochromes seront intégrées dans des dispositifs de spintronique. Ainsi il sera possible de moduler la réponse résistive et magnétorésistive des dispositifs par des stimuli tels que la lumière ou même un champ électrique. En effet il a été mis en évidence que l’hybridation dépendante du spin à l’interface entre un matériau ferromagnétique et une molécule pouvait induire une polarisation de spin des orbitales moléculaires. Cette polarisation de spin peut être inversée ou augmentée par rapport à la polarisation de spin du matériau ferromagnétique. Cette variation de la polarisation de spin dépend du couplage entre le matériau ferromagnétique et la molécule. Ce phénomène a donné naissance à un nouveau champ de recherche pour la spintronique organique et moléculaire appelé aujourd’hui « spinterface ». Nous ambitionnons de construire de nouveaux dispositifs multi-fonctionnels au-delà des dispositifs de spintronique conventionnels en concevant des couples métal ferromagnétique/molécules adressables optiquement ou électriquement en exploitant la richesse qu’offre la chimie. Ainsi, nous développerons un ensemble de briques de base pour la spintronique moléculaire en utilisant le savoir-faire et l’expertise d’équipes internationalement reconnues en chimie (ICMMO), spintronique (UMPhy CNRS/Thales), électronique moléculaire (IEMN) et théorie (U. Mons). Pour atteindre nos objectifs nous étudierons 1) la synthèse et le greffage de molécules auto-assemblées sur des surfaces ferromagnétiques, 2) la caractérisation de leur propriétés électroniques, 3) l’étude expérimentale et théorique du transport dépendant du spin et son contrôle via l’utilisation de molécules fonctionnelles.

Récemment, il y a eu des progrès impressionnants dans le domaine de l'intelligence artificielle. Un exemple frappant est Alphago, un algorithme développé par Google, qui a battu le champion du monde Lee Sedol au jeu Go. Cependant, en termes de consommation d'énergie, le cerveau reste le gagnant absolu, par quatre ordres de grandeur. En effet, aujourd'hui, des algorithmes inspirés du cerveau fonctionnent sur nos ordinateurs séquentiels actuels, qui ont une architecture très différente de celle du cerveau. Si nous voulons construire des puces intelligentes capables de tâches cognitives avec une faible consommation d'énergie, nous devons fabriquer sur des réseaux parallèles énormes en silicium de synapses artificielles et de neurones, ce qui rapproche la mémoire du traitement. Le projet Bio-Ice vise à offrir une nouvelle génération de dispositifs magnétiques bio-inspirés pour la reconnaissance de formes. Leur fonctionnalité est basée sur les propriétés magnétiques d'une glace de spin artificielle dans une géométrie de Kagome. Le contrôle local des propriétés magnétiques lui confère une capacité d'apprentissage. Un consortium ayant des compétences complémentaires (science des matériaux, mesures, caractérisation et théorie) se chargera de mener à bien ce projet aux applications multiples.

CHIPMuNCS est un projet de recherche exploratoire à l’interface entre le nanomagnétisme, la spintronique et la dynamique non linéaire. Il est motivé par le principe que le comportement riche des systèmes non linéaires, notamment le chaos, peut être exploité pour des paradigmes alternatifs de calcul et de traitement de l’information. L’objectif principal du projet est d’établir l’utilité et la faisabilité des oscillateurs à vortex basés sur les nanocontacts magnétiques, qui sont des dispositifs spintroniques à l’échelle du nanomètre, comme brique de base pour le traitement de l’information par le chaos en démontrant trois fonctionnalités technologiques : la génération du nombre aléatoire, la communication sécurisée et le calcul « non linéaire ». La principale idée sous-jacente est que la complexité requise pour le cryptage, le calcul et potentiellement des fonctionnalités cognitives pourrait être générée au sein d’un système unique sans nécessiter d’un réseau complexe de sous-systèmes interconnectés. Ce projet relève le défi urgent posé par l’ère informatique à l’heure actuelle, notamment la croissance exponentielle des données numériques qui est entrainée par l’Internet, l’omniprésence des « smartphones » et les progrès scientifiques sans précédents dans les domaines générant des « données massives » comme la génétique ou l’analyse des réseaux complexes (par ex., les réseaux sociaux). La capacité d’identifier des tendances et d’extraire des renseignements utiles dans ces montagnes d’information numérique représente donc un défi considérable et opportun pour les technologies actuelles. Ce projet s’appuie sur une découverte récente par ce consortium qui a mis en évidence des nouvelles phases commensurables et chaotiques dans des oscillateurs à vortex. Ces oscillateurs sont fondés sur la giration entretenue d’un vortex magnétique autour d’un nanocontact, où l’apparition d’un reversement périodique du cœur de vortex peut entraîner un état chaotique. Bien que le comportement général de ce genre de nano-oscillateur à transfert de spin soit bien étudié, il reste de nombreuses questions ouvertes à la fois de nature fondamentale et appliquée, comme le rôle du bruit thermique, les conditions sous lesquelles le cœur du vortex se renverse et la complexité de la dynamique du point de vue de la théorie d’information. Par exemple, l’utilité d’un oscillateur à vortex chaotique comme source physique d’entropie est un problème ouvert qui est important pour la génération du nombre aléatoire. Les objectifs scientifiques de CHIPMuNCS seront atteints en répondant à trois questions majeures en rapport avec la dynamique de vortex induite par le transfert de spin à l’échelle du nanomètre, notamment la nature de l’état chaotique dans les oscillateurs à vortex, comment cet état pourrait être contrôlé par le forçage externe, la rétroaction à retard et la synchronisation, et comment ces oscillateurs pourraient être exploités pour le traitement de l’information. Pour répondre à ces défis, nous allons effectuer dans ce projet : • Le développement des dispositifs de haute performance en utilisant des matériaux avancés comme les alliages de Heusler et les géométries multi-terminaux ; • Le développement des outils de simulation de haute performance et des méthodes d’analyse de séries temporelles ; • La caractérisation électrique hyperfréquence des dispositifs avec de l’équipement et le savoir faire à l’état de l’art. En démontrant que les dispositifs chaotiques peuvent être maitrisés à l’échelle du nanomètre, le projet CHIPMuNCS donnera une impulsion vers des schémas alternatifs pour le traitement de l’information qui exploiteront le nanomagnétisme et la spintronique.

Le présent projet ANR ReQuIEM a pour but de développer de nouveaux composants supraconducteurs, afin d’améliorer significativement la capacité de la communauté scientifique à lire l’information quantique encodée aux fréquences micro-ondes. Il rentre dans le cadre de la recherche en traitement quantique de l’information (QIP) et des technologies quantiques (QT). Cette recherche constitue un volet amont de la thématique « Société de l’information et de la communication » (Défi 7 de l’ANR) et notamment de son axe 8 « Micro et nanotechnologies pour le traitement de l’information et la communication ». Le projet repose sur une collaboration entre deux équipes de recherche qui inventent, développent, fabriquent et testent des circuits quantiques supraconducteurs depuis plus de 17 ans : l’équipe « Cohérence quantique » de l’institut Néel de Grenoble, dans laquelle Oliver Buisson sera le coordinateur du présent projet, et le groupe « Quantronique » du CEA de Saclay, dans lequel Denis Vion aura le rôle d’investigateur principal. Le projet cible trois objectifs principaux correspondant aux trois « work packages » (WP) suivants : - WP1 sera piloté par le partenaire Institut Néel. Il consiste à concevoir, fabriquer, et tester un nouveau dispositif de lecture en un coup de bit quantique Josephson (qubit). Une fidélité de 99.9 % pour une lecture très rapide en 60ns des deux états de base du qubit est attendue. Cette lecture préservera les états mesurés (lecture dite QND). Ces performances de lecture devraient dépasser l’état de l’art actuel. Cette nouvelle lecture est basée sur les propriétés d’un qubit appelé « transmon à diagramme d’énergie en V » ou « V-shape transmon ». Un tel dispositif dans son ensemble devrait permettre de passer en dessous du taux d’erreur seuil en-deçà duquel la correction d’erreur quantique est possible, de suivre précisément les trajectoires quantiques d’un qubit, et de poursuivre un calcul quantique avec un qubit déjà mesuré. - WP2 sera piloté par le partenaire CEA, et consiste à développer des amplificateurs paramétriques et des « comprimeurs de vide » ou « squeezers » à large bande passante (>400MHz au-dessus de 15 dB de gain), opérant à la limite quantique, c’est-à-dire en n’ajoutant au signal pas plus de bruit que ce qu’autorise la mécanique quantique. Ces nouveaux amplis permettent d’augmenter le rapport signal sur bruit d’un facteur 10 à 20 par rapport aux amplificateurs microondes cryogéniques commerciaux basés sur les transistors à haute mobilité électronique (HEMT). Ces amplis sont des composants clés pour lire l’information quantique aux fréquences micro-ondes. Ils permettent de suivre les trajectoires quantiques d’un composant ou de lire plusieurs qubits par multiplexage en fréquence. Ils ont aussi des applications dans les transducteurs quantiques ou dans la résonance paramagnétique électronique (RPE) ultime. - WP3 impliquera une forte collaboration de deux partenaires, et vise à démontrer la lecture simultanée multiplexée en fréquence de trois V-shape transmons. Il s’agira d’atteindre la fidélité de lecture maximale et de tester quantitativement le caractère non destructif (QND) de la mesure. Les trajectoires quantiques des trois qubits seront également mesurées. Pour atteindre ces objectifs, chacun des deux partenaires bénéficiera d’une salle blanche de nanofabrication et d’une salle d'expérinces de physique aux très basses températures avec les équipements microondes associés. 140 personnes-mois (pm) sont associés à ce projet dont 66 (pm) financées par l’ANR.

L’objectif du projet ELEGANTE est de démontrer un laser avec un alliage germanium-étain fonctionnant sous injection électrique et jusqu’à la température ambiante. Un tel laser utilisant des matériaux de la colonne IV avec une bande interdite directe constituerait un élément de rupture pour la photonique silicium et le développement de circuits photoniques intégrés. La réalisation d’une source laser intégrée monolithiquement sur substrat silicium représente toujours un défi considérable pour la photonique silicium et les applications de type More than Moore. La plus grande difficulté est liée à la nature indirecte de la bande interdite du Si et du Ge. Cette bande indirecte empêche d'obtenir du gain optique à des densités de courant compatibles avec l'intégration. L'émission laser sur silicium a donc jusqu'à présent été obtenue avec l'utilisation de matériaux avec une bande interdite directe comme les semi-conducteurs III-V qui sont alors connectés à une plate-forme photonique silicium par couplage externe ou par collage de substrats ou de vignettes. Cette approche hybride augmente la complexité de la fabrication car il faut gérer/processer à la fois des matériaux III-V et des matériaux de la colonne IV. Une source laser intégrée monolithiquement et faite à partir d’éléments de la colonne IV serait au contraire pleinement compatible avec l’environnement CMOS et à même de modifier l’architecture, le dessin et in fine les coûts de production en photonique silicium. La meilleure option pour réaliser un laser de la colonne IV avec des performances compatibles avec l’intégration est donc l’utilisation de semi-conducteurs directs. Cette bande directe peut être obtenue par ingénierie de contrainte, en réalisant des alliages germanium étain, ou par la combinaison des deux. Dans ce projet, nous allons fabriquer des alliages GeSn à bande interdite directe sur substrat silicium et démontrer un effet laser sous injection électrique avec l’objectif d’avoir un laser à température ambiante. Une telle démonstration n’a jamais été rapportée, seul un effet laser sous pompage optique et à basse température ayant été démontré. Nous avons commencé à travailler sur le projet et démontré un premier laser GeSn début 2017, un marqueur des perspectives ouvertes par ce projet. Nous espérons aller au delà de l’état de l’art avec une cible de courant de seuil de 10 kA cm-2 en utilisant des hétérostructures à puits quantiques au lieu du matériau massif, l’injection électrique au lieu du pompage optique, l’ingénierie de contrainte pour minimiser la composition en étain pour avoir une bande interdite directe et des écarts d’énergie entre vallées de conduction suffisamment élevés, et des temps de vie non-radiatifs plus élevés grâce à une optimisation du matériau. Nous évaluerons le potentiel de ces lasers dont l’émission est attendue entre 1.7 et 4 µm pour des applications en datacom et de senseurs. Nous proposerons des stratégies d’intégration compatibles avec les lignes de production de notre partenaire industriel (STMicroelectronics). Cette proposition rassemble les principaux acteurs impliqués en France dans le développement de sources à partir d’éléments de la colonne IV. Nous développerons pour la première fois en France la croissance et le process d’alliages germanium étain et nous fournirons du matériau de haute qualité épitaxié par dépôt chimique en phase vapeur. Ce sujet est très compétitif au vu des nombreux groupes impliqués dans le développement de tels lasers et des conférences qui y sont consacrées. Le financement par l’ANR permettra de lancer cette nouvelle activité en France, renforcera les interactions et partenariats entre les groupes et nous permettra de rester à l’avant-garde des travaux dans ce domaine. La question de savoir si un laser de la colonne IV peut être compétitif est d’une importance cruciale pour notre partenaire industriel et la feuille de route du développement de la photonique silicium.

Les sources de rayonnement dans le proche infrarouge sont utilisées pour des applications de type télécommande ou communication à faible portée. Les technologies actuelles utilisent des diodes qui fonctionnent dans le proche infrarouge du fait des performances des sources et détecteurs. Ce type de liaison ne peut pas être étendu à des distances plus grandes du fait de la sensibilité du signal à la diffusion de la lumière par des poussières ou des polluants ou les fluctuations d'indice. Heureusement, l'atmosphère a deux fenêtres de transparence dans le moyen infrarouge (MIR) à 3-5µm et 8-12 µm pour lesquelles la diffusion qui varie comme la fréquence à la puissance 4 est beaucoup plus faible. Développer des sources dans cette gamme de fréquences pourrait donc impacter l'industrie. De plus, les sources MIR sont indispensables pour de nombreuses applications telles que la détection des gaz et des polluants ou encore le chauffage radiatif et le séchage. Les sources actuellement disponibles dans le moyen infrarouge sont des lasers à gaz, des oscillateurs paramétriques et des lasers à cascade quantique qui sont volumineux et chers. Les seules sources bon marché et compactes sont des membranes incandescentes et des globars. Le but de ce projet est d'introduire un nouveau paradigme pour l'émission dans le moyen infrarouge afin d'obtenir des sources i) compactes et bon marché dans la gamme 3-12 µm, ii) pouvant être modulées à haute fréquence. Nous allons étudier deux types de sources excitées électriquement: des diodes électroluminescentes utilisant des puits quantiques et des sources incandescentes. Jusqu'ici, les transitions intersousbandes dans les puits quantiques sont utilisées dans les lasers à cascade quantique. Elles ne peuvent pas être utilisées dans en régime d'émission spontanée car le temps de relaxation non radiative (1ps est beaucoup plus court que le temps de désexcitation par émission spontanée (1 ns). De ce fait, le rendement est extrêmement faible. Ceci peut être amélioré en accélérant la désexcitation radiative par un facteur supérieur à 100 en utilisant des nanoantennes. Ainsi, les nanoantennes seront la clé de la conception de diodes électroluminescentes fonctionnant dans le moyen infrarouge qui pourront être modulées au-delà du GHz puisque le temps de relaxation reste 1 ps. De leur côté, les sources incandescentes ont une fréquence de modulation limitée par le temps de refroidissement par diffusion thermique. Cependant, un objet ayant une talle caractéristique de 100 nm aura un temps typique de refroidissement par conduction de l'ordre de 10 ns. Etant si petit, sa section efficace d'absorption et d'émission est très petite. En le couplant à une antenne, il est possible d'augmenter cette puissance. Nos calculs préliminaires montrent qu'un réseau de nanoémetteurs couplés à des antennes peut atteindre une émissivité idéale de 1. En résumé, nous allons concevoir et fabriquer des nanoantennes qui permettront de réaliser des émetteurs dans le moyen infrarouge à la fois compacts et bon marché, soit des diodes soit des sources incandescentes, qui pourront être modulées à des fréquences records.

Le projet EPOSBP concerne le Phosphore noir (BP) qui a rejoint la famille des matériaux 2D seulement très récemment, en 2014. Le premier représentant de cette nouvelle classe de matériaux est le graphène, isolé il y a 10 ans, dont la découverte a suscité une intense activité de recherche. Cependant l’absence de gap électronique du graphène a lancé une quête de nouveaux matériaux 2D. Le champ de recherche s’est ainsi progressivement enrichi de nouveaux éléments tels que le nitrure de bore (hBN) et plus récemment la famille des dichalcogénures de métaux de transition (par exemple MoS2), conduisant à l‘émergence d’une famille étendue de matériaux 2D de type van der Waals. Dans le domaine particulier de l’optoélectronique, les progrès sont restés cependant limités à cause de l’impossibilité de combiner dans un même matériau un gap direct ET une mobilité élevée des porteurs de charge. Sur ce terrain, le Phosphore noir (BP) a suscité un intérêt explosif depuis 2014 car il présente les propriétés majeures que l’on attend pour des dispositifs en optoélectronique : (1) des mobilités élevées des electrons et des trous dans les films minces de BP exfolié (~3000 cm2 V-1 s-1), (2) un rapport de courant ON/OFF élevé (~105) dans les configurations de transistor de type ambipolaire, (3) le gap électronique est prédit rester direct du matériau massif à la monocouche, faisant du BP un matériau de premier ordre pour des applications optiques. La structure électronique près du niveau de Fermi dépend fortement du nombre de plans atomiques, qui se traduit par une augmentation de la bande interdite depuis de le domaine de l’infra rouge moyen (0.35 eV) dans le massif au domaine visible (2 eV) dans la monocouche atomique. De ce fait, BP présente un domaine spectral unique dans le paysage des matériaux 2D. Cependant, alors que les résultats publiés en ce début de 2017 semblent mettre en relief les propriétés spécifiques de films ultrafins de BP, très peu est en revanche établi sur le plan expérimental. Par ailleurs, grâce à son couplage spin-orbite naturellement faible, le phosphore noir pourrait préserver de façon très efficace le temps de spin des porteurs de charge, comme dans le graphène, mais avec l’avantage d’un matériau semi-conducteur. Cette situation est clairement une grande opportunité pour le transport des spin et la spintronique. L’objectif de EPOSBP est d’explorer de façon approfondie ces propriétés uniques du BP et de les capitaliser pour obtenir de nouveaux matériaux plans optiquement actifs depuis le domaine visible jusqu’au domaine de l’infra rouge. La réponse diélectrique aussi bien que les comportements électroniques et l’injection de spin dans des transistors de BP seront étudiés pour aboutir à réaliser une émission de lumière modulable et pilotable électriquement. Le projet est composé en trois tâches: 1) acquérir les connaissances de base des propriétés du phosphore noir de façon à définir un ensemble robuste de techniques spectroscopiques de caractérisation destinées à faciliter l’intégration du BP dans les dispositifs, 2) fabrication et caractérisation des dispositifs, 3) fabrication des transistors de BP et étude de l’électroluminescence et du transport de spin et démonstration de l’émission de lumière pilotée par le spin. Le projet EPOSBP constitue un partenariat étendu qui inclut les meilleurs spécialistes et compétences sur le Phosphore noir 2D et la spintronique, alliés à des spécialistes des techniques de caractérisation les plus avancées et les plus pertinentes pour le projet, de l’intégration des matériaux 2D dans des dispositifs et de spécialistes les mieux à même de démontrer le potentiel du BP pour élaborer des dispositifs innovants dans les domaines de l’électroluminescence et le transport de spin modulable. La forte implication du partenaire industriel, Thales, avec des intérêts majeurs dans le domaine des semi-conducteurs, facilitera fortement la montée en TRL potentielle du projet.

Grâce à leurs long temps de cohérence, les spins individuels dans les semi-conducteurs sont des qubits prometteurs pour l’implémentation dans les systèmes solides des technologies quantiques émergentes comme le calcul quantique ou la détection quantique. Cependant, le couplage cohérent à longue distance entre spins localisés et le positionnement d’atomes ou de défauts portants ces spins, deux éléments essentiels pour la réalisation pratique de composants, restent toujours mal contrôlés. L’interaction spin-spin induite par des phonons dans un oscillateur mécanique a récemment été proposée comme un médiateur efficace pour le couplage cohérent à longue distance entre spin localisés. Les ondes acoustiques de surface, des excitations mécaniques similaires à des phonons se propageant à la surface d’un solide, sont aussi proposées comme des bus quantiques permettant le couplage d’une grande variété de qubits. Le développement de tels systèmes hybrides spin-mécanique nécessite de disposer de réseaux de qubits de spins identiques qui sont fortement couplés aux contraintes. Certains atomes magnétiques comme le Chrome (Cr), incorporés dans des semi-conducteurs présentent une très forte sensibilité aux déformations du réseau cristallin. Le spin d’un tel atome magnétique individuel peut être sondé optiquement lorsqu’il est insérer dans une boîte quantique. Des atomes magnétiques individuels peuvent aussi être manipulés et implantés par une pointe STM pour créer des structures de quelques atomes sur une surface. Dans le projet MechaSpin, nous allons démontrer le potentiel du spin d’un atome de Cr individuel comme qubit adressable optiquement dans des systèmes hybrides spin-mécanique. Le fort couplage spin-contrainte du Cr permettra d’exploiter son interaction avec le champ de déformation d’une onde acoustique de surface pour le contrôle cohérent mécanique du spin de l’atome. Nous déterminerons ainsi le couplage spin-contrainte dynamique pour un atome isolé et réaliserons des mesures mécaniques de son temps de cohérence. Cet ensemble d’expériences sera la première démonstration d’un contrôle cohérent mécanique complet à l’échelle d’un spin unique. La manipulation par pointe STM d’atomes individuels ainsi que la substitution d’atomes assisté par pointe STM seront développées pour créer des réseaux de Cr insérés à la surface de semi-conducteurs. Les conditions de substitution obtenues pour un atome de Cr dans des semi-conducteurs II-VI et III-V, matériaux ou des Cr en substitution ont des propriétés électrostatiques différentes, seront comparer à des modélisations ab initio. Cela permettra une compréhension approfondie de cette technique prometteuse mais encore peu explorée. La spectroscopie STM combinée avec de la modélisation ab initio permettra d’analyser l’influence de l’environnement local sur les propriétés électroniques et magnétiques d’un atome de Cr.

Les défis auxquels sont confrontées les nanotechnologies pour le traitement et le stockage de l'information à haute densité et à haute vitesse sont bien reconnus. Des stratégies pour faire face à ces défis à court terme définissent des feuilles de route pour l'industrie électronique, cependant, il est prévu que des solutions alternatives devront être explorées et certaines d'entre elles seront finalement mises en place afin de relever ces différents défis. L'objectif du projet TOPSKY est d'étudier et de valider une de ces approches alternatives basées sur l'utilisation de skyrmions magnétiques pour transformer profondément la manière dont les données peuvent être stockées et manipulées. Le paradigme repose ici sur leur caractère topologique qui les rend adapté aux applications de type « abaque » dans le stockage ou le traitement de l'information. Au cours des dernières années, l'étude des propriétés des skyrmions magnétiques est devenue un sujet brûlant de la physique de la matière condensée. Plusieurs raisons expliquent cette « passion » pour les skyrmions. Tout d'abord, en raison de leur texture magnétique topologiquement distincte de l’état ferromagnétique uniforme, ils devraient être immunisés contre des transitions vers d’autres configurations magnétiques, et présenter une influence réduite aux défauts (même si des études récentes suggèrent un impact significatif de l’ancrage). Un autre avantage dû à la topologie est qu'ils peuvent être stables même avec une taille inférieure à quelques nanomètres, ils sont donc considérés comme candidats ultimes pour le stockage de données dans des films magnétiques. Enfin, comme démontré en 2010 déjà, ils peuvent être déplacés avec des densités de courant extrêmement faibles grâce à aux couples de transfert de spin. Peu de temps après ces observations, principalement réalisées dans des matériaux massifs non centro-symétriques, il a été proposé de tirer parti de ces propriétés fascinantes des skyrmions magnétiques, ouvrant un monde d'opportunités pour une nouvelle génération de dispositifs spintroniques pour diverses applications des TIC. Cependant une étape cruciale manquait : la démonstration que ces skyrmions magnétiques peuvent exister à température ambiante et à champs magnétiques faibles (ou nul) dans des matériaux industriellement pertinents. Cette réalisation clé a abouti en 2015, simultanément par quelques groupes à travers le monde (dont deux font partie de TOPSKY), en montrant que des skyrmions d'environ 100 nm de diamètre peuvent être imagés à température ambiante dans des multicouches magnétiques avec une interaction chirale d’interface importante, telles que Pt/Co/Ir, Pt/Co/Ta ou Pt/Co/MgO. Dans TOPSKY, nous allons poursuivre cette stratégie et concentrer nos efforts, comme décrit dans le programme de travail, sur l'identification et la caractérisation étendue de nouveaux systèmes optimisés à partir de différents types de multicouches magnétiques et permettant l'observation et l'utilisation de skyrmions de tailles bien plus petites et plus mobiles encore, dépassant l'état de l'art. Au-delà des nouvelles avancées scientifiques concernant la physique du skyrmion que nous espérons réaliser lors de nos recherches, le principal objectif technique de TOPSKY vise à contribuer à une révolution potentielle des TIC pour amener ces fascinants objets magnétiques dans une nouvelle génération de dispositifs électroniques topologiques à température ambiante. L'ambition est en effet de concevoir et fabriquer des dispositifs à base de skyrmions : des preuves de concept qui vont des mémoires encore hautement compatibles avec le silicium, telles que les MRAM multi-niveaux ou les mémoires « skyrmion race-track » à des technologies disruptives « beyond CMOS » telles celle basées sur des architectures neuro-inspirées. Nous croyons avoir une occasion unique de joindre les phénomènes topologiques et la démonstration de certaines fonctions de base pour de futurs nanodispositifs.

Le projet OISO explore le potentiel des oxydes de métaux de transition (OMT) pour la SpinOrbitronique. Celle-ci exploite le couplage spin-orbite (SOC) pour obtenir des sources de courant de spin sans ferromagnétiques (FM), des couples plus efficaces pour le renversement d'aimantation et une dissipation de chaleur réduite, pour la réalisation de nanocomposants à faible consommation. Les OMT constituent une plateforme de matériaux structurellement compatibles comprenant des FMs de faibles atténuations, des composés à fort SOC pour l'interconversion spin/charge et des matériaux pour la manipulation à faible coût énergétique. Pour démontrer l'intérêt d'une SpinOrbitronique à base d'OMT, nous réaliserons un circuit magnonique reconfigurable combinant des FMs et des ferroélectriques ou des composés à fort SOC pour contrôler l'atténuation des ondes de spin. Il sera utilisé pour concevoir un déphaseur actif et un interféromètre à ondes de spin pour l'électronique RF et la logique magnonique.

Le but de ce projet est de d'élaborer et de fabriquer des dispositifs à partir de couches minces de graphite (épaisseur nanométrique, 10-30 couches) avec un empilement rhomboédrique. Cet forme allotropique du carbone n'est pas la plus stable dans des conditions ambiantes standard et est par conséquent beaucoup moins abondant que l'empilement Bernal. Les propriétés électroniques de ce matériau sont à ce jour inconnues pour des spécimens de plus de 3 couches. Nous avons développé des techniques permettant soit la croissance de ce matériaux sur un substrat de 3C-SiC, soit l'identification d'inclusions rhomboédriques dans le graphite massif. Comme les isolants topologiques cristallins, il est attendu que ce matériau héberge des états électroniques de surface avec une dispersion électronique plate, et par conséquent, une densité d'état importante favorisant l'apparition d'un état électronique fondamental exotique comme du magnétisme ou de la supraconductivité. Ce matériau apparait comme unique parmi les systèmes de matière condensée. Nous produirons différents types de structures de graphite rhomboédrique sur des substrats adaptés pour une large gamme de techniques d'études expérimentales. En particulier, nous étudierons la structure de bande de ce matériau nouveau à l'aide de spectroscopie tunnel (STS), de photoémission résolue en angle (ARPES), de magnéto-transport ainsi que de diffusion magneto-Raman à basse énergie. Notre ambition est d'étudier les excitations de basse énergie d'électrons dans une bande plate, de caractériser l'état électronique fondamental de couches minces de graphite rhomboédrique pour des structures identifiées et terme de nombre de couches, et d'établir l'évolution de la structure de bande en fonction du nombre de couches. Ces études expérimentales des propriétés électroniques et phononiques seront guidées par des calculs ab-initio, ainsi que les possibles instabilités électronique influençant l'état électronique fortement dégénéré de la bande plate. Nous fabriquerons des prototypes de composants élémentaires (vanne de spin latérale et transistor à effet de champ) pour déterminer le potentiel de ce matériau pour des applications en microélectronique et en spintronique.

Les matériaux ferroélectriques (FE), caractérisés par une polarisation réversible sous l'application d'un champ électrique, ont déjà suscité un intérêt considérable pour les futurs dispositifs électroniques comme les mémoires en raison de leur potentiel à commuter rapidement, à avoir de long temps de rétention et à être intégrer avec de forte densité. L’aptitude de la polarisation FE à moduler la densité de charges à l'interface d'un matériau sous-jacent a récemment été utilisée dans des mémoires à jonction tunnel (JT) à base de FE permettant ainsi une lecture non destructive de l'information. Au-delà de cela, la possibilité à faire varier de façon continue l'état de polarisation et donc la résistance à travers la barrière FE permettrait de réaliser des memristors à base de FE imitant les synapses biologiques permettant ainsi une amélioration radicale de la puissance de calcul et de l'efficacité énergétique des dispositifs électroniques. En plus, il a également été démontré très récemment que l'utilisation d'une capacité négative d'un FE comme isolant de grille dans un transistor à effet de champ (FET) à base de FE, permet de réduire le swing sous-seuil, qui est limitée à 60 mV/décade dans les FETs classiques. Ceci permet à son tour de diminuer la tension d'alimentation et la dissipation d'énergie dans le FET. Il est intéressant de souligner que le mécanisme physique à l'origine des effets mentionnés ci-dessus est l'instabilité/métastabilité FE (qui est statique dans JTs ou transitoire dans la réponse de la capacité négative des FE-FET). Il faut noter que les antiferroélectriques (AFEs), qui sont des matériaux moins étudiés spécialement sous forme de films minces ou ultraminces, montrent également une instabilité/métastabilité polaire. En effet, les AFEs sont très proches en énergie des FEs ; par exemple un champ électrique ou élastique peut induire l'état FE à partir de l'état AFE. Cependant, les AFEs n'ont pas été, ou peu, considérés dans des dispositifs de type mémoire. Dans le cadre du projet EXPAND, nous souhaitons explorer le potentiel des AFEs dans les JTs et les FETs. Dans une JT à base d’AFE, nous souhaitons réaliser un oscillateur de relaxation qui « mime » le comportement d'un neurone. L'intégration de ce composant dans un circuit RC devrait donc permettre la réalisation d'un oscillateur, dont la fréquence peut être ajustée par la tension appliquée au dispositif. Dans les FETs à base d’AFE, le paysage énergétique de la polarisation qui est à l'origine de la capacité négative est plus riche et peut donc non seulement diminuer de manière significative le swing sous-seuil, mais aussi générer de nouvelles fonctionnalités logiques. Démontrer ces concepts dans de tels dispositifs nécessite une meilleure compréhension fondamentale et des conditions de stabilité de l'antiferroélectricité dans les films minces ainsi qu’une meilleure connaissance des couplages existants à l’interface d’un AFE avec un métal, un diélectrique, un FE ou une autre couche AFE. Ces hétérostructures serviront alors de blocs élémentaires pour la conception d'une nouvelle nanoélectronique avec des propriétés améliorées et des dispositifs mémoires et logiques innovants. EXPAND est un projet multidisciplinaire nécessitant une articulation étroite entre la croissance de films et d'hétérostructures d’AFEs, une caractérisation structurale et physique précise avec des allers-retours continus entre expérience et modélisation pour les intégrer finalement dans des dispositifs prototypes avec des performances améliorées et de nouvelles fonctionnalités. L'utilisation des matériaux AFEs dans des dispositifs électroniques innovants entraînera donc une amélioration des performances des dispositifs des technologies de l'information et de la communication, en particulier en termes de consommation d'énergie et d’efficacité grâce à des mémoires ultimes et des fonctionnalités nouvelles qui iront au-delà des technologies C-MOS et des limites des lois de Moore.

L’histoire de l’optique non linéaire et de l’optique quantique a été marquée par les paires de photons en raison de l’étendue de leurs applications mais aussi parce qu’il s’agit d’un nouvel état quantique de la lumière. Depuis les premiers travaux de conversion paramétrique d’ordre deux qui ont conduit à l’émergence de sources de paires de photons pour des applications en optique classique et quantique, un long chemin a été parcouru grâce au développement d’un formalisme théorique classique et quantique rigoureux qui a orienté les efforts expérimentaux, mais aussi en raison de l’émergence de matériaux optiques non linéaires d’ordre deux de très grande qualité. Pour la génération de triplets de photon (TPG), l’histoire commence à peine. A l’instar des paires de photons, on peut se demander si les triplets de photon pourront, eux aussi, jouer un rôle majeur en optique quantique et non linéaire. Le but de TriQuI est justement de donner des bases solides à ce sujet. La TPG est basée sur une interaction optique non linéaire d’ordre trois, ce qui correspond à la voie la plus directe pour produire de purs états quantiques à 3 photons. Ces états peuvent présenter une intrication quantique d’ordre trois et leur statistique va au-delà de la statistique gaussienne bien connue pour les sources cohérentes et les sources paramétriques à 2 photons, offrant ainsi de nouveaux outils potentiels à la mécanique quantique. Pendant une période de 48 mois, TriQuI, projet de physique à la fois théorique et expérimentale, souhaite apporter des innovations aussi bien pour les matériaux non linéaires que pour les aspects d’optique quantique. Ce projet multidisciplinaire, à la frontière entre ingénierie des matériaux, optique guidée, optique non linéaire et optique quantique, est le fruit de l’interaction entre quatre laboratoires : l’Institut Néel (NEEL), l’Institut Franche-Comté Electronique, Mécanique, Thermique et Optique – Sciences et Technologie (Femto-ST), le Centre pour les Nanosciences et Nanotechnologies (C2N), et le Groupe de Physique Appliquée (GAP) de l’Université de Genève. Les expertises de ces quatre équipes sont absolument complémentaires : design et élaboration des guides (FEMTO-ST), optique non linéaire (NEEL), optique quantique non linéaire (C2N), détection au niveau du photon unique et information quantique (GAP). Ce riche partenariat garantit une approche transversale et une grande synergie, de sorte que le consortium pourra envisager de rapides retours entre l’élaboration des guides d’ondes et leur capacité à générer les 3 photons, ainsi qu’entre les expériences non linéaires et quantiques. Les principaux objectifs du projet TriQuI sont les suivants : 1) le design et l’élaboration de guides d’onde non linéaires en arête, obtenus par sciage dans des cristaux de KTP ou de TiO2, et dont les faces d’entrée et de sortie seront revêtus ou non d’un traitement optique ; 2) le design et la mise en œuvre de TPG spontanée en régime d’oscillation paramétrique optique mais aussi de TPG stimulée en régime non résonant ; 3) le design et la fabrication de détecteurs de photons uniques à base de nanofils supraconducteurs en MoSi ; 4) l’étude théorique et expérimentale des propriétés d’états quantiques à 3 photons, incluant l’évaluation d’applications basées sur l’utilisation des corrélations quantiques et de l’intrication ; 5) l’utilisation du codage temps-énergie pour démontrer les corrélations de Bell et la création de corrélations entre deux photons annoncés par un troisième préalablement déplacé dans l’espace des phases. En conclusion, nous espérons que le projet TriQuI permettra l’élaboration d’un corpus unique de savoir fondamental et d’expériences pour générer et contrôler des états quantiques à 3 photons, qui pourraient alors devenir un nouvel outil pour l’information quantique.

GYN est un projet multidisciplinaire consacré au couplage entre des nanocristaux semi-conducteurs colloïdaux et des résonateurs plasmonique. En tirant partie d’effets collectifs et d'antenne, il vise à concevoir une nouvelle génération de sources lumineuses hybrides et de dispositifs pompés électriquement qui émettent de la lumière aux propriétés non standard. Le premier objectif est de modéliser et de synthétiser des émetteurs fluorescents à l’émission rapide (la durée de vie radiative sera inférieure à la nanoseconde) présentant une émission parfaitement stable et d’une grande résistance au photoblanchiment. Dans un premier temps, des nanocristaux colloïdaux individuels à la structure cœur/coque CdSe/CdS de forme sphérique (quantum dots, QDs) ou à deux dimensions (nano-plaquettes, NPs) seront encapsulés dans une couche de silice ou de polymère et recouverts par une coquille d’or par des méthodes de chimie en solution. La structure de ces matériaux hybrides sera optimisée grâce à une modélisation théorique. Au-delà de l’étude d’émetteurs individuels, nous nous intéresserons au couplage d’un ensemble de QDs ou de NPs à des cavités plasmoniques. Des super-particules contenant un ensemble de QDs ou de NPs entourés par une coque d’or seront synthétisés. Nous examinerons aussi les propriétés de structures constituées par des NPs couplées au mode plasmon de réseaux linéaires ou des antennes patch intégrant des QDs. Nous chercherons à exalter l’émission lumineuse à travers des effets collectifs (superradiance, couplage fort) à température ambiante. Ces systèmes ouvrent la voie à une émission de lumière à des échelles de temps extrêmement courtes (inférieures à la picoseconde) et fournissent des objets modèles pour étudier l’influence du nombre d’émetteurs dans des régimes originaux d’électrodynamique quantique en cavité. Le dernier but de ce projet est consacré au pompage électrique de ces systèmes avancés, une étape qui est un jalon essentiel pour les applications. En s'appuyant sur une émission superradiante, ces dispositifs représenteront une nouvelle catégorie de sources complémentaires aux lasers. Ils ouvriront des perspectives particulièrement attrayantes pour la réalisation de LEDs directionnelles et ultra-rapides pouvant être modulées à un débit similaire aux lasers (quelques dizaines de GB/s), et ce pour une fraction du coût en énergie.

Notre projet vise à examiner, à partir d’un secteur économique majeur - celui du bâtiment à l’époque moderne -, le mécanisme de l’expertise : comment la langue technique régulatrice des experts s’impose à la société, comment leur compétence se convertit en autorité, voire parfois en « abus d’autorité » ? L’existence d’un fonds d’archives exceptionnel (AN Z1J) qui conserve l’ensemble des procès-verbaux d’expertise du bâtiment parisien de 1643 à 1792 nous permet de lancer une enquête pluridisciplinaire d’envergure sur la question de l’expertise qui connaît, à partir de 1690, un tournant particulier. En effet, les experts, autrefois uniquement gens de métiers, se divisent en deux branches exerçant deux activités concurrentes, parfois complémentaires : l’architecture et l’entreprise de construction. La base de notre travail consistera d’abord à établir parallèlement deux corpus : d’une part, un dictionnaire prosopographique des 234 experts exerçant de 1690 à 1790 ; d’autre part, l’inventaire et l’analyse des procès-verbaux d’expertise sur la même période. Au regard de l’immensité du fond, nous travaillerons sur un groupe de près de 10000 expertises par le biais d’un sondage au 1/10e sur les dix années de 1696 à 1786, espacées chacune de 10 ans. Chaque expertise sera inventoriée, indexée, numérisée et analysée dans le détail. L’ensemble fera l’objet d’une étude sérielle sur le siècle parcouru, mais surtout d’un travail approfondi sur son contenu. Deux questions seront résolues : 1° Comment la décision de l’expert se prend-elle ? Quels savoirs y sont convoqués ? 2° Comment ces experts parviennent à innover dans domaine de leur compétence ? Le projet correspond au moins à trois enjeux contemporains. Le premier concerne le rapport au risque et à l’innovation sociale. Comment affronter des situations à risque permet d’innover techniquement, voire socialement ? La confrontation à des incertitudes ouvre des possibilités de résoudre des conflits entre des communautés opposées. Tenant compte de la partition des fonctions d’experts, la mission d’expertise se différencie-t-elle selon la qualité de son auteur ? Les experts en viennent, souvent grâce à l’expertise, à innover dans le champ d’activité qui est le leur. Ainsi, pourquoi l’expertise induit-elle l’innovation ? Le second concerne la part du droit dans la prise de décision démocratique. Comment le droit peut-il servir entre les mains de non-juristes ? La diffusion des principes du droit dans la vie citoyenne permet un usage de ces derniers dans la vie publique mais également dans des domaines de la vie privée. Dans le cadre de notre projet, comment et pourquoi des experts, non juristes mais au fait du droit, argumenteront en droit et persuaderont le juge de leur position ? Le troisième concerne la régulation des valeurs de biens. Quels critères faut-il mettre en avant pour échafauder une hiérarchie des choses ? Une stricte normalisation objective de ces critères peut ne pas apparaître souhaitable face aux lois du marché qui par leur rigueur nécessiteraient un contrebalancement de règles subjectivées. Précisément, comment les experts du bâtiment ont-ils mis en place les critères objectifs et subjectifs d’estimation de la valeur des biens immobiliers ? Rejoignant l’idée d’« abus d’autorité » de l’expert, le fait que plusieurs types de savoirs, et plusieurs groupes sociaux, partagent l’expertise, diminuerait-il le risque d’abus d’autorité et au-delà le risque technique en général ? Les résultats de cette recherche seront présentés dans une base de connaissances collaborative accueillie sur un site dédié sur lequel l’ensemble des corpus seront accessibles à la communauté des chercheurs. L’analyse d’exempla fera l’objet d’une éditorialisation particulière sous forme d’exposition virtuelle pour le grand public. La synthèse de nos résultats sera consignée dans un ouvrage et deux rencontres nationale et internationale viendront clore le projet.

L’objectif de ce projet de recherche est de comprendre le processus de fabrique des innovations que connaissent les politiques publiques dans des situations d’incompréhension et d’incertitude majeures. Pour cela, nous nous proposons d’étudier empiriquement la façon dont le Ministère de l’Economie et des Finances et plus largement l’ensemble des acteurs qui contribuent à l’élaboration de la politique économique ont appréhendé et réagi à la crise des « subprimes » de 2007 ainsi qu’à l’ensemble des crises qui vont lui succéder. A partir d’une enquête sur la trajectoire des propositions au sein des arènes politico-administratives, il s’agit ainsi de saisir la manière dont les principaux acteurs fabricant de politiques publiques, confrontés à des situations pour lesquelles ils ne disposent ni d’énoncé explicatif, ni de recettes disponibles, se mettent à en élaborer de nouveaux et à construire autour d’eux un accord suffisamment large pour les faire adopter.

Le projet FairHealth réunit des chercheurs de diverses disciplines des sciences sociales et médicales afin de mieux comprendre les processus par lesquels les perceptions de traitement injuste au travail peuvent conduire à des troubles musculo-squelettiques (TMS) au fil du temps. Les TMS désignent les problèmes de l’appareil locomoteur et comprennent diverses formes de dégradation de la santé allant des troubles légers et transitoires à des atteintes irréversibles et handicapantes. Les TMS figurent parmi les premières causes de maladies professionnelles, constituent une cause majeure de handicap et d'exclusion sociale, et représentent un coût considérable pour les entreprises, l’économie et la société en général. Des travaux antérieurs indiquent que les TMS ne résultent pas uniquement d’une simple exposition à des conditions physiques de travail difficiles et que des facteurs psychosociaux peuvent également avoir une influence considérable sur leur apparition/persistance. Toutefois, les mécanismes sous-jacents qui lient les facteurs psychosociaux aux TMS ne sont pas bien compris. FairHealth consiste à étudier l'évolution dans le temps des réactions à l'injustice perçue, et à produire des connaissances nouvelles et actionnables afin de comprendre si, pourquoi et comment les sentiments d'injustice au travail influencent la santé physique des salariés. Ce projet repose sur deux études quantitatives prospectives combinées à une étude qualitative longitudinale. En combinant les cadres théoriques et les dispositifs méthodologiques de plusieurs champs disciplinaires, FairHealth a le potentiel de générer des retombées scientifiques, économiques et sociétales de grande importance.

Les acides organiques solubles dans l'eau sont omniprésents dans les aérosols, les plus abondants sont les acides carboxyliques et leurs dérivés polaires. Beaucoup d’études ont porté sur les aérosols atmosphériques car ils ont un effet direct sur le bilan radiatif terrestre en rétro-diffusant les radiations solaires. Ils ont aussi un effet indirect via la formation de nuages. Malgré de nombreux travaux, il y a des incertitudes sur la formation des particules de nucléation notamment sur les composés organiques impliqués dans la formation de noyau critique de nucléation. Les étapes-clés ont lieu dans le domaine sub-2 nm, i.e. dans le mode de nucléation où d<10 nm (diamètre des particules), pour lequel des espèces organiques interagissent avec les principaux précurseurs de nucléation (acide sulfurique, ammonium, eau) menant ainsi à la formation de nouvelles particules (NPF). Pourtant, l'amorçage du processus de NPF est encore mal compris. Les liaisons hydrogène et le transfert de proton sont au cœur des processus chimiques participant à la cohésion de ces clusters. Parce qu'ils sont hygroscopiques, les acides carboxyliques s'agrègent, se lient aisément à des précurseurs et s'accumulent dans les aérosols, pouvant ainsi jouer un rôle important dans leur physico-chimie. Le projet vise à apporter une compréhension fine à l 'échelle moléculaire de ces clusters d'acides qui sont de bons candidats comme "embryons de nucléation" afin de caractériser les propriétés physico-chimiques pouvant intervenir dans les premières étapes de la NPF. Ces propriétés et la réactivité diffèrent selon l'environnement et selon l'isomère considéré, impactant la composition même des aérosols. Ceci n'est pas pris en compte dans les modèles actuels. De par leur petite taille, ces clusters sont difficiles à détecter dans l'atmosphère et leur identification n'est pas complète. Il importe donc de combiner diverses approches pour obtenir un maximum de données. Un des objectifs principaux du projet est de fournir des données spectroscopiques résolues en temps sur les clusters (agrégats et hydrates) d'acides carboxyliques détectés dans l’atmosphère et d'étudier les effets d'environnement, en utilisant la spectroscopie bidimensionnelle infrarouge (2D-IR). La 2D-IR apportera des informations structurales et renseignera sur la dynamique des changements induits par la complexation, en sondant des modes vibrationnels spécifiques. Des expériences micro-ondes en phase gazeuse et des études théoriques compléteront judicieusement les expériences IR afin d'établir une "bibliothèque de données" sur ces clusters : signatures spectroscopiques, énergies d'interaction, stabilité, interaction avec des précurseurs... Car ils sont exposés aux radiations solaires, ces acides se dégradent et s'oxydent, causant des réactions en chaîne et produisant des espèces réactives secondaires et des radicaux. Une connaissance approfondie des réactions chimiques en jeu est indispensable. Le deuxième objectif est de caractériser les propriétés optiques et la réactivité des clusters dans des matrices cryogéniques. Les premières sont liées à l'absorption de l'eau par les acides, la seconde donne la composition chimique des produits de dégradation. Les propriétés électroniques et les produits d'irradiation seront étudiés par spectroscopie laser et par 2D-IR. Ce projet associe les avantages de la technique 2D-IR (résolution structurale et temporelle) et ceux des matrices cryogéniques qui sont le milieu idéal pour isoler et étudier les propriétés de ces clusters d'acides et des photo-produits pouvant être instables. La combinaison expérience-théorie permettra d'obtenir les signatures temporelles des couplages vibrationnels, de la réactivité, des transferts d'énergie, des processus de déphasage pour deux grandes classes d'acides, en solution et dans des milieux contrôlés comme les matrices. Les effets de taille, solvatation, composition chimique (rapport carbone/oxygène)... seront examinés.

Les réseaux réguliers d’interactions non-covalentes constituent la pierre angulaire de la science des foldamères. Ces oligomères synthétiques peuvent adopter toute une palette de repliements, dont beaucoup hélicoïdaux. Les foldamères peptidomimétiques cherchent le plus souvent à reproduire la topologie des peptides naturels, notamment en terme de positionnement spécifique des chaines latérales, tout en étant résistant à la protéolyse. D’autres, proposés comme gabarits ou récepteurs de petites molécules, sont contrôlables par un signal extérieur et présentent donc un grand intérêt pour la reconnaissance et le transport moléculaires ou encore l’encapsulation. Cependant l’élément limitant dans la conception du design actuel de foldamères réside dans le fait que les interactions non-covalentes se limitent aux liaisons hydrogène du type NH···O=C entre groupes amides. Les autres types d’interactions non covalentes sont bien plus rares, notamment les liaisons NH···S n’ont jamais été considérées de façon systématique comme pouvant être intégrées aux repliements d’architectures moléculaires. L’objectif de ce projet est d’examiner des briques élémentaires spécifiques de foldamères possédant une liaison H de type NH···S formant un cycle à 5 atomes, d’explorer leur capacité à promouvoir des motifs de repliement nouveaux et inusuels et d’explorer la capacité de ces liaisons à modifier les modes de repliement dans les dimères et les petits oligomères. Nous visons à asseoir des règles prédictives pour le design de foldamères peptidiques, basées sur ces liaisons H spécifiques. Un point central de ce projet sera l’identification et la caractérisation individuelle des différents conformères présents pour chaque système moléculaire, un objectif hors de portée des techniques d’analyse usuelles de la chimie des foldamères, qui ne fournissent que des données résultant d’une moyenne sur tous les conformères du système. L’originalité du projet repose sur la combinaison unique de - l’exploitation des propriétés spécifiques du soufre pour un ajustement subtil des interactions non-covalentes au sein des foldamères, - la caractérisation en phase gazeuse des conformations d’une série de foldamères modèles, une pratique encore inhabituelle dans le domaine des foldamères et - du rôle de la théorie pour guider la sélection des briques élémentaires les plus appropriées. La stratégie se décline comme suit: i) D’abord, une bibliothèque de 10 monomères, pouvant présenter une liaison hydrogène NH···S intra-résidu sera constituée après screening théorique basé sur une exploration théorique du paysage conformationnel de ces systèmes. Ceci orientera le travail de synthèse vers les briques élémentaires présentant de nouvelles liaisons notamment des liaisons NH···S intra-résidu à 5 atomes. ii) Ensuite la formation d’interactions intra-résidu à courte portée dans les monomères et leur compétition avec des interactions plus longues entre résidus voisins dans les dimères seront évaluées expérimentalement. A cet effet, les briques élémentaires issues du screening théorique seront synthétisées et caractérisées en détail par spectroscopie laser sélective en conformère menée en phase gazeuse et par dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD) en phase condensée. Les expériences seront interprétées grâce à des calculs de chimie quantique menés en parallèle. iii) Enfin, pour tester le concept, les systèmes modèles, dont les monomères et les dimères montrent les résultats les plus prometteurs en termes de contrôle des populations conformationnelles par les liaisons NH···S, seront retenus pour étudier leurs petits oligomères jusqu’à 5 résidus. Ces composés seront synthétisés et étudiés en solution par les outils de caractérisation standard ainsi que par VCD. En suivant cette stratégie, nous espérons mettre à jour de nouvelles classes de foldamères ou de motifs de repliement et aider les foldaméristes à dépasser le stade actuel encore très centré sur les systèmes hélicoïdaux.

Les composés moléculaires photocommutables contenant des métaux de transition (MT) sont des candidats intéressants pour l’électronique du futur et le stockage haute densité de l’information. Parmi eux les Analogues du Bleu de Prusse (ABP ; CxA4[B(CN)6](8+x)/3.nH2O où C=cation alcalin, x=0-4, A,B = MT de la première série) présentent, lorsque les MT et la stoechiométrie sont bien choisis, des propriétés de photocommutation, mais généralement à basse température (T < 150K). Notre recherche vise à résoudre ce problème de température de fonctionnement, qui limite l’application des ABP. D’après la littérature et nos précédents résultats, un ajustement de la distribution de la densité électronique le long de l’enchaînement A-NC-B via une légère distorsion structurale est une voie prometteuse. L’objectif du projet MagDidi est donc d’élucider complètement les relations entre faibles distorsions structurales et propriétés de photocommutation des ABPs, ce qui permettra d’ajuster leur température de fonctionnement. Cependant, il n’existe encore aucun outil capable de quantifier ces très faibles distorsions structurales mises en jeu dans la modulation des propriétés de photocommutation des ABP. Pour y remédier nous proposons donc de développer une nouvelle méthodologie à partir du dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD) au seuil K des MT, qui est une technique fille de la spectroscopie d’absorption des rayons X. Notre première étude sous pression (0-7 GPa) de la famille des ABP NiFe non-photocommutables a en effet montré que le XMCD est très sensible aux faibles distorsions structurales envisagées pour la modulation des propriétés de photocommutation. Notre première tâche vise à (i) à synthétiser et caractériser des ABPs modèles et (ii) à établir, à partir d’un ABP « pivot », une échelle reliant les variations du signal XMCD aux faibles modifications structurales envisagées pour moduler les propriétés de photocommutation; cette échelle empirique sera ensuite utilisée pour contrôler par voie chimique la température de fonctionnement des ABP photocommutables. La deuxième tâche consiste (i) à identifier et démêler les effets physiques à l’origine du XMCD au seuil K des MT, qui sont encore mal compris, et (ii) à établir le lien quantitatif entre signaux XMCD et distorsions structurales de l’enchaînement A-NC-B, et donc entre distorsions structurales et propriétés de photocommutation. Ces deux tâches, qui permettront notamment de mettre au point un nouvel outil spectroscopique, seront effectuées grâce à une étude systématique des ABPs modèles de la tâche 1 par XMCD aux seuils K des deux MT présents dans l’ABP; ces ABP seront choisis pour varier indépendamment les paramètres électroniques et structuraux pouvant influer sur le signal XMCD. Pour aller plus loin, cette étude expérimentale sera couplée à une étude théorique des signaux XMCD pour les ABP les plus pertinents en utilisant une approche basée sur la DFT, déjà utilisée pour l’interprétation fine du XAS. Une fois ces deux tâches abouties, la dernière tâche consistera à appliquer notre outil à d’autres familles de composés et/ou des composés de taille réduite (oxydes, alliages, nanoparticules d’ABP…) pour étendre l’utilisation du nouvel outil spectroscopique à d’autres problématiques scientifiques. Les résultats de ce projet, principalement fondamentaux, se situent à la frontière entre chimie et physique et seront une avancée majeure pour (i) les relations structure-propriété de photocommutation des ABP et de leurs dérivés (nanomatériaux, molécules) et (ii) la compréhension des phénomènes physiques qui régissent le XMCD au seuil K des MT. Cela permettra d’améliorer notre connaissance générale sur le magnétisme et l’interaction rayonnement-matière. Enfin, la nouvelle méthodologie sera un outil inestimable pour toutes les communautés étudiant des propriétés magnétiques en relation avec la structure fine des matériaux, et ce quelque soit le type de composé et sa taille.

La turbulence, définie comme l’état hors-équilibre des systèmes à grand nombre de degrés de liberté, n’est pas un concept restreint à la mécanique des fluides. Un ensemble d’ondes dispersives en interaction non-linéaire est également qualifié de turbulent : c’est la « turbulence d’ondes », attendue dans de nombreux domaines, de la mécanique quantique à l’astrophysique. Un cadre théorique à cette « autre » turbulence a été développé dès les années 60 et les travaux de Zakharov focalisés sur la limite faiblement non-linéaire. Au cours des deux dernières décennies, cette « théorie de la turbulence faible » (TTF) a rencontré un succès croissant dans les systèmes mécaniques 2D tels que les ondes à la surface des liquides et les ondes de flexion dans les plaques élastiques. La situation est plus complexe lorsque les ondes se propagent dans le volume d’un fluide : turbulence hydrodynamique et turbulence d’ondes sont alors intriquées. Cette situation est attendue dans les fluides stratifiés ou en rotation qui permettent respectivement la propagation des ondes internes de gravité et des ondes inertielles, ingrédients clés de la dynamique des océans et de l’atmosphère. L’étude de la turbulence d’ondes dans ces systèmes est un domaine seulement naissant, rendu techniquement plus complexe par la nature anisotrope et tridimensionnelle des champs de vitesse. Indépendamment, approcher le régime de turbulence d’ondes dans ces systèmes constitue un défi qui a en pratique rarement été réalisé. En conséquence, la pertinence de la TTF dans ces systèmes reste une question ouverte. Notre objectif premier est d’atteindre expérimentalement et numériquement le régime de turbulence d’ondes dans des fluides en rotation et/ou stratifiés. Pour cela, nous allons mettre en œuvre un ensemble d’expériences et de simulations numériques favorisant faible non-linéarité et injection de l’énergie dans des ondes, une stratégie significativement différente de la plupart des travaux passés. L’effort coordonné des 4 partenaires, explorant des systèmes différents mais supposés développer des comportements similaires, est un élément clé du projet. Au LPENSL et au FAST, nous allons mettre en place plusieurs expériences dans l’eau faisant appel à des plateformes tournantes de précision et/ou à une stratification en densité. Celles-ci permettront la mise en œuvre de générateurs d’ondes sophistiqués injectant l’énergie dans des ondes faiblement non-linéaires. D’autres expériences seront menées dans l’hélium liquide à l’Institut Néel, dans un cryostat installé sur une plateforme tournante en 2016 et dans lequel des mesures de vélocimétrie par image de particules seront possibles. Ce dispositif extrêmement complexe techniquement tirera profit de la faible viscosité de l’hélium liquide pour accéder à des régimes inexplorés de non-linéarités faibles devant la rotation et fortes devant les effets visqueux. Au LMFA, nous réaliserons parallèlement des simulations numériques directes où forçages ou conditions initiales injecteront l’énergie dans des ondes faiblement non-linéaires. Pour atteindre les hautes résolutions spatio-temporelles nécessaires à l’analyse des données, nous allons mettre en œuvre des dispositifs de vélocimétrie à plusieurs caméras dans les expériences et faire appel à des moyens de calcul haute-performance pour les simulations. La finalité du projet est de réaliser une analyse statistique coordonnée de l’ensemble des données produites dans le but de démêler systématiquement les ondes des structures fortement non-linéaires. L’objectif final est de tester, pour la première fois en détail, la pertinence de la théorie de la turbulence d’ondes et de ses prolongations fortement non-linéaires pour décrire les écoulements turbulents 3D. Ce projet a pour ambition de produire une percée dans la compréhension de la turbulence d’ondes tridimensionnelle qui est un ingrédient clé des écoulements géophysiques et donc des prévisions météorologiques et climatiques.

La turbulence intervient dans la plupart des écoulements géophysiques ou astrophysiques, ainsi que dans de nombreux procédés industriels. Son principal effet est d’augmenter les transferts de masse ou d’énergie au sein de l’écoulement, de façon bénéfique par exemple pour le mélange, mais souvent au détriment de l’efficacité dans de nombreux procédés. Généralement, la turbulence transfert l’énergie des grandes vers les petites échelles. Comparées aux petites échelles, les grandes échelles des écoulements turbulents ont été peu étudiées. Le but de ce projet est donc d’étudier les propriétés des grandes échelles en turbulence, définies ici comme les échelles plus grandes que celle du forçage. Nous proposons d’étudier expérimentalement et numériquement deux systèmes modèles. Le premier est la turbulence hydrodynamique tridimensionnelle et le second est la turbulence d’ondes de gravité à la surface d’un fluide. Nous développerons deux expériences de grande taille dans lesquelles un écoulement ou des ondes seront forcées à petite échelle. Les difficultés attendues concernent la possibilité d’injecter de manière contrôlée suffisamment d’énergie à des échelles petites devant la taille du système. Nous prévoyons des solutions alternatives afin de contourner ces difficultés si nécessaires. Les deux systèmes que nous considérons ont à priori des propriétés différentes à grande échelle. En turbulence tridimensionnelle, le flux d’énergie moyen vers les grandes échelles est nul, tandis qu’un flux (d’action d’onde) est prédit pour la turbulence d’onde gravitaire. En étudiant ces deux systèmes, nous étudierons donc les deux cas possibles de présence ou d’absence de flux vers les grandes échelles. Afin d’étudier le lien entre le champ à grande échelle et les transferts d’énergie, il est important de déterminer le bilan énergétique. Nous souhaitons aller au-delà des propriétés moyennes et étudier les aspects dynamiques. Pour cela nous implémenterons des mesures précises de la puissance injectée et développerons une nouvelle méthode optique, basée sur la spectroscopie de lumière diffusée, qui permettra la mesure instantanée de la puissance dissipée par viscosité. En turbulence hydrodynamique 3D, en raison de l’absence de flux d’énergie moyen vers les grandes échelles, on peut s’attendre à ce que ces échelles soient à l’équilibre statistique, c’est-à-dire en équipartition. La confirmation expérimentale de cette prédiction nous amènera à modéliser les grandes échelles avec les méthodes de la mécanique statistique à l’équilibre. En particulier, notre projet devrait permettre de définir la température effective des grandes échelles d’un écoulement turbulent, d’en prédire les événements rares, ou les propriétés statistiques des fluctuations de puissance injectée. Nous nous attendons à ce que de tels concepts soient valides pour les grandes échelles de la turbulence tridimensionnelle et nous testerons dans quelle mesure ils s’appliquent, au moins partiellement au système d’ondes turbulentes. Enfin ces résultats seront testés et comparés à ceux obtenus par des simulations numériques. Ces simulations seront nécessairement restreintes à des domaines de paramètres limités mais seront très utiles car elles pourront donner accès à des grandeurs difficiles à mesurer expérimentalement.

Ce projet de recherche HEXSIGE s’appuie sur notre découverte récente d’un procédé de transformation de phase dans les nanofils de Si et Ge sous contrainte. Le procédé mis au point permet d’obtenir des hétérostructures d’allotropes cubique-3C et hexagonal-2H de manière quasi-périodique le long d’un fil. Cette nanostructuration ouvre un champ nouveau de propriétés et de fonctionnalités à explorer. HEXSIGE est un projet de recherche à caractère fondamental avec deux objectifs : (1) étude des propriétés mécaniques des fils de Si et Ge et des effets de taille, identification de la force motrice de la transformation de phase et compréhension des mécanismes impliqués dans la transformation. Outre une avancée des connaissances sur la plasticité des nanofils, cette étude permettra d’optimiser le procédé de synthèse de nanofils hétérostructurés 3C/2H. (2) acquérir des données de base sur les propriétés physiques de la structure Ge-2H et Si-2H et sur le nanofil hétérostructuré 3C/2H pour identifier les applications potentielles. Une approche expérimentale systématique associée à des calculs théoriques sera développée pour étudier les propriétés électroniques, optiques et vibrationnelles. Parmi l’ensemble des paramètres à quantifier, une attention particulière sera portée sur la détermination de la largeur de gap des phases 2H (donnée essentielle encore absente dans la littérature). L’autre aspect important consiste à analyser les conductivités thermiques et électriques des nanofils hétérostructurés. Le projet bénéficie du savoir-faire du C2N en croissance et en procédés technologiques sur les nanofils et de l’expertise reconnue des 5 partenaires (C2N, SOLEIL-synchrotron, LPS, INL, LOMA) en caractérisation des nanomatériaux. Le succès du projet est assuré par la complémentarité des différents outils de caractérisation qui seront utilisés et la spécificité de certains d’entre eux. Citons entre autre, l’analyse infrarouge (IR) qui sera utilisée pour sonder d’une part les propriétés optiques et électroniques des phases Ge-2H et Si-2H en mesurant l’absorption des porteurs libres dans la gamme du moyen et proche IR, et d’autre part les propriétés vibrationnelles en mesurant l’absorption de phonons dans le lointain IR. Le futur microscope EQUIPEX CHROMATEM pourra enfin permettre d’accéder, par analyse de perte d’énergie d’électrons, à des mesures de gap de faible largeur (tel qu'attendu) dans les nanostructures. Il permettra également la détermination du caractère direct ou indirect des gaps. Enfin, des mesures de photoluminescence seront menées pour compléter cette étude par l’analyse de l’alignement de bandes dans l’hétérostructure 3C/2H. Nous déploierons diverses techniques complémentaires de caractérisations électriques, thermiques et thermoélectriques pour évaluer les propriétés de conductivités en relation avec les caractéristiques structurales des nanofils hétérostructurés. Pour les mesures thermoélectriques, un nouvel équipement sera implémenté sur l’AFM pour accéder à l’ensemble des paramètres thermoélectriques dont le coefficient Seebeck. Ce développement spécifique, nécessaire dans le cadre du projet HEXSIGE, répond à un besoin de l’ensemble de la communauté « thermoélectricité » et devrait être utile plus généralement à des applications nanoélectroniques. Notre procédé original de transformation de phase dans les nanofils Si et Ge a ouvert dans notre laboratoire (C2N) un thème de recherche original et prometteur. Le projet HEXSIGE a l’ambition de promouvoir cette thématique à l’échelle nationale et de la développer rapidement pour conserver notre avance dans le domaine. La nouvelle hétérostructure 2H/3C synthétisée dans des nanofils offre évidemment de nouvelles fonctionnalités que le projet permettra d’identifier.

Le projet HighEneCh ANR vise à initier et à organiser une collaboration entre des spécialistes de la spectroscopie d’électrons (SOLEIL, UMPC-LCP-MR), de la chimie des rayonnements (CEA-NIMBE), des systèmes micro fluidiques (CEA-NIMBE) et de simulation de dynamique moléculaire ab-initio (UMPC-IMPMC), dans le but d’approfondir les connaissances fondamentales des différents mécanismes impliqués dans la chimie en milieux aqueux induite par des photons de haute énergie. Pendant les 48 mois du projet HighEneCh, à l'aide d'approches complémentaires, le consortium souhaite obtenir une vision globale de la radiolyse de l'eau pure et de mélanges eau / biomolécules, irradiés avec des rayons X-mous/durs, en mettant particulièrement l'accent sur les effets chimiques liés à l’ionisation en couche interne. L'irradiation avec des photons de haute énergie produit des espèces chargées et neutres qui sont à l’origine des dommages biologiques, via des processus directs et indirects. L'originalité de notre consortium est de combiner des méthodes de quantification de pointe pour la détection d'espèces radicalaires avec la spectroscopie d’électrons sur des liquides, le tout soutenu par des simulations, afin d’élucider les mécanismes fondamentaux de l'interaction de photons de haute énergie avec des biomolécules entourées d’eau. La détection des radicaux sera basée sur des méthodes de piégeage chimique qui seront utilisées pour quantifier la production de radicaux OH et HO2, dans des conditions d'irradiation différentes. Dans un premier temps, les études d'irradiation seront réalisées en partie avec une version améliorée d'une chambre expérimentale mobile (IRAD), qui intégrera une nouvelle cellule microfluidique, afin d'avoir un contrôle parfait des conditions anaérobies. Les études de spectroscopie d’électrons sur les liquides seront réalisées à l’aide d’une nouvelle chambre mobile (MultiSpec), où un microjet liquide à recyclage sera couplé avec des spectromètre d’électrons. La récupération de l'échantillon irradié est cruciale pour le projet, car elle permettra d’effectuer des mesures analytiques hors ligne (rendement de fluorescence, spectrométrie de masse) sur cet échantillon. Nous prévoyons également de recycler la solution, dans un système en boucle fermé, afin d'augmenter progressivement la dose moyenne et de suivre son évolution chimique. Nous envisageons également d 'appliquer des techniques de coïncidence à la spectroscopie d’électrons sur les liquides, pour identifier clairement les différentes structures des spectres Auger et ainsi mieux comprendre les effets du solvant, lors des processus de désexcitation du trou créé en couche interne. Nos études iront de l'eau pure à des mélanges d'eau et de biomolécules comme le 5 ribose phosphate et le 2-désoxyribose 5-monophosphate, une molécule biomimétique du squelette de sucre-phosphate de l’ADN. L’étroite collaboration avec des théoriciens sera un élément précieux. Nous allons étudier les premiers moments de la dissociation des molécules d'eau ionisées et de sucres phosphates dans de l’eau, sur une échelle allant de la femto à la picoseconde. Pour étayer les résultats expérimentaux de la production de radicaux HO2 dans de l'eau pure, nous modéliserons d’abord la dynamique induite par l’ionisation de l’oxygène en couche K, à partir de configurations impliquant une molécule d'eau doublement ionisée et une autre, distante de quelques nanomètres de la première, étant simplement ionisée. En effet, les électrons (Auger, photoelectron) sont éjectés avec une énergie cinétique de quelques centaines d'électrons-volts ; leur libre parcours moyen étant de quelques nanomètres dans l'eau, cette configuration est donc très probable dans le cas d’une ionisation en couche interne. Les résultats, simulés par des méthodes de dynamique Moléculaires ab initio, seront utilisés comme données d'entrée pour la simulation «Kinetic Monte-Carlo» qui permet d'étudier la chimie intervenant jusqu'à la microseconde.

La miniaturisation des composants électroniques à base de semiconducteur pourrait atteindre ses limites ses limites physiques fondamentales au cours de la prochaine décennie. Dans ce contexte, l’électronique supraconductrice est l’une des alternatives les plus prometteuses, offrant à la fois des cadences d’opération élevées et de faibles énergies de commutation. Les défis à relever incluent le développement de mémoires supraconductrices de hautes capacité, l’extensibilité et l’interfaçage avec les systèmes électroniques à température ambiante. La détection optique et la manipulation des nano-objets individuels ont révolutionné de nombreux champs de recherche, permettant des découvertes fondamentales et des percées technologiques. Cependant, en dépit d'un grand potentiel, la combinaison de ces concepts photoniques de pointe avec la supraconductivité n'a jamais été explorée. Le but de ce projet est d’explorer et d’exploiter l’entrejeu entre la nano-optique, le magnétisme et la supraconductivité à l’échelle submicrométrique pour extraire les propriétés fondamentales d’états supraconducteurs spécifiques et d'établir les bases du contrôle optique du transport Josephson. Plus précisément, nous développerons la manipulation optique de vortex d'Abrikosov individuels pour le contrôle rapide de dispositifs supraconducteurs; combinerons l'optomagnétisme avec la supraconductivité pour la génération optique de quanta de flux par effet Faraday inverse; et démontrerons la réalisation de dispositifs de jonctions de Josephson dans de simples films supraconducteurs éclairée par une lumière structurée. Ce projet ouvrira des perspectives fascinantes pour la conception d'une nouvelle génération de dispositifs supraconducteurs ultra-rapides, à faible dissipation et optiques. Ses concepts fondamentaux et ses méthodes expérimentales auront un impact significatif sur l'électronique supraconductrice et s'étendront au-delà, comme par exemple au contrôle des textures de spin dans les systèmes hybrides, ou au piégeage et la manipulation d’atomes ultra-froids dans les puces supraconductrices

L'appariement de fermions est le mécanisme microscopique au cœur de la supraconductivité conventionnelle. Dans le modèle de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), la paire de Cooper est formée de deux électrons d'impulsions opposées. En conséquence, la robustesse de l'état supraconducteur est intimement liée à la stabilité des paires et aux corrélations en impulsion. Un tel appariement est également considéré à l'origine de la supraconductivité non conventionnelle, mais une identification claire du type d'appariement dans les supraconducteurs à haute Tc reste encore à apporter plus de 30 ans après leur découverte. Malgré son rôle central dans la description microscopique de la supraconductivité, l'absence d'un détecteur approprié a empêché l'observation de ces corrélations à deux particules en impulsion, dans les supraconducteurs conventionnels et non conventionnels. L'accès à ces signaux ouvrirait de nouvelles possibilités pour étudier la formation et la stabilité de l'appariement non-conventionnel. Au-delà de l'exemple des paires Cooper, la mesure des corrélations en impulsion permettrait une confrontation originale de théories à N corps microscopiques à partir des premiers principes. Dans le projet QUORUM, nous proposons une approche originale, basée sur la détection d'atomes individuels dans l'espace des vitesses, pour mesurer les corrélations en impulsion dans des états à N corps. Notre méthode de détection unique est basée sur les propriétés spéciales des atomes d'hélium métastables (sa grande énergie interne et sa masse légère). Elle nous permet de reconstituer atome par atome les positions tridimensionnelles et les corrélations dans l'espace des impulsions. Ces capacités nous ont récemment permis d'observer la déplétion quantique dans un condensat de Bose, un effet quantique emblématique à N corps. L'objectif central de QUORUM est d'étendre les investigations actuelles avec les bosons à l'isotope fermionique Hélium-3. Tout en installant progressivement l'Hélium-3 sur l'appareil, notre premier objectif est de valider notre approche avec l'isotope bosonique Hélium-4. Nous testerons notre détecteur original en étudiant la physique de Bose-Hubbard sur réseau. Nous aborderons ensuite des questions de recherche ouvertes liées aux états fondamentaux à N corps (par exemple, la nature de la phase de verre de Bose), aux transitions métal-isolant (corrélations entraînant la transition de Mott) et à la dynamique à N corps hors-équilibre (dans un gaz 1D après un quench en interaction). S'appuyant sur la «boîte à outils atomique» développée par la communauté des gaz quantiques, des hamiltoniens de complexité croissante seront réalisés grâce aux réseaux optiques, aux résonances de Feshbach et au désordre optique (speckle). Notre objectif de réaliser une mer de Fermi d'atomes d'Hélium-3 dans un piège optique est très innovateur. Il représente un grand effort expérimental qui permettra l'utilisation de résonances magnétiques de Feshbach. Cela nous amènera à étudier les interactions résonantes en onde p et les appariements non conventionnels dans un gaz polarisé d'Hélium-3. Notre objectif final, l'observation de corrélations en impulsion en onde p, constituera une percée scientifique importante. Touchant à des questions délicates de la physique à N corps, des collaborations avec des groupes théoriques sur les différents aspects du projet sont planifiées. Cela inclut l'utilisation des techniques les plus avancées de calcul quantique de Monte-Carlo. Un effort théorique important sera également consacré à l'étude des interactions résonnantes en onde p et à l'appariement de fermions dans un gaz d'Helium, en soutient des expériences.. L'observation directe de corrélations en impulsion en onde p ouvrira la voie à l'étude de la stabilisation des paires et de la superfluidité non conventionnelle.

Le projet DIRAC3D vise à accroître radicalement la connaissance expérimentale et théorique des semi-métaux 3D de Dirac et de Weyl qui ont récemment émergé et représentent actuellement un captivant terrain de jeu pour la physique de la matière condensée fondamentale et appliquée. Nous proposons une véritable exploration de leurs propriétés électriques et optiques dans une large gamme de champs magnétiques, à l'aide d'outils avancés de transport électrique et de spectroscopie optique, du Terahertz à la gamme spectrale visible. Nous analyserons leurs propriétés physiques uniques, dues à la présence de particules tridimensionnelles sans masse aux nœuds de Dirac et de Weyl, ainsi qu’à celle d’états de surfaces caractéristiques. Les expériences proposées, soutenues par une modélisation théorique appropriée, nous permettront de caractériser en détail les bandes coniques tridimensionnelles (formes, isotropies, gammes d'énergie...) dans des matériaux de Dirac et de Weyl sélectionnés (en l’occurrence dans Cd3As2, TaAs, ZrTe5 ou ZrSiS). D'autres activités expérimentales comprendront par exemple la recherche d'excitations optiques spécifiques liées à la présence d’arcs de Fermi et d’états massifs aux surfaces de ces semi-métaux de Dirac et de Weyl, ou encore l’exploration du phénomène de magnétorésistance linéaire observé de manière générique dans les matériaux 3D à structures de bandes coniques. Nos objectifs ultimes incluent la découverte de preuves catégoriques de l'anomalie chirale dans les semi-métaux de Weyl et l'exploration des fascinantes propriétés optiques et électriques des semi-métaux de Dirac et de Weyl, dont le potentiel applicatif à long terme est également pertinent.

Le projet rassemble des expérimentateurs et des théoriciens de Toulouse (LCAR UMR 5589, LPT UMR5152) et Orsay (LPTMS 8626). Nous proposons une nouvelle approche aux expériences d’atomes froids, où une complexité contrôlée rend le système très polyvalent. La complexité sera construite au cours du projet à partir de différents phénomènes physiques : effet tunnel, chaos, localisation quantique et interaction. Cela nous permettra non seulement d’étudier de nouveaux régimes de physique fondamentale (des systèmes désordonnés aux systèmes fortement corrélés) mais aussi de créer de nouveaux outils pour manipuler les atomes froids dans des régimes inaccessibles actuellement. Dans ce but, nous nous focaliserons sur un système d’atomes froids piégés dans un réseau optique 1D, dont l’amplitude et la phase sont contrôlées dans le temps. Grâce à une modulation d’amplitude, le réseau est habillé par le chaos ce qui conduit à un espace des phases où des îlots réguliers sont séparés par une mer chaotique. L’effet physique central utilisé sera l’effet Tunnel Assisté par le Chaos (CAT), qui présente des résonances permettant de changer par des ordres de grandeurs l’amplitude tunnel entre deux îlots, et ce sur une gamme restreinte de paramètres (ici la fréquence de modulation du réseau). Nous démontrerons ces fortes variations et caractériserons la distribution des résonances, jamais observées avec des atomes froids. Ensuite, nous augmenterons progressivement le degré de complexité en ajoutant des effets de localisation quantique et d’interactions. Ces nouveaux ingrédients n’ont jamais été considérés dans ce contexte. Leur inclusion constitue un défi théorique et expérimental. Le transport entre îlots réguliers peut être modifié de diffusif à localisé, conduisant à de nouveaux régimes d’effet tunnel qui seront caractérisés par leurs distributions. En particulier, nous utiliserons le CAT comme signature claire de la multifractalité, propriété cruciale de la transition de localisation difficile à observer expérimentalement. Nous construirons aussi une théorie des effets des interactions sur le CAT. Nous commencerons par le régime non-linéaire associé à un grand nombre d'atomes par site du réseau, en revisitant par exemple l'effet Josephson dans le régime chaotique. Nous accèderons ensuite au régime fortement corrélé en utilisant le dispositif expérimental avec un réseau optique 3D. Sur la base de ces résultats fondamentaux, nous développerons de nouvelles techniques pour manipuler les atomes froids dans des réseaux optiques. L’habillage par le chaos offre la possibilité fascinante de créer des amplitudes de saut à longue portée. En présence d'interaction, le CAT permet également de modifier de façon drastique le rapport entre amplitude de saut et force des interactions avec des résonances similaires aux résonances de Feshbach. Ces nouveaux outils, reposant sur la physique universelle du CAT, sont indépendants de l’espèce atomique et peuvent également être facilement transposés en 2D et 3D. De par leur degré de contrôle, ces outils permettront d’élargir les possibilités offertes par les systèmes d’atomes froids et en particulier d’accéder à des modèles physiques et des régimes inaccessibles jusqu’à présent. Les trois partenaires comprennent une équipe expérimentale d’atomes froids, une équipe théorique spécialiste de localisation d'Anderson, à l'interface avec les expériences et une équipe théorique experte du CAT et des effets à plusieurs corps. Les partenaires apportent des compétences clés de leurs domaines d'expertise complémentaires.

Ce projet implique des théoriciens en physique statistique et en matière condensée. Il s'inscrit à la suite de notre percée récente dans l'application de la théorie des matrices aléatoires (RMT) à la physique des fermions ultra-froids piégés. Il vise (i) à développer de nouvelles méthodes théoriques pour décrire la statique et la dynamique des atomes froids dans des pièges, (ii) à explorer les connections entre les modèles de fermions libres et une grande variété de modèles étudiés en physique statistique, et (iii) à étudier, avec des groupes expérimentaux, la possibilité de comparer nos prédictions au bord du gaz de Fermi avec des résultats expérimentaux. Les progrès récents des microscopes quantiques et dans la réalisation des pièges rendent ce projet réaliste et opportun. Notre but est de démarrer une synergie entre deux vastes communautés (atomes froids et RMT) qui ne se rencontrent pas actuellement. Ce projet ambitieux sera renforcé par l'organisation d'un workshop et d'une école. Même en l'absence d'interactions, les fermions montrent des effets collectifs quantiques dus au principe de Pauli. Les microscopes de Fermi permettent aujourd'hui d'explorer ces corrélations quantiques dans la limite du gaz libre, en imageant directement le gaz de fermions avec une résolution à l'échelle atomique. Le piège induit l'existence d'un bord pour le gaz de Fermi, où la densité est faible et où les fluctuations quantiques et thermiques sont donc importantes. La description des corrélations spatio-temporelles près du bord présente un défi important pour la théorie. En effet, les méthodes traditionnelles, comme l'approximation de densité locale, ne sont valides qu'au centre du piège et échouent à décrire la physique près du bord. Au plan théorique, nous avons récemment démontré que la RMT fournit des outils analytiques nouveaux pour décrire le gaz de Fermi piégé, y compris dans le régime de fluctuations fortes près du bord. Une prédiction remarquable de la RMT est que la fluctuation de la position du fermion le plus à droite dans un piège harmonique unidimensionnel à T=0, est gouvernée par la distribution de Tracy-Widom (TW), qui apparaît dans de nombreux autres problèmes, par exemple la croissance d'interfaces. Comme on ne peut pas ignorer les fluctuations thermiques dans les expériences d'atomes froids, il est crucial de calculer les observables au bord à température finie, un des buts majeurs de ce projet. Ceci sera réalisé en s'appuyant sur nos progrès récents qui nous permettront de calculer plusieurs autres observables statiques et dynamiques au bord, en toute dimension. Etant donnée l'existence de relations entre les fermions libres et une grande variété d'autres problèmes, nos résultats pourront être transposés utilement à d'autres domaines. Ce projet vise également à proposer des expériences sur les atomes froids, où nos résultats théoriques pourraient être testés. Les progrès récents dans le développement des microscopes quantiques et la possibilité de modifier avec une grande précision les interactions atomiques ainsi que la forme des potentiels de piège ouvrent un large champ de possibilités à l'interface entre physique théorique et des expériences en physique atomique. Nous proposons d'interagir avec des groupes expérimentaux, notamment avec le groupe d'I. Bloch à Garching ou le groupe de C. Salomon au LKB-ENS. Le consortium est composé de trois équipes théoriques (LPTMS, LPTENS, LOMA) qui ont collaboré activement. Ces partenaires sont des experts internationalement reconnus en physique théorique, statistique et en matière condensée. Etant données leurs expertises complémentaires, ils sont très bien placés pour mener ce projet avec succès accompagné d'un impact important. Nous demandons à recruter un postdoc, pour deux ans, localisé pour un an au LPTMS et pour un an a l'ENS pour accroître la synergie entre les équipes.

Le but du projet est une étude expérimentale et théorique des skrymions (textures de spin topologiques) dans des systèmes à effet Hall quantique (électrons 2D dans un champ magnétique fort). Plus spécifiquement, nous étudierons, par la microscopie à effet tunnel résolue en spin, des skyrmions dans le graphène, où un autre "pseudospin" dû à la double dégénérescence de vallée accompagne le spin physique des électrons. Le graphène offre ainsi l'unique possibilité d'étudier des skyrmions combinant les deux types de spin dans des textures plus exotiques, des skyrmions SU(4). De premiers résultats théoriques indiquent une signature claire de ces skyrmions dans l'occupation électronique des sous-réseaux, accessible spectroscopiquement. En effet, les électrons du niveau de Landau zéro, qui nous intéressent plus particulièrement ici, sont caractérisés par un pseudospin qui coincide avec le sous-réseau -- un skyrmion de pseudospin est ainsi équivalent à une texture dans l'occupation de sous-réseau. Afin d' identifier clairement les skyrmions SU(4), on a besoin d'une analyse détaillée des effets de désordre ainsi que des mécanismes de piégeage. Cette étude ainsi qu'une étude et mesure des ondes de spin autour des skyrmions est une partie centrale de ce projet. À plus long terme, nous envisageons l'étude de ces textures au bord de l'échantillon. Les expériences seront menées à l'Université RWTH d'Aix-la-Chapelle, Allemagne, tandis que la composante française (CNRS) au LPS, Orsay, fournira les études théoriques nécessaires.

Le but de ce projet est de réaliser une caractérisation expérimentale des processus de relaxation induits par l’absorption de radiations dans le domaine de l’ultraviolet du vide (VUV) pour des molécules et espèces radicalaires présentes dans les milieux astrophysiques tels que le milieu interstellaire, les atmosphères planétaires et les comètes. Les expériences envisagées seront effectuées à l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO) ainsi que sur la ligne DESIRS du synchrotron SOLEIL. Ces deux environnements scientifiques nous permettront d’utiliser tous les outils nécessaires pour réaliser des études complètes sur les molécules et radicaux ciblés par notre projet. Une de nos priorités sera d’étudier les molécules (azo)-carbonées ainsi que l’ammoniac (NH3) dans le but de fournir des données fiables aux communautés des astrophysiciens et astrochimistes. Des données quantitatives telles que des rapports de branchement de photodissociation, des sections efficaces d’absorption et d’ionisation seront mesurés pour la première fois. En particulier, nous nous intéresserons à la caractérisation des espèces radicalaires comportant du carbone et/ou de l’azote pour lesquelles très peu d’informations sont disponibles dans la littérature. Les spectres et résultats expérimentaux seront confrontés à des calculs théoriques effectués par des partenaires de l’ISMO ou un collaborateur de l’ULB (Belgique). Le soutien financier demandé permettra de finaliser la construction du premier laser pulsé accordable à haute résolution dans le domaine du VUV en France. Ce système sera la pièce maitresse du montage expérimental qui sera utilisé à l’ISMO. La complémentarité de ce nouveau laser avec les sources VUV déjà existantes dans l’environnement du plateau de Saclay (ligne DESIRS, centre laser CLUPS) viendra renforcer la position de l’Université Paris-Saclay parmi les principaux acteurs au niveau mondial dans le domaine de la spectroscopie moléculaire VUV et de la photodynamique.

L’accroissement de la précision des mesures expérimentales au Grand Collisionneur Hadronique (LHC) du CERN exige des prédictions théoriques plus précises. Les amplitudes de diffusion constituent l’outil théorique fondamental. Au sein de la physique des particules le domaine de recherche sur "Amplitudes" est consacré au calcul, à l'étude et à l'application des amplitudes de diffusion. Son émergence est due aux nouvelles techniques théoriques, dites de «méthodes sur la couche de masse», qui ont mené à des progrès spectaculaires. Notre projet vise à développer une nouvelle génération de méthodes pour calculer les quantités physiques nécessaires au programme expérimental du LHC. Il créera également de nouveaux liens vers des domaines de recherche connexes en physique théorique et en mathématiques. Le projet formera également des scientifiques plus jeunes, ce qui leur permettra d'acquérir des compétences utiles dans de vastes domaines de recherche fondamentale et appliquée. Nous développerons des méthodes pour les amplitudes de QCD; et nous utiliserons la théorie de Yang-Mills maximalement supersymétrique, comme un laboratoire pour le développement d'outils et la recherche de nouvelles structures mathématiques en théorie quantique des champs. Nous avons organisé quatre objectifs principaux, que nous avons répartis en 12 tâches. Notre premier objectif est de développer de nouvelles méthodes pour calculer des observables physiques telles que des sections efficaces différentielles qui évitent le problème habituel des singularités infrarouge aux étapes intermédiaires des calculs. Nous poursuivrons cet objectif par des tâches consacrées au calcul des sections efficaces pondérées par l'énergie au-delà de deux boucles en QCD et en théorie de super-Yang-Mills maximale; pour les calculer à couplage fini dans ce dernier cas; et pour relier ces quantités entre les deux théories. Notre deuxième objectif est d'explorer la structure analytique et algébrique des amplitudes de diffusion à couplage fini dans la limite planaire en théorie de super-Yang-Mills maximale. À cette fin, nous exploiterons l'intégrabilité, la dualité AdS/CFT et la représentation des amplitudes par des boucles Wilson polygonales de type lumière. Nous poursuivrons cet objectif par l'étude de la factorisation de Regge des amplitudes de diffusion à couplage fini; le calcul des amplitudes à couplage fort; et par appliquer une technique de triangulation nouvelle aux fonctions de corrélation et aux amplitudes. Notre troisième objectif est de mieux comprendre les structures surprenantes entre amplitudes, telles que les relations Bern-Carrasco-Johansson et Kawai-Lewellen-Tye. A cet effet nous exploiterons les propriétés des amplitudes en théorie des cordes. Nous poursuivrons cet objectif par l’obtention de relations cinématiques entre amplitudes; en exhibant la structure analytique des intégrales de Feynman et en développant de nouvelles méthodes d’évaluation; et par des calculs eikonaux en théorie de Yang-Mills et en gravité. Notre quatrième objectif est de développer de méthodes nouvelles de calcul d’amplitudes et des sections efficaces pour des calculs de haute précision au LHC, en appliquant des idées issues des autres objectifs. Nous utiliserons les développements de la méthode d’unitarité généralisée pour les amplitudes aux ordres supérieurs en boucle; les nouvelles approches numériques pour évaluer les intégrales de Feynman; et une nouvelle façon de gérer les divergences infrarouges intermédiaires dans l'intégration sur l’espace des phases. Le projet s’inscrit dans l’esprit des méthodes ayant menées à des progrès importants dans les « Amplitudes »: effectuer des calculs explicites à la frontière de ce qui est réalisable révèle de nouvelles propriétés et structures; une compréhension plus approfondie des fonctionnalités découvertes conduit à de nouvelles techniques, dont l'application permet des calculs nouveaux et même plus difficiles, en créant un cercle vertueux.

Le Système Solaire est le seul système planétaire qui est exploré intensivement par des sondes robotisées et par l'analyse en laboratoire de cosmomatériaux. Il fournit un regard unique sur les mécanismes conduisant à la formation des étoiles et des planètes, une vision qui est complémentaire à celle issue de l'observation à distance des systèmes planétaires en formation. Des informations chimiques, dynamiques et chronologiques de première importance ont contenues dans les petits corps qui ont échappé à une évolution planétaire majeure: astéroïdes, comètes et Kuiper Belt Objects (KBOs). L'étude de leur composition de ces objets constitue dès lors un objectif majeur. La spectro-photométrie VNIR (Visible Near InfraRed) permet d'effectuer des relevés systématiques des petits corps et fournit une vision globale de leur diversité compositionnelle. Cependant, la composition des petits objets sombres demeure faiblement connue, et plusieurs questions fondamentales restent en suspens: * Quelle composition est associée à chacune des classes spectrales astéroïdale ? * Quel rôle joue le space weathering dans la définition des classes spectrales ? * Comment sont-elles reliées aux cosmomatériaux disponibles ? L'interprétation des données VNIR est la pierre angulaire de ces problématiques et l'objectif central de CLASSY. Notre proposal s'inscrit dans le contexte d'une moisson historique de données issues des sondes ROSETTA, DAWN and NEW HORIZONS. Il s'agit de données spectrales multi-angulaires, collectées avec une résolution spatiale élevée et une précision photométrique sans précédent. Leur interprétation a conduit et/ou conduira à des résultats majeurs sur la composition de la comète 67P/CG, l'astéroïde de type C Céres, et le KBO 2017 MU 69. Ces résultats permettront à leur tour une meilleure interprétation des classes spectrales en terme de composition, et sur le continuum asteroid-comet. Cependant, ces avancées reposent sur des données expérimentales qui sont encore à mesurer. L'objectif de CLASSY est de conduire ces expériences et dans le même temps d'aller plus loin dans l'interprétation des données collectées par les missions spatiales citées précédemment. Nous étudierons les premières étapes du space weathering (irradiation ionique) sur les spectres VNIR de matériaux modèles sombres. Nous conduirons également des expériences visant à élucider les paramètres texturaux et compositionnels qui contrôlent les spectres VNOR, au travers de mesures radio-spectro-goniometriques sur des assemblages organiques-mineraux submicrométriques. Le consortium de travail est multidisciplinaire et regroupe 5 laboratoires: Institut de Planetologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG, Grenoble), IAS (Institut d’Astrophysique Spatiale, Orsay), Unite Materiaux et Transformations (UMET, Lille), Laboratoire d’Etudes Spatiales et Instrumentations en Astrophysique (LESIA, Meudon) and Museum National d’Histoire Naturelle (MNHN). Il regroupe des champs thématiques différents tels que les Sciences Planétaires, Sciences des surfaces, Sciences des matériaux, Sciences des météorites (Cosmochimie), Minéralogie, Physique de l'irradiation et Science des données. Presque tous les chercheurs de CLASSY ont collaboré entre eux par le passé et partagent de nombreuses publications. CLASSY offre l'opportunité de faire fructifier ces collaboration, et d'apporter des interprétations innovantes et robustes à des données issues de missions spatiales historiques. CLASSY permettra également de former un consortium compétitif à l'échelle internationale en vue de répondre aux appels d'offre de retours d'échantillons issues des missions Hayabusa 2 et Osiris-Rex.

Depuis l’origine de nos ancêtres les grands singes (hominoïdes) dans les forêts tropicales africaines il y a 25 Ma, au Néogène, la tectonique des plaques a considérablement modifié le paysage, à travers la fermeture et l’ouverture de détroits (Est-Tethys, Fram, Central American Seaway, ...), la disparition d’une vaste mer épicontinentale (Para-Téthys) et diverses orogenèses (Rift Africain, Andes, Rocheuses, ...). De plus, les variations du contenu atmosphérique en CO2 et les fluctuations orbitales plus rapides ont également affecté l’environnement et le climat des ancêtres de l’Homme. Dans quelles mesures les changements environnementaux survenus au cours du Néogène sont-ils responsables de la dispersion et de la radiation de nos ancêtres ? Tester l'importance du facteur climatique sur une large échelle temporelle et spatiale est crucial car le climat est souvent présenté comme moteur principal de l'évolution et des dispersions de nos ancêtres. Cette hypothèse, jamais directement testée, reste cependant débattue. En utilisant les outils de modélisation les plus performants pour simuler les changements climatiques, de végétation et de niches écologiques, ce projet vise à quantifier l'impact des changements climatiques et environnementaux sur les distributions des grands singes (hominoïdes) et des homininés au cours des temps géologiques. Pour valider les simulations numériques, ce projet s'appuie sur un effort important de synthèse de données paléontologiques et paléoenvironnementales. On s’intéressera, en particulier, à la «Saga des Grands Singes», qui, profitant d’un réchauffement climatique relativement bref (entre 17 et 15 Ma) dans une longue tendance au refroidissement sur l’ensemble du Néogène, vont coloniser le Sud de l’Europe, depuis leur berceau africain. Puis, à mesure du refroidissement de la fin du Miocène, ils vont migrer jusqu’à l’Asie du Sud-Est. Cette phase va s’achever au Tortonien, il y a 7 Ma. A partir de là, on s’intéressera uniquement au continent africain et à l’évolution de nos ancêtres jusqu’à l’émergence du genre Homo, depuis 7 Ma jusqu’à 1.8 Ma. Le continent est alors soumis à la phase terminale de la surrection du rift Africain et aux fortes fluctuations de moussons pilotées par les variations de paramètres orbitaux (précession). Les simulations numériques, prenant en compte à la fois les variations tectoniques, celles du contenu en CO2 et enfin, les oscillations orbitales, permettront de calculer les changements climatiques et de végétation associés, jusqu’à de fines échelles spatiales (50km), en combinant modélisation à haute résolution et downscaling statistique. Cette séquence de modélisations permettra de caractériser les niches écologiques des hominoïdes et homininés. Les résultats de ces modèles et leur validation par les données (faunes et flores) feront émerger, pour la première fois, des périodes où la pression environnementale a été déterminante, et d'autres où elle n'a été que contingente. Le consortium est composé de 4 partenaires de la recherche publique française, qui ont les complémentarités requises pour réaliser un tel projet s’articulant autour de 4 axes : 1) produire les simulations climatiques et de végétation pour le Néogène (CEREGE/LSCE) , 2) appliquer une descente d'échelle (downscaling) à ces simulations pour s'adapter à l'échelle spatiale de définition des niches écologiques (CEREGE/LSCE), 3) évaluer les dynamiques de niches écologiques et le rôle de l'écologie dans les évènements de dispersion (PACEA) et enfin, 4) produire les données et bases de données qui permettront de valider les simulations climatiques et de végétation (iPHEP/CEREGE). La constitution de la base de données faunistiques (hominoïdes et homininés inclus) sera effectuée par l'iPHEP. Notre approche pluridisciplinaire, fondée sur l’utilisation de modèles (climat, végétation, niches) et de données (faune et flore) établira, pour la première fois, des scénarios cohérents de la dispersion de nos ancêtres.

Plus d’un siècle après leur découverte, l’origine des rayons cosmiques est encore une question essentielle pour l’astrophysique des hautes énergies. La composition chimique des rayons cosmiques est dominée par des protons, pour des énergies de particule inférieures à ~1 PeV, alors que les noyaux plus lourds deviennent importants à des énergies plus élevées. Ceci implique que les sources des rayons cosmiques galactiques soient des PeVatrons de protons, tenant compte aussi de l’indication qui place la transition de rayons cosmiques galactiques à extragalactiques à des énergies qui dépassent largement le PeV. Le but de ce projet est d’identifier les sources des rayons cosmiques à l’énergie du PeV à travers l’observation de multi-messagers (rayons X, rayons gamma, neutrinos) par les instruments présents et futurs.

Le projet a pour but de comprendre la réponse des magnétosphères et exosphères planétaires à des événements solaires extrêmes, en particulier lorsque des éjections de masse coronale (CME), et le choc interplanétaire se trouvant en amont, interagissent avec les environnements planétaires. A la Terre, ces événements peuvent provoquer de graves tempêtes géomagnétiques, qui peuvent affecter l'électronique des satellites, le GPS et les communications radio, induire une forte activité aurorale et aussi des courants géomagnétiques. Malgré ces effets importants, les études sur les processus temporelles ayant lieu au cours de ces tempêtes solaires sont relativement limitées pour les autres environnements planétaires, puisque la plupart des observations in situ sont limitées à un seul satellite, ce qui rend impossible de séparer les processus relevant des échelles spatiales de celles relevant des échelles temporelles. En s’appuyant sur l’exemple terrestre, on cherchera à caractériser l’impact de ces évènements sur d’autres planètes telluriques, comme Mars et Mercure, et à déterminer l’érosion associée de leur atmosphère et/ou de leur surface. Les principaux objectifs scientifiques de TEMPETE sont : a- La caractérisation de la réponse magnétosphèrique à des évènements solaires extrêmes b- L’évaluation des impacts de ces phénomènes sur la haute atmosphère/exosphère (Mars & Mercure) c- La détermination des échelles de temps caractéristiques gouvernant l’interaction de ces évènements extrêmes avec les objets faiblement magnétisés (Mars), possédant une magnétosphère confinée (Mercure) et une magnétosphère à plus grande échelle (Terre). Une approche numérique, complétée par une analyse combinée avec les observations spatiales, est proposé pour répondre à ces objectifs. Deux modèles couplés globaux de simulation des enveloppes neutres superficielles (modèle EGM) et de l’environnement ionisé (modèle LatHyS) seront utilisés et adaptés afin de décrire l’interaction et suivre l’évolution temporelle d’un événement solaire extrêmes avec les environnements planétaires (Mars, Mercure, Terre). De récentes observations spatiales fournissent de nombreuses informations que l’on analysera avec une approche de planétologie comparée et à l’aide de simulation numérique afin de comprendre comment ces événements intenses, et leurs chocs interplanétaires, peuvent affecter des objets célestes ayant des propriétés différentes. De nouveaux outils seront développés pour les modèles d’exosphère et de magnétosphère, et le post-traitement/visualisation des résultats associés, afin d’inclure des aspects novateurs tels que le suivi de l’évolution temporelle de ces environnements, les interactions choc (interplanétaire) – choc (planétaire),…

Le magnétisme galactique et l’étude du fond diffus cosmologique en polarisation sont deux grands thèmes de recherche très actifs de l'astrophysique et de la cosmologie. Le projet BxB a l'ambition de réaliser des avancées majeures dans ces deux domaines en rapide évolution. En combinant observations (polarisation de la poussière, de l'émission synchrotron et rotation Faraday), simulations numériques et modélisation théorique, nous proposons de (1) construire le premier modèle 3D du champ magnétique ordonné dans le voisinage solaire, (2) d'obtenir une description statistique du milieu interstellaire (MIS) magnétisé, et (3) d'établir sur une base physique un modèle des avant-plans galactiques polarisés au fond diffus cosmologique. Un tel modèle est requis pour optimiser la séparation entre les polarisations Galactique et cosmologique, et quantifier les incertitudes dans la recherche des ondes gravitationnelles primordiales. Pour atteindre ces objectifs en temps opportun et dans un contexte compétitif, nous avons élaboré un programme bâti sur une combinaison unique de données et d’expertises. Notre plan de travail innovera l'état de l'art de la recherche sur ces questions dans trois directions. (i) Nous étendrons l'information 3D sur la structure en densité du MIS dans le voisinage solaire dérivée de grands relevés stellaires, y compris le relevé astrométrique de Gaia, à la cartographie du champ magnétique Galactique. (ii) Nous introduirons une nouvelle approche dans l'analyse des données et des simulations numériques, qui nous permettra de décrire de manière statistique la hiérarchie de structures, cohérentes et anisotropes, qui caractérisent le MIS magnétisé. (iii) Nous établirons un lien entre l'astrophysique des avant-plans polarisés et la quête des modes B primordiaux du CMB, un défi souligné dans la feuille de route française pour la science du CMB. Le projet BxB aura un impact durable sur l’étude du magnétisme Galactique, et une contribution essentielle à une grande question en cosmologie et physique fondamentale.

L'initiative 4 pour mille promeut la séquestration du carbone organique dans les sols pour améliorer leur fertilité, s'adapter aux changements climatiques et réduire les émissions de gaz à effet de serre, en ciblant les sols agricoles en priorité. Il est alors nécessaire de comprendre et prédire la capacité des sols à stocker du carbone organique. Le carbone organique des sols ayant des temps de résidence très hétérogènes, la durabilité du stockage doit être évaluée. Par conséquent, l'atténuation soutenue des changements climatiques par la gestion du COS exige des méthodologies de routine fiables prévoyant l'évolution des stocks de COS. Le potentiel de stockage de carbone d'un sol peut être défini comme le gain maximal de COS pouvant être atteint pour un climat donné, une gestion des sols donnée et un horizon temporel défini (temps pour atteindre un nouvel équilibre ou 20 ans). À ce jour les différentes méthodes disponibles (ex. Tier 1 à 3 de l’IPCC) ont rarement été comparées pour une diversité de sols, ni avec l’approche de saturation de C. En outre, les modèles de dynamique du C sont limités par le manque de calibration de leurs compartiments cinétiques, pour lesquels des indicateurs sont nécessaires. Le projet vise à: • développer et tester des méthodes d’estimation de la taille des compartiments cinétiques du C ; • développer et comparer différentes méthodes pour estimer le potentiel C de stockage de C ; • déterminer la persistance du C stocké, en particulier due à son association avec les minéraux du sol. Le projet associe 6 partenaires, aux expertises complémentaires (processus, biogéochimie, pédologie, chimie, modélisation, agronomie, bases de données et réseaux de surveillance, statistiques spatiales et cartographie (Ecosys, Grignon, Laboratoire de Géologie Paris, Infosol Orléans, LSCE Gif sur Yvette, Institut de Géologie Paris et AgroImpact Laon). Le projet combine mesures, expérimentations et modélisation. Il s’appuie sur des essais de longue durée au champ très documentés (agriculture de conservation, apports de produits résiduaires organiques, prairies temporaires) et considère la diversité des sols agricoles dans un petit territoire (plaine de Versailles), dans une Région (Centre) et dans des sites du réseau français de mesure de la qualité des sols (RMQS). Des méthodes de fractionnement physique seront comparées à la pyrolyse Rock-Eval pour identifier des indicateurs de compartiments cinétiques du COS et leur pertinence sera évaluée grâce à des essais de longue durée où la dynamique du COS peut être mesurée (abondance naturelle en 13C, datation 14C). L’évolution des stocks sera modélisée avec RothC et Century, modèles largement utilisés à l’échelle internationale et avec un modèle plus simple, AMG, calibré pour des sols agricoles français. Plusieurs approches seront comparées pour estimer le potentiel de stockage de C: (i) une approche statistique (identifiant dans un territoire les sols ayant les stocks de C les plus élevés); (Ii) une approche de Tier 2 (appliquant des facteurs d'émission basés sur la littérature); (iii) une approche de modélisation (modélisation de l'effet de changements de pratiques) et (iv) une approche de saturation en C (quantifiant le COS stabilisé en raison de son association aux particules fines du sol). Les résultats du projet permettront de proposer un cadre méthodologique pour estimer le potentiel de stockage SOC des sols agricoles qui pourraient être utilisés dans d'autres contextes pédoclimatiques et compareront la capacité de plusieurs pratiques agricoles à augmenter les stocks SOC Et stabiliser la matière organique. Une attention particulière sera accordée au développement de la coopération internationale (organisation d’ateliers dédiés) et à la diffusion auprès de la communauté scientifique, des étudiants et auprès des acteurs (ex: conseil agricoles, entreprises, responsables de la mise en œuvre des politiques climatiques à l'échelle territoriale).

Les écosystèmes océaniques couvrent 70% de la surface planétaire et fournissent des services écologiques essentiels. Ils sont responsables de la séquestration du carbone dans l’océan profond. Ils ont un rôle majeur sur le CO2 atmosphérique et le climat. Ils sont le siège d’une riche biodiversité comprenant des grands poissons prédateurs, dont l’exploitation constitue une source de revenus et/ou de protéines pour des centaines de millions de personnes dans le monde. Les thons constituent l’essentiel de ces ressources, avec des captures annuelles atteignant 7.7 millions de tonnes et une valeur de 40 milliards de US$. Mais le changement climatique menace ces écosystèmes et les précieux services qu’ils fournissent. Il modifie la température de l’océan, sa stratification et sa circulation. Il pourrait entraîner l’expansion de vastes régions hypoxiques et l’absorption du carbone anthropogénique provoque une acidification des eaux. De plus, le changement climatique a des conséquences négatives sur la production primaire, sur laquelle reposent écosystèmes et biodiversité. Le changement climatique pousse les écosystèmes océaniques vers des états inédits, aux conséquences inconnues pour les pêcheries et leurs économies, et de possibles rétroactions sur le système climatique via l’altération de la pompe biologique à carbone. Dans ce contexte, le développement de stratégies politiques adaptées est urgent et requiert une analyse approfondie des socio-écosystèmes océaniques. Il s'agit d’anticiper les menaces et les opportunités engendrées par le changement climatique et d’intégrer les processus en jeu dans des scénarios d’aide à la décision, pour une gouvernance durable des ressources océaniques intégrant les changements du climat. Afin d’aborder ces défis dans une perspective scientifique, CIGOEF vise à analyser et projeter la dynamique du socio-écosystème océanique, du climat aux marchés thoniers. Pour réaliser cet objectif ambitieux, CIGOEF s’appuiera sur des avancées récentes en matière de modélisation couplée (projet ANR MACROES) pour simuler et analyser les effets cumulatifs de multiples facteurs climatiques et non climatiques sur les socio-écosystèmes océaniques. MACROES a initié l’incorporation d’une représentation des écosystèmes marins au sein du modèle du Système Terre de l’IPSL. Le modèle couplé représente simultanément le climat et les dynamiques atmosphériques et océaniques associées, la biogéochimie marine, les écosystèmes et la répartition spatiale de l’effort de pêche. Il n’a pas d’équivalent internationalement. CIGOEF explicitera le rôle des bactéries et des organismes gélatineux dans le système, deux éléments d’une importance fonctionnelle essentielle qui ont pour le moment été ignorés. Il améliorera et intègrera des éléments qui ont été développés indépendamment afin de représenter les populations thonières océaniques, la bio-économie des flottilles de pêche qui les exploitent et les marchés thoniers mondiaux. Le modèle couplé sera utilisé pour étudier les processus en jeu et développer des scénarios. Ainsi, CIGOEF étudiera les effets du changement climatique sur la boucle bactérienne et les organismes gélatineux à l’échelle globale et leur rétroaction sur le cycle du carbone et le système climatique. Par ailleurs, CIGOEF étudiera les impacts du changement climatique sur les ressources thonières, les pêcheries et les marchés, en quantifiant leur vulnérabilité et en étudiant différentes stratégies d’adaptation et de gouvernance à l’aide de scénarios intégrés. Ceux-ci seront développés conjointement avec le CLIOTOP Scenario Task Team. Afin d’assurer leur diffusion la plus large, les scénarios simulés seront accessibles online via un Model and Data Sharing Tool (MDST) et synthétisés au sein d’un Synthetic Indicator Panel (SIP). Les scénarios d’évolution développés constitueront une importante contribution aux efforts internationaux de l’IPCC et de l’IPBES.

Les arbres forestiers sont des organismes sessiles et pérennes jouant un rôle écologique majeur des milieux terrestres. Ils ont développé une grande sensibilité aux variations environnementales et un fort potentiel d'adaptation en relation avec à leur important niveau de variation génétique et une remarquable plasticité phénotypique. Cependant, un déclin de la forêt a été observé ces dernières années à la suite d'épisodes de sécheresse et de températures élevées, qui devraient devenir plus fréquents à l'avenir, en raison du changement climatique. Les études portant sur l'adaptation des arbres ont principalement porté sur la contribution de la variation structurale à l'adaptation locale. De manière surprenante, les mécanismes épigénétiques sont restés peu étudiés chez les arbres à ce jour, en dépit de leur importance possible dans des organismes à longue durée de vie, où ils faciliteraient des modifications phénotypiques rapides en réponse aux changements environnementaux. Dans ce contexte, la méthylation de l'ADN a été étudiée de manière approfondie dans la plante modèle Arabidopsis thaliana et plusieurs espèces cultivées, et elle a montré des effets intégrés sur l'expression des gènes et les phénotypes. Quelques études impliquant des partenaires EPITREE ont déjà montré que les approches épigénomiques sont utiles pour améliorer notre compréhension du développement et la réponse aux contraintes environnementales des arbres forestiers. Cependant, aucune étude épigénomique des populations d'arbres forestiers n'a été publiée, malgré la valeur démontrée de cette approche émergente chez Arabidopsis. De plus, les variations épigénomiques sont particulièrement pertinentes pour les études sur les méristèmes des arbres, qui sont les centres de la morphogenèse pour des traits spécifiques aux arbres comme la régulation de la dormance des bourgeons et la xylogenèse secondaire (formation du bois). Nous proposons ainsi d’étudier deux espèces modèles complémentaires possédant de larges ressources génomiques et d'intérêt économique: le peuplier et le chêne. L'objectif général d’EPITREE est d'étudier l'impact d’une marque épigénétique, la méthylation de l'ADN, l'expression de gènes et la variation allélique en relation avec l'adaptation des arbres forestiers à leur environnement local et leur plasticité phénotypique. En particulier, nous explorerons les avantages que pourrait apporter le fait de prendre en considération les marques épigénétiques en plus des polymorphismes génétiques et des phénotypes dans l'amélioration et la caractérisation des ressources génétiques. Ce projet vise donc à fournir une preuve de concept sur deux grandes essences forestières, dans le but de répondre aux objectifs ambitieux des améliorateurs forestiers et des gestionnaires des ressources génétiques. À cette fin, EPITREE réunit des experts en épigénétique des arbres, génomique, statistiques, modélisation mathématique, amélioration et écophysiologie. EPITREE atteindra ses objectifs au travers de cinq workpackages (WP): (WP1) Identification de régions candidate pour l'analyse épigénomique par séquençage bisulfite; (WP2) Caractérisation de l'étendue de la variation épigénomique dans des populations naturelles et ses conséquences fonctionnelles, en utilisant les régions candidates préalablement identifiées et une approche basée sur la capture de séquence suivie de séquençage de type bisulfite; (WP3) Caractérisation de l'étendue de la plasticité épigénomique en réponse aux contraintes environnementales et à ses conséquences fonctionnelles; (WP4) Modélisation des relations multi échelles entre des traits quantitatifs et leurs déterminants moléculaires et (WP5) Coordination et diffusion des résultats du projet auprès de la communauté scientifique internationale, de réseaux scientifiques ou professionnels, des étudiants et du grand public.

Dans un article d'opinion récemment publié dans Trends in Ecology & Evolution, nous prédisons qu’une approche de surveillance biologique de dernière génération, écologique et à une échelle globale, émergera dans la prochaine décennie, permettant de détecter les changements des écosystèmes de façon précise, économique et générique. Le séquençage nouvelle-génération (NGS) de l’ADNs fournirait les abondances relatives des unités taxonomiques opérationnelles ou de fonctions écologiques dans les divers environnements de la planète Terre. Les méthodes d'apprentissage automatique (machine-learning) permettraient ensuite de reconstituer les réseaux écologiques d'interactions depuis ces données brutes provenant des NGS, afin de détecter et de prédire les changements dans les écosystèmes. Dans ce projet de surveillance biologique nouvelle génération (NGB), nous examinerons comment des échantillons NGS provenant de cinq écosystèmes distincts et soumis à un changement global peuvent être utilisés pour reconstituer les réseaux d'interactions écologiques hypothétiques associés à ces écosystèmes à l’aide de l’apprentissage automatique. Nous confronterons ensuite ces réseaux reconstruits aux connaissances actuelles sur ces systèmes afin de tester la validité d’un tel couplage des approches NGS et de l’apprentissage automatique pour la construction de réseaux écologiques. Ces tests iront de l'examen de certaines interactions particulièrement bien établies à des comparaisons plus détaillées à l’échelle du réseau, en s’appuyant sur des réseaux écologiques déjà connus et construits selon des approches classiques de construction de réseaux. Les cinq systèmes avec lesquels nous travaillerons constituent une gamme représentative des échelles organisationnelles, des facteurs de perturbation et de la qualité des données attendues dans une approche NGB. Ainsi le projet permettra de déterminer si des changements dans les écosystèmes (induits par les invasions biologiques, les maladies, la conservation, la gestion des écosystèmes et le climat) peuvent être détectés au moyen d'une approche NGB, depuis les réseaux microbiennes jusqu’aux réseaux d’interaction invertébrés (macro-biome). Ce projet demandera d’outrepasser une diversité de difficultés techniques, développementales et écologiques auxquels est confrontée l'élaboration d'une telle approche NGB, comme la qualité variable des bases de données NGS, les biais taxonomiques, les erreurs d'identification, les données riches en zéro et les distributions d'abondance asymétriques. Nous allons également élaborer des approches statistiques appropriées à la détection des changements dans les écosystèmes, ainsi que déterminer l’effort et la puissance nécessaire pour les programmes de biosurveillance. Finalement, nous envisageons le développement d'échantillonneurs autonomes qui collecteraient des acides nucléiques de l’environnement et transfèreraient les données de séquences NGS vers le nuagique (cloud computing) afin de reconstruire les réseaux d’interactions automatiquement. Un grand nombre de ces échantillonneurs permettrait une surveillance biologique globale des principaux écosystèmes terrestres, et ce avec une haute résolution spatiale et temporelle, révolutionnant ainsi notre compréhension du changement des écosystèmes.

Cotesia typhae nov sp. (Hymenoptera : Braconidae) comme agent de lutte biologique contre un ravageur en recrudescence en France, la sésamie du maïs Sesamia nonagrioides (Lépidoptera : Noctuidae). Il répond à quatre faits d’actualités : 1/ la découverte d’une nouvelle espèce de Cotesia strictement inféodée à S. nonagrioides en Afrique, et apte à se développer sur des populations européennes du ravageur ; 2/ l’expansion de la sésamie en France suite à une succession d’hivers doux, causant des pertes de rendement et de qualité du maïs ; 3/ la difficulté de traiter chimiquement la seconde génération du ravageur, suite à l’évolution de la réglementation phytosanitaire; 4/ l’intérêt croissant pour une nourriture plus saine. Jusqu’à présent, les tentatives d’utiliser un ennemi naturel endémique en France contre la sésamie ont échoué. C. typhae est un agent de lutte prometteur car (i) une espèce sœur, Cotesia flavipes, est produite et commercialisée au Brésil pour lutter contre la pyrale de la canne à sucre ; (ii) on s’attend à une absence de risque pour des espèces non cibles compte tenu de la stricte spécificité de C. typhae. Dans ce contexte, nous proposons un programme en cinq parties. 1/ Evaluation des risques et bénéfices d’une introduction de C. typhae dans l’environnement en France, dans le cadre de la réglementation mise en place en 2012 pour l’introduction sur le territoire français de macro-organismes utiles à la protection des plantes. Nous étudierons les d’attaques de C. typhae sur des lépidoptères non décrits comme hôtes, mais présents dans les zones à traiter, et la possibilité que le parasitoïde s’acclimate. 2/ Etude des mécanismes et facteurs de variation du succès reproducteur de C. typhae, du comportement au gène. Les résultats amélioreront la compréhension des processus biologiques de la reproduction, et permettront d’identifier la souche la plus prometteuse pour une production et utilisation à échelle agronomique. 3/ Tests de l’efficacité de C. typhae contre S. nonagrioides en petites parcelles de maïs, sous serres « insect-proof » pour respecter l’obligation de confinement de l’insecte exotique. Le protocole sera adapté de celui utilisé pour C. flavipes en champs de canne à sucre. 4/ Développement des méthodes de production de l’insecte hôte et du parasitoïde dans la perspective de l’industrialisation et de la commercialisation et étude de faisabilité économique. La cinquième partie sera consacrée à la coordination du projet et à ses aspects juridiques. Le consortium rassemble 2 laboratoires de recherche publique travaillant sur l’écologie, l’évolution et la physiologie des insectes (EGCE et IRBI) et 2 partenaires de droit privé : l’entreprise Bioline (groupe InVivo), seule entreprise française ayant un service R&D sur les macro-organismes pour la protection biologique des plantes contre les ravageurs, et l’institut technique Arvalis en charge du suivi sanitaire des plantes céréalières et fourragères, des tests de méthodes de protection et production, et de l’information des agriculteurs. Ces quatre partenaires ont élaboré ensemble les différentes parties et les développeront en collaboration. CoteBio est une première étape vers l’utilisation de C. typhae comme agent de bio-protection du maïs contre S. nonagrioides. Ce projet permettra d’acquérir les données nécessaires à la demande d’autorisation d’introduction de C. typhae dans l’environnement en France. Il s’agit de proposer un agent de lutte biologique pour protéger de grandes surfaces de maïs et de diminuer d’autant le recours aux insecticides chimiques qui augmente avec l’expansion de la sésamie. CoteBio apportera de plus de nouvelles connaissances des processus comportementaux et moléculaires qui régissent le succès reproducteur et l’adaptation à un nouvel environnement. De telles connaissances sont essentielles à la maîtrise des méthodes de lutte biologique.

Dans un avenir proche, l’adoption de structures multifonctionnelles spécifiquement dédiées à l’automobile (Multifunctional Car Structure: MCS) promet d’avoir un impact significatif sur la capacité des véhicules de nouvelles génération à répondre aux exigences en terme d’écologie émanant de l’environnement socio-législatif actuel. Rendre les éléments structuraux automobiles intelligents en leur permettant de suivre en temps réel leur état de fatigue, de changer de forme à la demande, d’être capable d’agir comme source sonore et ainsi de réduire les problèmes liés aux vibrations permettra d’éliminer quantité de poids, de volume et de pénalisations associées aux approches actuelles qui consistent à concevoir, fabriquer, et maintenir les véhicules et les systèmes fonctionnels séparément. Les modèles actuels ont déjà une structure optimisée pour être légère dans compromettre ses performances. Cependant, la démocratisation des composants structurels de type MCS, de nouvelles réductions de poids et de volumes pourront être envisagées sans pour autant compromettre les performances en termes de résistance aux chocs et à la fatigue et tout en offrant de nouvelles fonctionnalités inédites. Un type de MCS qui apparait comme prometteur et que nous nous proposons d’explorer dans ce projet est la classe des éléments structurels audio (Load-bearing Loudspeakers Structure : LLS). Les LLS font référence à des structures équipées d’éléments actifs tels que des éléments piézo-électriques et permettant un rendu haute-fidélité et spatialisé du son ainsi qu’un contrôle actif du bruit et des vibrations. En termes d’intégration, les LLS peuvent facilement être adaptés aux modèles de voiture déjà existants ou alors intégrés dans les nouveaux développements. Etant donné que l’acoustique joue un rôle majeur dans la conception automobile, une utilisation large les LLS permettra une augmentation de la sécurité et du confort des véhicules. D’un côté, les alertes sonores jouent un rôle vital pour l’automobiliste en attirant son attention et en lui communiquant des informations. Le choix de la modalité auditive permet de plus de réduire l’impact de la distraction du conducteur sur la tache primaire de conduite et donc d’augmenter la sécurité. Par ailleurs, une restitution sonore spatialisée de ces alertes permet de diriger l’attention du conducteur directement vers la source de danger. Dans un premier temps, nous souhaitons utiliser ces surfaces pour générer et spatialiser des sons pour alerter le conducteur d’un éventuel danger. Dans un second temps, ces surfaces fonctionnalisées seront utilisées pour produire une synthèse de front d'ondes avec un nombre réduit de hautparleurs afin de créer un son plus réaliste. En résumé, ce projet propose la fonctionnalisation des surfaces présentes dans l’habitacle d’une voiture dans le but d’améliorer la sécurité et le confort des passagers en répondant aux problèmes scientifiques et industriels suivants: A partir d’une analyse utilisateurs un cahier de charge sera introduit pour ce nouveau type de hautparleurs. Par la suite, des actionneurs piézoélectriques basse consommation seront développés capable de couvrir le spectre audio complète. Cela inclut principalement de rehausser les basses fréquences. La compensation des modes propres et des non-linéarités de la surface est effectuée par un control actif. Ces hautparleurs surfaciques seront intégrés dans un véhicule où des méthodes d’égalisation et de compensation acoustiques garantissent un son équilibré. L’efficacité de l’ensemble du système sera quantifiée grâce à des études utilisateurs. La qualité sonore du système sera comparée qualitativement et quantitativement à un système audio classique. Un scénario de spatialization 3D sonore complétera l’évaluation d’utilisateurs.

Les nanotechnologies représentent une avancée technologique majeure. Leurs objets sont les nanoparticules (NP), qui possèdent des propriétés physiques et chimiques exceptionnelles. La liste des applications actuelles et futures des NP est déjà conséquente, et continue de s'accroitre exponentiellement. En parallèle, des questions sont posées quant à l'éventuelle toxicité pour l'Homme de ces NP, notamment au niveau respiratoire. Les données expérimentales s'accumulent pour témoigner qu'il peut exister des effets adverses après exposition respiratoire aux NP chez l'adulte. Bien qu'il soit largement accepté qu'une exposition pendant la grossesse peut influencer de façon significative le développement fœtal et la maturation post-natale, la toxicité développementale potentielle des NP manufacturées n'a reçu que peu d'attention jusqu'à présent, ce qui reste insuffisant pour l'évaluation des risques chez la femme enceinte et leurs enfants. Ceci représente un enjeu majeur puisqu'il est de plus en plus reconnu que les pathologies respiratoires de l'adulte, telles que la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la fibrose pulmonaire peuvent résulter d'évènements précoces liés à des expositions périnatales à des agressions extérieures. Ainsi, l'objectif général du projet EarlyNanoPathoLung est 1) d'explorer si l'exposition périnatale à des NP constitue un facteur de risque pour développer une BPCO ou une fibrose pulmonaire à l'âge adulte, et si oui, 2) d'explorer si ce phénomène est transmissible à travers les générations. Pour atteindre nos objectifs, nous avons mis en place un Consortium pluridisciplinaire qui, grâce à son large spectre de compétences devrait permettre une approche complète basée sur l'étude du développement et de la physiopathologie pulmonaires de l'enfant à l'adulte (en incluant les effet transgénérationnels), des potentielles origines placentaires de ces effets, ainsi que le lien entre la présence de NP et leurs caractéristiques physico-chimiques. Le programme scientifique résulte de nos objectifs, et sera divisé en 4 grandes tâches scientifiques ; tout d'abord, nous caractériserons les effets pulmonaires d'une exposition périnatale à différentes NP métalliques jusqu'à l'âge adulte (Tâche #1). Deuxièmement, les effets placentaires de telles expositions seront recherchés (Tâche #2). Troisièmement, nous évaluerons la susceptibilité des petits générés dans la Tâche #1 à développer une BPCO ou une fibrose pulmonaire à l'âge adulte (Tâche #3). Enfin, les effets transgénérationnels de l'exposition périnatale aux NP seront recherchés (Tâche #4). Pour chaque tâche, le lien entre la présence des NP et les effets biologiques observés sera recherché. Une 5ème tâche sera dédiée au management du projet (Tâche #5). Au total, ce programme de recherche devrait permettre non seulement étendre la connaissance actuelle sur la toxicité respiratoire potentielle des NP, mais aussi pourrait mener à l'identification de nouveaux facteurs de risque pour développer une BPCO et/ou une fibrose pulmonaire à l'âge adulte.

Le microbiote intestinal peut être vu comme un organe externe composé de plus de mille espèces de bactéries et champignons, à l’interface entre l’organisme et l’environnement, avec plusieurs fonctions. Il dialogue avec le système nerveux central, ce qui est à la base du concept d’axe intestin-cerveau (ou gut-brain axis). Il affecte le métabolisme de xénobiotiques. Sa sensibilité aux perturbateurs endocriniens (PE), dont plusieurs pourraient entraîner des troubles du système nerveux central, a été peu étudiée, mais des résultats suggèrent un effet possible de composés perfluorés (PFC) sur la diversité alpha du microbiote intestinal, et une étude toxicologique a rapporté un impact de phénols (dont le triclosan, un neurotoxique suspecté) et de phtalates. Ces questions méritent d’être considérées dans les premières années de vie, quand le neurodéveloppement et le développement du microbiote intestinal ont lieu. L’objectif général du projet GUMME est de contribuer à la compréhension des liens entre l’exposition précoce aux PE (PFC, phénols, phtalates) le microbiote intestinal et le neurodéveloppement jusqu’à 3 ans. Les objectifs spécifiques sont : 1) De fournir une description du microbiote intestinal et de son évolution dans les 3 premières années de vie dans de vastes cohortes de la population générale ; 2) Etiologie : a. De confirmer un effet de PFC sur le microbiote intestinal (analyse confirmatoire) b. de décrire une influence possible de l’exposition aux phénols et phtalates sur le microbiote intestinal dans l’enfance (analyse exploratoire) ; c. de décrire l’effet des substances chimiques identifiées dans les étapes 2a et b sur des cultures in vitro des espèces du microbiote intestinal touchées. 3) Lien entre le microbiote infantile et le neurodéveloppement : a. De décrire les liens possibles entre la composition et les fonctions exprimées dans le microbiote intestinal précoce et le neurodéveloppement ; b. En fonction des résultats précédents, de réaliser une analyse de médiation quantifiant la part de l’effet éventuel de PE sur le neurodéveloppement influencée par les variations du microbiote intestinal. Nous nous appuierons sur deux cohortes en population générale bien caractérisées de France (cohorte couple-enfants SEPAGES, >400 familles) et Norvège (cohorte mère-enfants NoMIC, 328 enfants) ainsi que sur une expérimentation in-vitro. Dans les cohortes, des échantillons fécaux ont été recueillis depuis la naissance jusqu’à 3 ans, la composition du microbiote sera estimée par séquençage du gène de l’ARN ribosomal 16S. La cohorte SEPAGES sera utilisée comme réplication pour confirmer un effet de composés perfluorés sur le microbiote intestinal récemment observés dans la cohorte NoMIC, et une expérimentation in-vitro sera mise en œuvre pour confirmer le rôle de PE spécifiques sur les composantes du microbiote identifiées comme altérées dans les cohortes épidémiologiques. Dans la cohorte SEPAGES, l’approche de pooling intra-sujet des échantillons biologiques permettra une caractérisation précise des niveaux pré- et postnataux de deux autres familles de PE dont l’exposition est très fréquente (les phénols, dont 4 bisphénols et le triclosan, et des phtalates, dont le DINCH) et permettra une analyse exploratoire de leurs effets sur le microbiote intestinal. Les liens entre le microbiote intestinal et le neurodéveloppement sera étudié à partir d’approches ciblées et non-ciblées adaptées aux données de haute dimension. Enfin, ces résultats seront combinés dans une analyse de médiation qui quantifiera quelle proportion de l’effet éventuel des PE considérés sur le neurodéveloppement est expliquée par des modifications du microbiote. Le projet GUMME contribuera à l’entrée du microbiote dans la recherche sur l’origine fœtale des maladies. Il permettra un suivi prospectif du développement du microbiote intestinal dans les 3 premières années de vie, et l’étude de ses relations avec des PE très fréquents et le neurodéveloppement.

Des données humaines et animales posent la question d'effets délétères des toxiques environnementaux sur la reproduction féminine, notamment la folliculogenèse, et sur le développement préimplantatoire, théâtre d'une large reprogrammation épigénétique. A partir des données d’exposition pendant la grossesse, nous construirons un modèle d'exposition à un mélange de 7 toxiques environnementaux chez le lapin: l'acide perfluoro octane sulfonique, le dichlorodiphenyldichloroethylene, l'hexachlorobenzene, le di(2-ethylhexyl) phthalate, le bisphenol A, le cuivre et l'arsenic. Le but est d'évaluer si cette exposition durant la folliculogenèse ± le développement préimplantatoire affecte la folliculogenèse, l'embryon préimplantatoire, le placenta et la santé à long terme de la descendance. Une étude pharmacocinétique préliminaire décidera des doses et fréquences d'exposition. Puis, 4 groupes seront constitués : - groupe F (folliculogenèse): lapines exposées au mélange par voie sous-cutanée entre l'âge de 2 semaines (apparition des follicules primordiaux) et 19 semaines (maturité sexuelle) puis inséminées avec du sperme de mâle non exposé - groupe FED (folliculogenèse + développement embryonnaire): idem mais en prolongeant l'exposition jusqu'à 80 h (stade blastocyste) post insémination (p.i) pour décrypter un effet additionnel de l'exposition embryonnaire -groupe ED : exposition uniquement pendant le développement embryonnaire - groupe NE (contrôle): exposées au véhicule seul jusqu' à 80h p.i Le projet se divisera en 3 phases. La phase I cherche à évaluer la folliculogenèse dans les groupes F et NE via des mesures d’hormones stéroïdes ovariennes sanguines, une évaluation ovarienne histologique et immuno-histologique sur 4 marqueurs évaluant la prolifération cellulaire (PCNA), l'activation des follicules pré-antraux (GDF-9) et des enzymes de la stéroïdogenèse (CYP17 et CYP19). L'apoptose folliculaire sera aussi comparée entre les groupes par méthode fluorescente type TUNEL. La phase II vise à déterminer les conséquences des 4 différentes expositions sur l'embryon préimplantatoire. Les embryons seront collectés à 80h p.i pour déterminer leurs stades et la répartition cellulaire entre trophectoderme et masse cellulaire interne dans les blastocystes. Une analyse du transcriptome et du méthylome des blastocystes sera effectuée La phase III évaluera les effets post-implantatoire et à long terme des expositions sur la descendance F1. Après recueil embryonnaire à 80h p.i, les embryons des groupes F, ED et NE seront transférés à des femelles pseudo-gestantes non exposées pour exclure tout effet utérin de l'exposition sur F1. La croissance fœtale sera suivie par échographie puis certaines lapines seront sacrifiées 3 jours avant mise-bas en vue d’une analyse histologique des unités foeto-placentaires et par biologie moléculaire des placentas (transcriptome et méthylome). Après la mise bas d’autres lapines, les lapereaux seront pesés, sexés et leur distance ano-génitale mesurée. Puis les portées seront égalisées à 6 et le développement post-natal suivi mensuellement (courbe de croissance, tension artérielle, paramètres métaboliques sanguins). A 6 mois, le sperme des mâles F1 sera évalué et congelé. Une analyse du méthylome spermatique permettra de détecter la présence d'épimutations spermatiques. Six mâles et 6 femelles F1 (dont l'ovulation aura été induite) seront euthanasiés à 6 mois, leurs gonades étudiées histologiquement. A partir des ovaires, les ovocytes seront utilisés en vue d'une analyse du statut de méthylation de gènes sélectionnés, soumis à empreinte ou non, et les cellules du cumulus en vue d'une étude transcriptome et méthylome. Des tissus somatiques seront stockés. Ce projet doit permettre de distinguer les effets provenant de l'ovocyte (via la folliculogenèse) de ceux provenant de l'embryon, sur les conséquences à long terme d'une exposition à un mélange complexe de toxiques tiré de l'exposome humain pendant la grossesse.

La planification d’actions dans le temps, ou l’anticipation détaillée d’événements futurs proches, est essentielle dans la vie de tous les jours. Un exemple typique de cette capacité d’organisation anticipée nous permet de planifier un rendez-vous : nous pouvons prendre en compte la durée d’un nombre d’activités à réaliser avant le rendez-vous, ainsi que la durée du trajet jusqu’au lieu du rendez-vous. Cette capacité se base sur une représentation de la durée des événements formée par l’expérience. De fait, la formation de mémoires temporelles sous-tend une attente temporelle. Ce postulat implique une relation réciproque entre les mécanismes de mémoire et de traitement temporels en cela que l’appariement temporel d’événements permet leur lien mnésique, et la mémoire permet de suivre le temps qui passe et prédire les événements futurs. L’objectif de ce projet est de comprendre comment des structures connues pour leur implication dans les processus de traitement temporels contribuent aux aspects fondamentaux de la mémoire du temps. Nous ciblons deux aires cérébrales : le striatum et l’hippocampe. Il existe des données convergentes d’imagerie et de neurophysiologie attestant de l’implication du striatum dans la discrimination de durée, en particulier de l’ordre des secondes. Plus récemment, des données électrophysiologiques ont mis en évidence un rôle potentiel de l’hippocampe dans le traitement du temps dans l’ordre des secondes à la minute, notamment lorsqu’il y a discontinuité entre les événements. La littérature suggère que ces deux systèmes pourraient être impliqués dans le traitement du temps et ses composantes mnésiques à différents niveaux d’appréciation temporelle. Une collaboration entre ces structures est possible grâce à la présence de connections anatomiques directes et indirectes entre le striatum et l’hippocampe. Nous faisons l’hypothèse qu’une collaboration entre les deux structures est mise en jeu lorsque la mémoire temporelle est utilisée ou formée. Afin d’identifier les conditions de leur collaboration potentielle, nous allons effectuer des expériences chez le rat et le primate non-humain (Macacca mulatta), en utilisant des outils complémentaires (comportement, électrophysiologie, optogénétique et immunohistochimie) afin d’identifier les processus neuronaux qui sous-tendent le traitement temporel dans une gamme de durée allant de quelques secondes à la minute. Les expériences prévues analyseront la dynamique de la connectivité fonctionnelle entre les deux structures lors de tests isolant les processus de mémoire du temps en cours et de mémorisation de nouveaux intervalles de temps. L’interdépendance des deux structures sera testée par optogénétique en testant l’effet d’une perturbation de l’activité neuronale d’une structure (e.g. l’hippocampe) sur l’activité neuronale de l’autre structure et le comportement temporel. La comparaison inter-espèces, utilisant des tâches conceptuellement identiques dans des situations appétitives et aversive, permettra d’extraire les principes généraux des mécanismes spécifiques associés à chaque espèce ou à un comportement particulier. Nous bénéficierons d’outils de recherche propres à chaque espèce afin d’obtenir des données complémentaires et comparables à plusieurs niveaux d’analyse. Dans leur ensemble, ces expériences apporteront des données nouvelles substantielles pouvant favoriser l’émergence de modèles réalistes de traitement du temps chez le mammifère.

La complexité des interactions d’un organisme avec l’environnement crée une variété de choix comportementaux. Il est essentiel pour la survie d’un organisme de faire des choix appropriés en fonction du contexte environnemental et de son état interne et ce processus peut être compromis dans les troubles neuropsychiatriques humains. Malgré l’importance de cette fonction du système nerveux, la façon dont le choix d’un comportement est implémenté dans le système nerveux par des circuits spécifiques reste à élucider. La plupart des comportements sont mutuellement exclusifs, ce qui entend que des interactions compétitives permettant la sélection d’un comportement et la suppression concomitante de toute alternative. De plus, les comportements sont composés d’actions organisées en séquences qui permettent à l’organisme d’atteindre ses objectifs. Un mécanisme doit donc être en place pour réguler la transition entre les différents éléments de la séquence. Ici aussi, l’architecture du réseau neuronal responsable pour l’implémentation de la production de séquences d’action n’est pas connu malgré l’importance de ce processus pour la sante humaine. La difficulté dans l’établissement de l’architecture neuronale détaillée sous-jacent les computations impliquées dans la prise de décision et la production de séquences comportementales est en premier lieu causée par les limitations dans les méthodes pour déterminer les cartes de réseau neuronaux avec résolution synaptique et d’établir les rapport causaux entre les neurones et les comportements avec résolution cellulaire avec les approches et modeles utilisées. Nous proposons d’étudier les mécanismes des circuits sous-jacents à la sélection, répression et aux transitions entre les comportements pour combler les lacunes décrites préalablement. Notre approche pluridisciplinaire combinera les manipulations neuronales durant le comportement, la reconstruction en microscopie électronique de la connectivité neuronale au niveau synaptique et l’imagerie fonctionnelle dans la larve de la Drosophile. Ces questions vont être abordées en étudiant les circuits impliqués dans la réponse à un stimulus mécanique dans de contextes varies et a travers le système nerveux entier. Nous étudierons : 1) comment le choix du type de réponse est modulé par le contexte sensoriel et l’état interne 2) comment les interactions compétitives entre différentes options comportementales et 3) comment les transitions entre des actions individuelles sont contrôlées pour générer des séquences comportementales flexibles. Notre objectif est de déterminer avec résolution sans précédant l’architecture de réseaux neuronaux et leur mécanismes d’action sous-jacent aux interactions compétitives et transitions de séquence. L’identification des principes de bases d’implémentation neuronale du choix et séquences comportementales dans un organisme simple va avancer le domaine en permettant l’élaboration de nouveaux modèles qui seront testés dans d’autres systèmes plus complexes. L’identification des mécanismes de circuits neuronaux sous-jacents a la prise de décision et séquence comportementale va servir de fondation pour le développement de traitement pour les maladies dans lesquelles ces processus sont perturbés, qui seront spécifiques de circuits impliqués et auront donc moins d’effets secondaires. Ceci va aussi servir de bases pour étudier le rôle de gènes dans les circuits identifiés dans le futur et donc va étendre ces études pour comprendre les bases génétiques de la prise de décision et de la génération de séquence et potentiellement identifier des gènes qui pourront être la cause des défets de circuits qui résultent dans les perturbations de la prise de décision et de séquences comportementales dans les troubles neuronaux et psychiatrique.

L'objectif général de ce projet est triple. Premièrement, élaborer des modèles dynamiques quantitatifs simple mais représentatifs pour les neurosciences contemplatives. Ces dernières visent à découvrir les effets à court et moyen terme ainsi que les mécanismes sous-jacents à l'entrainement de l'esprit (la définition classique de la méditation). Les modèles que nous nous proposons de construire sont des modèles de population, c'est-à-dire des modèles qui représentent l'activité cérébrale au niveau mésoscopique, et qui sont bien adaptés pour l'estimation et l'analyse mathématique. Ces modèles seront assez simples pour être étudiés analytiquement, mais aussi représentatifs par rapport aux objectifs visés. Deuxièmement, étudier les propriétés structurelles de ces modèles, fournissant une compréhension approfondie de ces derniers. Nous utiliserons des outils appartenant à la théorie des systèmes. Troisièmement, élaborer des estimateurs et des observateurs de quantités non mesurables, qui seront d'intérêt pour le praticien. Les trois verrous scientifiques abordés sont les suivants. Tout d'abord, pour les réseaux d'oscillateurs, l'étude de l'interaction entre leurs propriétés structurelles et le graphe sous jacent. Deuxièmement, développer des modèles d'attention focalisée (impliquant une focalisation soutenue de l'attention sur un objet déterminé) et de conscience ouverture (impliquant un suivi non réactif du contenu de l'expérience d'instant en instant, envisagé principalement comme un moyen de reconnaître la nature des phénomènes émotionnels et cognitifs). Les modèles que nous développerons seront quantitatifs (par exemple, régis par des équations différentielles ordinaires et aux derivées partielles), alors que la littérature sur la modélisation des neurosciences contemplatives reste quasi-exclusivement qualitative. Et troisièmement, développer des outils quantitatifs pour caractériser le couplage inter fréquences, et plus spécifiquement le couplage phase-amplitude. Le programme de travail comporte quatre tâches. La première est le cadre expérimental, afin d'obtenir des données comportementales et neurophysiologiques à partir de processus de méditation ; la seconde est l'élaboration de modèles dynamiques ; la troisième est l'analyse des propriétés structurelles de ces derniers modèles ; la dernière est l'estimation et la synthèse des observateurs. Les résultats escomptés sont une compréhension approfondie des processus méditatifs, la possibilité de reconstruire à partir de mesures simples et non invasives certains indicateurs de la stabilité mentale du méditant. L'utilisateur peut ensuite être guidé et peut voir ses progrès quantitativement dans le temps ; ceci peut devenir une source de motivation pour le méditant ou peut être utilisé pour une interface cerveau-humain, en tant qu'outil technologique. Dans le cas d'un patient, l'équipe médicale qui l'entoure peut également avoir un retour quantitatif de l'état du patient et de son évolution.

Le but du contrôle quantique est de manipuler des systèmes quantiques pour réaliser des transferts de population efficaces entre les niveaux quantiques. Cette tâche, qui est cruciale en physique atomique et moléculaire, avec des applications allant de la photochimie à l’information quantique, a attiré une attention croissante parmi les physiciens et chimistes quanticiens mais aussi parmi les numériciens et les mathématiciens de la théorie du contrôle. Les défis principaux du contrôle quantique sont extrêmement variés et s’étendent de problèmes algorithmiques théoriques à des questions de nature expérimentale. Notre projet fait partie intégrante de la recherche ayant pour but d’explorer les propriétés dynamiques des systèmes quantiques contrôlés, avec une attention particulière à l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM). Le contrôle d’un système quantique peut se faire en l’excitant par un ou plusieurs champs extérieurs (par exemples des champs électriques ou magnétiques). Le développement de la théorie du contrôle quantique trouve son origine dans la nécessité d’adapter les outils de la théorie du contrôle aux caractéristiques spécifiques du monde quantique. Certaines de ces spécificités sont la conservation de la norme (qui est liée à la nature probabiliste des fonctions d’onde) dans le cas des systèmes fermés, la notion de matrice densité, les conséquences de la mesure et de la décohérence sur l’évolution d’un système quantique. Ainsi le modèle décrivant le système peut ne plus être valable pour des contrôles trop intenses ou trop longs. De nombreuses stratégies de contrôle de systèmes quantiques ont été proposées et implémentées, aussi bien numériquement qu’en pratique sur des systèmes physiques. Mais on est encore loin d’une compréhension globale de la contrôlabilité (et de ses limites) des systèmes quantiques. Notre projet a pour but principalement de contribuer à la théorie du contrôle quantique dans deux directions : – Améliorer la compréhension des propriétés dynamiques des systèmes quantiques contrôlés de dimension infinie, et en particulier caractériser aussi finement que possible leur contrôlabilité. – Améliorer l’efficacité des algorithmes de contrôle en IRM et développer des outils de contrôle optimal pour le contrôle simultané d’un ensemble de spins. Dans les dernières années, les membres du projet ont développé des techniques de contrôle géométrique à la fois pour la caractérisation des lois de contrôle optimal en contrôle quantique et aussi pour la description de la contrôlabilité d’un grand nombre de systèmes quantiques à dimension infinie caractérisés par des Hamiltoniens avec un spectre discret. Ces contributions originales seront le point de départ de futures extensions vers de nouveaux défis physiquement significatifs comme l’estimation du temps minimum pour réaliser un contrôle, la contrôlabilité des systèmes ouverts, le contrôle optimal appliqué à la transmission parallèle… Le projet scientifique rassemble à la fois des mathématiciens, des automaticiens, des contrôleurs, des physiciens. Son esprit est résolument interdisciplinaire.

Les équations aux dérivées partielles dispersives (EDP) interviennent comme modèles asymptotiques "universels" en mécanique des fluides, optique non linéaire, physique des plasmas, condensation de Bose-Einstein. On étudiera ces équations dans ce projet, essentiellement en dimension supérieure a un, par une combinaison originale d'outils d'analyse, de méthodes numériques et de techniques issues de la théorie des systèmes complètement intégrables. Le but est d'utiliser la prédiction des simulations numériques pour produire (et essayer de prouver!) des conjectures sur la dynamique des équations et d'utiliser les informations fournies par l'analyse pour développer des méthodes numériques originales et performantes.

La physique quantique permet de réaliser des ordinateurs dont la puissance de calcul dépasse celle des machines classiques quel que soit leur progrès à venir. Cette découverte récente mobilise un important effort de recherche pour réaliser des processeurs quantiques. Les réalisations les plus avancées sont obtenues aujourd’hui avec des ions piégés et des circuits supraconducteurs, et sur ces bases, des exemples très élémentaires d’algorithmes quantiques ont été démontrés. Le groupe Quantronique du CEA-Paris-Saclay, sous la responsabilité du porteur du projet Daniel Estève, joue un rôle moteur dans cette recherche depuis ses débuts dans le domaine des circuits supraconducteurs. Malgré les défis non-résolus que posent à la fois le maintien de la cohérence quantique durant le fonctionnement d’un processeur quantique et leur montée en taille, des acteurs importants du traitement de l’information, comme IBM, Microsoft, Intel ou Google ont développé depuis quelques années une recherche propre et misé sur des partenariats académiques forts pour anticiper une éventuelle rupture quantique dans leurs métiers. Atos, société leader dans le calcul intensif, se positionne de même activement sur l’ordinateur quantique. Depuis 2016, ses équipes travaillent aux développements d’un software quantique et d’un émulateur d’ordinateur quantique avec une machine FPGA puissante. Par ailleurs, Atos a déjà amorcé une collaboration avec le groupe Quantronique en finançant une première bourse CIFRE qui devrait démarrer prochainement sur la détection d’un nouveau type de bit quantique. Le programme de travail proposé pour cette chaire industrielle vise tout d’abord à fournir à Atos la veille scientifique de haut niveau qu’un groupe leader dans le domaine des bits quantiques, le groupe Quantronique du porteur, très bien connecté au niveau mondial, peut lui fournir. Un second objectif est de fournir à Atos des modèles numériques des phénomènes physiques en jeu dans les différents types de bit quantique afin d’en permettre la simulation efficace avec l’émulateur développé par Atos. Cette analyse sera bien sûr fournie en grand détail pour tous les bits quantiques développés dans des laboratoires du CEA. L’objectif de recherche soutenu par Atos et la chaire est de développer de nouveaux types de bits quantiques plus robustes en termes de cohérence quantique que les bits quantiques supraconducteurs. Compte tenu de leurs limitations, Il n’existe en effet pas à ce jour d’architecture fonctionnelle d’ordinateur quantique supraconducteur pour résoudre le problème de la correction d’erreur quantique quand on monte en taille. La seule disponible, dite des codes de surface, exige une multiplication prohibitive du nombre de bits quantiques physiques qui la rend peu réaliste. Afin de lever ces verrous, le groupe Quantronique propose, comme porteur de l’information quantique, des spins nucléaires pour lesquels la correction d’erreur quantique serait un problème moindre. Quand ces spins nucléaires sont couplés à des spins électroniques par interaction hyperfine, et que ces spins électroniques sont couplés à des résonateurs supraconducteurs qui transmettent des photons micro-ondes que l’on sait détecter, la combinaison de ces systèmes quantiques ouvre une nouvelle route en information quantique pour laquelle l’équipe Quantronique a déjà obtenu des résultats préliminaires encourageants, et dont le potentiel est de grand intérêt pour Atos. Le montage de cette chaire permettra aussi de placer Atos en prise directe avec la capacité de fabrication du CEA dans le cas d’un développement industriel qui exploiterait les techniques de fabrication de la micro-électronique.

Le but de TRACE est de développer de nouvelles technologies pour mesurer avec précision les émissions de gaz à effet de serre (GES) et leur évolution à l’échelle de sites industriels à l’aide de réseaux sol de capteurs in-situ, et avec une couverture globale à l’aide d’instruments embarqués sur un satellite. Ces technologies permettent de répondre aux besoins des pouvoirs publics et des industriels pour suivre l’efficacité de mesures de réduction des émissions de GES à l’aide de mesures indépendantes, dans le cadre des mesures sectorielles mises en place après l'accord de Paris sur le Climat. Thales Alenia Space, leader mondial sur les satellites d’observation de la terre dirigera le développement de nouveaux instruments de mesure des concentrations de GES embarqués sur des satellites grâce à une plateforme de simulation “end-to-end” développée dans le projet permettant de quantifier l’incertitude sur le suivi des émissions depuis l’espace en partant de paramètres instrumentaux. SUEZ-Environnement et TOTAL, deux opérateurs commerciaux mondiaux dans les secteurs des déchets et de l'énergie, piloteront le développement de nouvelles méthodes de mesure des GES pour des sites industriels et des sources dans les environnements urbains, avec une priorité sur les émissions de méthane par les décharges, stations de traitement des eaux usées, raffineries et sites d’extraction et de traitement du gaz naturel. Pour cela, les laboratoires testeront de nouveaux capteurs à faible coût et amélioreront leurs performances par des essais de laboratoire avant de les tester en conditions réelles sur le terrain.. Les recherches proposées dans TRACE permettront aux entreprises partenaires de faire correspondre leurs produits aux nouvelles directives et régulations pour mesurer et réduire les émissions de GES à des échelles allant de celle de sites industriels, jusqu’à des régions d’émissions échantillonnées grâce à la couverture globale des satellites. Le projet mobilisera 40 chercheurs sur trois équipes du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE) avec le soutien du Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD) sur le campus de Paris-Saclay. Le projet TRACE aborde les trois principaux objectifs de l'ANR 2017 : - Création d'un partenariat stratégique à long terme entre trois acteurs majeurs de l'industrie et des chercheurs à la pointe du domaine de recherche sur les GES; - Formation de jeunes chercheurs et de personnel des entreprises partenaires; - Développement du potentiel des équipes scientifiques afin de relever un défi de recherche international - Préparation d'un futur système opérationnel global de surveillance des émissions de GES Le plan de travail de TRACE est organisé en une composante de coordination et d’organisation des formations et deux composantes scientifiques complémentaires, sur les satellites et les mesures in situ pour le suivi des émissions de sites industriels / infrastructures urbaines.

Our main goal is to create a visual analysis system for the exploration of dynamic or time-dependent networks (from small to large scale). Our contributions will be in three principle areas: (A) novel algorithms for network clustering that are based on graph harmonic analysis and level-of-detail methods; (B) the development of novel similarity measures for networks and network clusters for the purpose of comparing multiple network clusterings and the grouping (clustering) of different network clusterings; and (C) a system for user-driven analysis of network clusterings supported by novel visual encodings and interaction techniques suitable for exploring dynamic networks and their clusterings in the presence of uncertainties due to noise and uncontrolled variations of network properties. Our aim is to make these novel algorithms accessible to a broad range of users and researchers to enable reliable and informed decisions based on the network analysis. A focus in all three areas will be on the incorporation of uncertainty into the analysis and visual encoding to enhance the trust in the decision making. While we are aiming to create tools for a variety of use cases, we specifically focus on two application areas -- social networks such as Twitter as well as brain functional networks. These are two applications where the consortium has a lot of expertise, yet which are very different in terms of users and tasks. Hence, we hope to be able to generalize from these two specific applications. Our team consists of three distinct research labs with expertise in harmonic analysis (Dr. Van De Ville, EPFL, Switzerland), expertise in network visualization (Dr. Fekete, Inria France) and expertise in supporting of visual model building and analysis under uncertainty (Dr. Möller, Uni Wien, Austria). This is a unique combination of skills that is indispensable to successfully tackle the challenges of this endeavour made possible only under the unique requirements of this funding call.