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L'équation de Monge-Ampère (réelle) est une équation elliptique totalement non-linéaire, dont la nature est fortement géométrique. Cette équation permet en effet de retrouver, d'après Minkowski, une hypersurface convexe à partir de la seule donnée de sa courbure gaussienne. Cette équation joue aussi un rôle central dans la théorie du transport optimal, dont les applications sont variées, notamment en physique, économie et géométrie. Cependant, la nature singulière et fortement non-linéaire de l'équation de Monge-Ampère rend sa résolution numérique difficile, et a longtemps été un obstacle au développement de méthodes numériques efficaces. Nous proposons d'attaquer ce problème par un biais original combinant le point de vue d'analystes et de géomètres algorithmiciens, tous deux représentés dans ce projet. Premièrement, nous développerons et étudierons des méthodes numériques pour résoudre l'équation de Monge-Ampère standard en dimension deux et trois. Notre objectif est de pouvoir traiter des problèmes de grande taille sans avoir besoin d'ajuster finement des paramètres. Ceci devrait permettre l'application de ces méthodes à la résolution numérique de problèmes de minimisation faisant apparaître l'opérateur de Monge-Ampère. Les applications visées incluent des problèmes de minimisation de fonctionnelles sur l'espace des fonctions convexes ou des corps convexes, mais aussi des problèmes variationnels formulés en terme de transport optimal. Nous pensons par exemple au problème de la construction de géodésiques minimisantes sur l'espace des applications préservant la mesure, donnant lieu à des solutions non déterministes à l'équation d'Euler pour les fluides incompressibles. Deuxièmement, nous étendrons l'approche géométrique à la résolution d'équations de Monge-Ampère généralisées issues notamment de l'optique anidolique. Ces équations modélisent la conception de miroirs ou de lentilles transportant l'énergie lumineuse issue d'une source vers une cible dont la forme et la distribution d'intensité est prescrite. Certaines des équations issues de l'optique anidolique appartiennent à une classe plus générales d'équations appelées "equations de jacobien généré prescrit", dont la discrétisation demandera le développement de nouveaux outils théoriques et d'algorithmes géométriques sophistiqués.

Les invariants modernes de topologie de basse dimension naissent de la rencontre entre géométrie symplectique, physique mathématique, topologie géométrique et systèmes dynamiques. Lorsque les noeuds représentent des particules en théorie des cordes, un grand nombre de structures algébriques émergent de leurs invariants, comme les TQFT et les opérations A-infinies. Une nouvelle source de tels invariants provient des géométries symplectiques et de contact via l'utilisation des courbes holomorphes et des homologies de type Floer associées. Ces dernières années, on a compris comment ceux-ci interagissent avec les méthodes topologico-algébriques classiques. L'homologie de Heegaard-Floer a révolutionné le monde des invariants de noeuds en apparaissant comme une catégorification du polynôme d'Alexander. L'homologie de Khovanov, d'origine algébrique, catégorifie le polynôme de Jones et a maintenant également sa version géométrique, obtenue par une homologie de Floer lagrangienne spécifique : l'homologie de Khovanov symplectique décrite par Seidel et Smith. L'homologie de contact legendrienne donne également de nouveaux invariants de noeuds lisses, au travers de la construction conormale, à nouveau reliés à l'homologie de Khovanov. Dans ces théories, la différentielle compte des courbes holomorphes dans une variété symplectique. La récursion topologique de Eynard et Orantin fournit des formules pour cela et notre espoir est de l'utiliser pour obtenir une catégorification des invariants de Reshetikin-Turaev. L'objectif du projet est d'interpréter à l'aide de la géométrie symplectique certains des invariants principaux de la topologie quantique et réciproquement d'étudier de manière systématique les propriétés algébriques des nouveaux invariants provenant des constructions de contact ou symplectique. Un exemple typique est l'étude d'une version cylindrique de l'homologie de Khovanov symplectique que nous aimerions étendre aux entrelacs dans une variété de dimension 3 quelconque et pour laquelle des compétences croisées sont nécessaires. Le projet rassemble des membres actifs des communautés de géométrie de contact et symplectique, de topologie de basse dimension et théorie des noeuds, des systèmes dynamiques et de physique mathématique qui ont la volonté d'apprendre les uns des autres. Il a été volontairement gardé de taille réduite pour le rendre plus efficace. L'objectif est de créer de nouveaux groupes ramassés et actifs de collaborateurs de 2 à 4 personnes. Un succès du projet serait que chaque membre parvienne à publier un article hors de son domaine de recherche actuel.

Au cours des dernières années, les systèmes dits data-aware (DaS) ont été proposés comme un cadre global pour modéliser processus métier complexes en considérant les données et les processus comme des composantes de la meme importance dans la description du système. Ce paradigme est particulièrement adapté à modéliser les enchères et les méchanismes basés sur les enchères dans le commerce électronique. Le projet SVeDaS vise à faire progresser l'état-de-l'art dans la modélisation, l'analyse et le déploiement de systèmes data-aware en utilisant une approche nouvelle, compositionelle et basée sur des agents dans leur spécification et vérification. Les objectifs principaux du projet Svedas peuvent être résumés comme suit: 1. introduire des modèles computationnels basés sur les agents pour les systèmes data-aware, qui soient capables d'exprimer des processus métier complexes, y compris les enchères dans les marchés électroniques; 2. explorer des langages formels pour la spécification des comportements stratégiques d'agents autonomes (y compris la robustesse contre les comportements malveillants, ainsi que la manipulabilité et la collusion dans les ventes aux enchères) qui concernent les processus métier ainsi que les agents qui y agissant; 3. analyser les propriétés formelles de ces modèles data-aware, en particulier les questions relatives à la vérification formelle dans des contextes d'information imparfaite; 4. répérer des classes de systèmes data-aware ainsi que des fragments logiques expressifs, qui aient un problème de model checking décidable, et qui prêtent également à des methodes de vérification efficace; 5. développer des outils et des techniques de model-checking pour la vérification et la validation des systèmes data-aware dans des scénarios multi-agents, en mettant l'accent sur les mécanismes aux enchères. Nous prévoyons que les résultats du projet SVeDaS contribueront de manière significative à notre compréhension des systèmes data-aware, améliorant ainsi la conception et la gestion des processus métier par le biais de la vérification formelle par model checking. À son tour, ces contributions contribueront à la construction de systèmes plus surs et fiables, ainsi qu'à la réduction des coûts des défauts dans les mécanismes basés sur enchères pour le commerce électronique et l'e-business.

La question sociale est-elle en train de revenir sous les espèces d’une question urbaine du risque? À cette interrogation, ce projet veut répondre en analysant, dans une grande métropole, les inscriptions sociales de l’insécurité en fonction de la distribution socioprofessionnelle des espaces urbains et des positions poli-tiques. Il mobilise trois bases de données, en opérant au niveau de l’IRIS pour atteindre un niveau précis d’analyse territoriale. À partir des enquêtes sur la victimation et l’insécurité en Île-de-France il explorera les différentes combinaisons de ses deux facettes, l’exposition à la victimation et le sentiment d’insécurité, et localisera leurs territoires. Ces résultats (produits par le CESDIP) seront confrontés avec les données sur la division sociale de l’espace francilien et son évolution (OSC) et celles sur les comportements politiques tirés des résultats électoraux publiés par le Ministère de l’Intérieur. Les bases disponibles permettent de comparer également les évolutions de ces trois sortes de données sur plus d’une quinzaine d’années (1998-2015). La jonction des données est opérée sur une base cartographique à partir de la ventilation des données dans le découpage de référence des IRIS. La deuxième tâche est l'analyse de type typologique des bases de données ainsi constituées. Les techniques avancées d'analyse géométrique des données (AFM, MCOA, STATIS) sont mobilisées pour contourner les écueils de l'erreur écologique survenant dans les approches classiques de modélisations. L'utilisation des méthodes de classification non supervisée (KRLS) permettra cependant de formaliser les relations entre les variables observées. Les bases de données compilées dans le cadre de ce projet, tout comme les supports cartographiques permettant d'associer le découpage des IRIS à celui des bureaux de vote, seront pérennisées et diffusés à la communauté scientifique, offrant de nom-breuses perspectives pour de prochaines analyses et l'établissement de comparaison régionales à l'échelle française ou internationale. Cette pérennisation sera facilitée par l’existence d’un Observatoire scientifique du crime et de la Justice (OSCJ http://oscj.cesdip.fr/) créé dans le cadre d’un projet de recherche ISIS de l’Université Paris Saclay.

Ce projet franco-autrichien de recherche collaborative vise à étudier, dans un effort expérimental et théorique conjoint, la dynamique d’impuretés à l’intérieur de fils quantiques d'atomes ultra-froids. La physique des impuretés mobiles dans un milieu hôte constitue un des paradigmes de la physique de la matière condensée. Ce projet vise à utiliser les techniques des systèmes atomiques ultra-froids et quantiques pour étudier le cas d’impuretés dans une géométrie unidimensionnelle dans le cadre d'un régime d'interaction fortes. Il vise à explorer le mouvement contrôlé de l’impureté et à détecter les oscillations induites par les interactions, à étudier la diffusion d’impuretés isolées et à mettre en évidence le régime sub-diffusif de leur dynamique quantique, à étudier les cas d'interactions repulsives ou attractives et à utiliser l’impureté comme une sonde permettant de mettre en évidence de nouveaux états quantiques, ainsi qu'à tester la dynamique et le possible piégeage des impuretés en présence de réseaux longitudinaux. Les expériences seront effectuées au sein du groupe de H.-C. Nägerl à Innsbruck et analysées par le groupe de M. Zvonarev à Orsay. Le système étudié est constitué de bosons ultra-froids confinés dans des pièges tubulaires étroits. Nous allons bénéficier de l'excellent contrôle qu'il est possible de réaliser sur les états quantiques, les géométries de confinement et les paramètres d'interaction, ainsi que de l'isolation presque parfaite vis à vis des perturbations extérieures et des excellentes efficacités de détection qu'il est possible d'atteindre sur ces systèmes. Les atomes qui forment le « bain » du fil quantique sont dans un état de spin déterminé, alors que les impuretés consistent en quelques autres atomes de la même espèce, dont l'état de spin est différent. Nous allons utiliser la contrôlabilité de l'interaction bain-impureté pour étudier de nombreuses questions afférentes à la dynamique des impuretés dans un fil quantique : l’impureté se comporte-t-elle comme une particule classique dans un milieu visqueux ? Comment la température affecte-t-elle son mouvement ? L’intégrabilité supprime-t-elle la diffusion des impuretés et conduit-elle à un comportement qualitativement différent du cas générique ? Le mouvement de l’impureté peut-il etre non dissipatif ? Nous prévoyons de focaliser notre approche théorique sur les phénomènes mis en évidence par les expériences. Nous allons utiliser une vaste gamme de techniques de la physique des systèmes unidimensionnels à N corps quantiques : ansatz de Bethe, théories des champs effectives et approches numériques (par exemple, DMRG dépendant du temps). Les retombées de ce projet devraient nous conduire a une bien meilleure compréhension des principes essentiels qui gouvernent la dynamique des systèmes quantiques unidimensionnels en interaction forte. Cette compréhension est déjà un but en soi, mais c'est également une étape importante pour les futures applications technologiques, en vue de la miniaturisation des conducteurs électroniques dont les extensions latérales tendent vers l’échelle atomique, dans un régime où les effets à N corps quantiques vont être déterminants pour le transport qui, de classique, deviendra quantique.

Ce projet est centré sur trois alliages primordiaux pour leurs applications comme matériaux à bonne tenue mécanique à haute température ou leurs fortes propriétés magnétiques: Fe-Cr, Fe-Mn et Fe-Co. Comme le magnétisme joue un rôle clé dans ces alliages, les simulations numériques sont nécessaires pour maîtriser au mieux les propriétés de ces matériaux. Cette stratégie demande une approche qui combine (i) des méthodes très précises pour déterminer les propriétés à l’échelle atomique avec (ii) des méthodes à plus grande échelle permettant d’optimiser les propriétés d’usage en balayant les compositions. Pour les premières méthodes, la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) a déjà été utilisée avec beaucoup de succès dans de nombreuses classes de matériaux. Cependant pour les alliages à base de fer, un point critique reste le rôle crucial des excitations et transitions magnétiques sur les propriétés thermodynamiques et cinétiques des alliages et de leurs défauts. Une modélisation précise et complète du magnétisme est donc nécessaire pour répondre aux défis du développement de ces nouveaux matériaux: la résistance aux dommages radiatifs liée à la décomposition de phase dans Fe-Cr, la fragilisation des joints de grains dans Fe-Mn cc, la haute résistance mécanique des aciers Fe-Mn cfc, la transition ordre-désordre et la stabilité relative des phases cc et cfc dans Fe-Co ne peuvent pas être comprises totalement sans prendre en compte les effets magnétiques. L’innovation spécifique de la recherche projetée est double : d’une part, pour la partie DFT, nous allons utiliser les importants progrès faits récemment dans le traitement du magnétisme dans le fer pur, et les étendre à des systèmes magnétiques multicomposants contenant des défauts ponctuels ou étendus, en allant au-delà de l’approximation colinéaire standard. D’autre part, nous allons développer des méthodes innovantes qui permettront de combler le gap entre (i) les calculs de structure électronique exacts et (ii) les simulations thermodynamiques et cinétiques à grande échelle, en incluant l’effet du magnétisme sur les défauts, la diffusion et l’évolution microstructurale. Pour ce dernier volet (ii), des modèles d’interactions de paires effectives sur réseau et de liaisons fortes seront développés à partir des résultats de DFT (incluant les configurations, excitations et transitions magnétiques). Cela donnera une description cohérente du rôle du magnétisme pour les différentes propriétés des alliages à base de Fe, à différentes échelles et aux différentes températures, et permettra d’optimiser par le calcul les paramètres clés qui contrôlent les propriétés recherchées (décomposition de phase dans Fe-Cr, mise en ordre dans Fe-Co, décohésion des grains dans Fe-Mn). Des recherches expérimentales de pointe (comme le dichroisme chiral des pertes d’énergie des électrons et la diffusion de radiotraceurs dans des joints de grains synthétisés de façon contrôlée) sont inclues dans le projet afin de valider la robustesse des prédictions théoriques. Les trois systèmes choisis présentent une large variété de comportements magnétiques. Les méthodes de calcul développées et appliquées dans ce projet seront transférables à la modélisation d’autres matériaux magnétiques. Les résultats de ces simulations permettront d’améliorer les bases de données de thermodynamique et de diffusion (e.g. DICTRA) qui sont utilisées en routine aujourd’hui par l’industrie en R&D, mais décrivent mal le magnétisme. Une compréhension plus profonde et plus systématique du rôle du magnétisme dans ces alliages à base de fer permettra de mieux prédire la relation entre composition et propriétés d’emploi, et ainsi contribuer à la mise au point plus efficace et plus précise de nouvelles nuances d’acier. Lorsqu’ils seront achevés, ces outils de simulation devrait augmenter l’efficacité de l'industrie sidérurgique, faire évoluer leurs stratégies et contribuer à leur compétitivité future.

Les rendements chez les végétaux dépendent de leur capacité à surmonter les fluctuations nutritionnelles environnementales. L’azote (N) est quantitativement le nutriment le plus important pour les plantes, le nitrate (NO3-) étant la forme majeure d’azote assimilée en sols aérobies. Pour améliorer les productions, des engrais azotés ont été appliqués intensément depuis la seconde guerre mondiale. Cependant 45 à 60% sont perdus dans l’environnement conduisant à de sévères pollutions de l’air et de l’eau. La croissance des plantes est aussi affectée par d’autres facteurs environnementaux tels que la sécheresse et la présence de sels dans les sols. Ces stress abiotiques sont les majeurs facteurs limitants des rendements en agriculture. Chaque stress diminue la disponibilité en eau, les sels provoquant en plus une cytotoxicité ionique. Dans ce contexte général, le développement de nouvelles variétés d’intérêt agronomique avec une efficacité accrue pour l'utilisation de l'azote et la tolérance à la sécheresse et au stress salin sont des stratégies importantes pour répondre à la demande alimentaire mondiale. Ainsi, la compréhension des mécanismes impliqués dans l’accumulation des ions et de l’eau est devenue une priorité. La vacuole et le TGN (‘Trans-Golgi Network’) sont deux compartiments intracellulaires essentiels pour l’accumulation de nutriments et la détoxification ioniques du cytosol par compartimentation des composés cellulaires. Leurs rôles multiples sont étroitement liés à l’activité des transporteurs dans leur membrane. Il est souvent supposé que tous les transporteurs actifs utilisent l’énergie du gradient électrochimique généré par les pompes à protons telles que les V-ATPases. Néanmoins les études portant sur celles-ci suggèrent une spécificité d’action de ces protéines sur certains transporteurs : le double mutant chez Arabidopsis, vha-a2 vha-a3, déficient dans l’activité V-ATPase vacuolaire, présente une diminution de ces teneurs en nitrate en non en chlorure (Cl-), alors que la sensibilité au stress NaCl augmente seulement dans vha-a1, un mutant nul pour les V-ATPase du TGN. Le projet a alors pour but de comprendre les bases moléculaires de cette divergence grâce à l’analyse de l’interaction entre les V-ATPases and les transporteurs anioniques de type CLC chez Arabidopsis. CLCs présentent des particularités intéressantes : 1) ils peuvent être des transporteurs passifs (canaux) ou transporteurs actifs (échangeurs anions/protons) bien que tous les CLCs soient structurellement très proches, 2) les CLCs peuvent plus sélectifs pour Cl- ou NO3- selon la présence d’une proline ou d’une sérine dans leur motif de sélectivité et, 3) des membres sont présents sur les membranes vacuolaires ou du TGN. Le projet sera donc divisé en trois tâches : la première permettra de mieux comprendre les spécificités/redondances de fonction entre les différents AtCLC de la vacuole et du TGN, les deux autres se concentreront sur la caractérisation de la co-régulation entre les V-ATPases et les AtCLCs de la vacuole (tâche 2) et du TGN (tâche 3). Le projet bénéficiera de l’expertise de deux partenaires sur l’étude des protéines membranaires chez les plantes, physiologie moléculaire et électrophysiologie pour le partenaire français, physiologie moléculaire, approches ‘omics’ par le partenaire allemand. La coopération entre les deux laboratoires permettra l’étude de l’interaction entre les V-ATPases and AtCLC non seulement au niveau moléculaire mais aussi aux niveaux cellulaires et de la plante entière en réponse à différentes concentrations externes en nitrate, à la sécheresse et au stress NaCl. Dans l’ensemble, ce projet permettra de mieux comprendre en détail la régulation des transporteurs primaires et secondaires sur la vacuole et le TGN. Il fournira des données importantes qui pourront être utilisées par la suite dans l’amélioration des plantes pour l’assimilation des nutriments et la tolérance aux stress abiotiques.

Le projet intitulé « Caractérisation des défauts par techniques de diffraction avancées pour l'évaluation de la déformation des micro—cristaux » (CharADiff) vise à acquérir une compréhension détaillée de la mécanique des objets de faible dimension (micro et nano-cristaux) par la mise en œuvre d'une combinaison sans précédent de techniques de pointe associées à la diffraction des rayons X, ces techniques étant récentes ou spécifiquement développées pour ce projet : 1) diffraction in-situ des rayons X cohérents permettant de détecter et d'évaluer le nombre de défauts du réseau cristallin (dislocations) dans de petits cristaux de taille pendant la sollicitation mécanique; 2) micro-diffraction Laue in-situ permettant d'étudier la nature et la séquence des systèmes de glissement de dislocation activés au cours de la déformation plastique des petits objets; 3) Ptychographie post-mortem de Bragg fournissant une image 3D du champ de déplacement créé par les défauts du réseau cristallin stockés dans les objets déformés et 4) topographie ptychographique post-mortem, une nouvelle technique développée dans ce projet, pour cartographier les défauts individuels du réseau cristallin tout en restant compatible avec de futures études de déformation in-situ. Ces techniques sont appliquées à un système unique: les micro-cristaux semi-conducteurs d’InSb, d'excellente qualité cristalline initiale et dont les propriétés mécaniques ont déjà été entièrement étudiées, en faisant un système de référence robuste. Les résultats de cette méthodologie originale sont de deux ordres: - Le développement d'une boîte à outils combinant des techniques avancées de diffraction in-situ et post-mortem pour caractériser la déformation des objets de faible dimension (stades de déformation et stockage des défauts cristallins). Cette boîte à outils permettra d’enrichir les connaissances actuelles sur la mécanique aux petites échelles, de fournir des réponses à certaines questions encore ouvertes en science des matériaux sur les effets de la réduction de la taille des échantillons; - L'évaluation de la complémentarité entre des techniques de diffraction parmi les plus récemment développées dans les synchrotrons, avec la perspective de repousser leur applicabilité au-delà de leur utilisation actuelle. En outre, une nouvelle technique d'imagerie non destructive sera développée, la topographie ptychographique, avec la perspective d’être compatible avec des essais de déformation in-situ. L'impact du projet est potentiellement bien au-delà des frontières décrites ci-dessus, en particulier dans le domaine des nanotechnologies, où les techniques de diffraction des rayons X développées ici pourraient constituer des solutions non destructives pour évaluer la qualité cristalline des cristaux de petite dimension qui sont les constituants des dispositifs miniaturisés, permettant ainsi des diagnostics quantitatifs et de l'ingénierie des défauts. Pour garantir le succès de ce projet de 36 mois, un consortium bien pensé d'experts Français et Suisses a été mis en place, avec une forte complémentarité dans les domaines expérimentaux et théoriques (notamment de la simulation) de la science des matériaux et de la diffraction. Un total de 86,4 personnes-mois sera déployé par le consortium, avec neuf personnels permanents et deux post-doctorants.

Dans les prochaines années, avec un marché des satellites de plus en plus compétitif, les satellites avec une propulsion électrique devraient prendre une importance croissante, estimée selon les acteurs du secteur entre 25 et 50% des parts de marché d’ici 2020. Parmi les différents systèmes de propulsion électrique, les propulseurs à effet Hall sont développés en France par SNECMA, le partenaire industriel de cette chaire. SNECMA, pionnier de la propulsion électrique en Europe, commercialise avec succès des moteurs plasmiques pour la propulsion et le contrôle d'orbite de sondes d'exploration spatiale et de satellites. Un enjeu crucial dans les années à venir pour SNECMA concerne le développement d’un propulseur à effet Hall de faible puissance (300-500W) pour le marché en très forte expansion des petits satellites en orbite terrestre basse (500 à 2000 km). Les propulseurs à effet Hall, inventés dans les années 60, ont été très largement étudiés. Toutefois, la physique des plasmas magnétisés de ces propulseurs est complexe et plusieurs phénomènes physiques qui ont un impact direct sur les performances et la durée de vie des propulseurs sont encore mal compris. C’est pourquoi, actuellement, la conception et le développement de ces propulseurs se fait de façon semi-empirique avec de longs et coûteux tests de durée de vie. L’objectif final de la chaire POSEIDON est de développer une nouvelle méthodologie expérimentale et numérique permettant de réduire le nombre de tests expérimentaux pour le développement des futurs propulseurs à effet Hall. La chaire est structurée autour de quatre axes scientifiques, un axe de coordination du projet et un axe de valorisation et formation. Dans les axes scientifiques, des expériences et des simulations originales sont proposées, fondamentales et appliquées pour approfondir la compréhension de phénomènes physiques clefs dans les propulseurs à effet Hall : le transport électronique, l’interaction plasma-surface et l’érosion et la question du choix du gaz propulsif pour les applications futures. Les buts de ce projet sont de mieux comprendre les plasmas dans les architectures réelles des propulseurs à effet Hall, de développer des outils numériques 3D pour simuler les plasmas dans ces moteurs et de mettre ces outils à disposition de l’industriel pour améliorer l’efficacité des moteurs actuels et permettre des avancées technologiques majeures dans la conception de nouveaux propulseurs plasmiques. La chaire industrielle sera accueillie au laboratoire LPP (Laboratoire de Physique des Plasmas, UMR7648, CNRS, Ecole Polytechnique, UPMC, Université Paris Sud and Observatoire de Paris). Le LPP contribuera par son expertise internationalement reconnue en physique des plasmas. La titulaire de la chaire est Anne Bourdon, directrice de recherche au CNRS, qui a rejoint le LPP en 2014 pour renforcer le développement de la simulation numérique. La Chaire industrielle POSEIDON insufflera la dynamique nécessaire à ce domaine de recherche fondamental et appliqué, d'intérêt stratégique tant sur le plan scientifique qu'économique. La chaire renforcera les relations entre le LPP et la SNECMA. Pour le LPP, ce projet permettra de structurer et développer l’axe de recherche stratégique sur la propulsion électrique au laboratoire, avec une collaboration à long terme avec un industriel leader dans le domaine. Pour SNECMA, le projet POSEIDON permettra d'améliorer sa réactivité, d’accroître ses parts de marché et de maintenir sa place de leader dans le marché très compétitif de la propulsion électrique. Les partenaires de cette chaire sont reconnus au niveau international et les travaux menés renforceront l’expertise française dans un domaine d'études internationales très actif. Finalement, cette chaire permettra la formation d’experts sur la propulsion électrique qui pourront être recrutés par des laboratoires de recherches ou par le partenaire industriel pour soutenir son investissement dans une stratégie à plus long terme.

Increasing urban human populations lead to further development of urban centers with consequent loss of green spaces, causing strong alterations of ecosystem processes and trophic interactions. Yet urban green areas have been shown to support native biodiversity, enhance ecosystem functions and provide important ecosystem services. Moreover, urban green and blue infrastructures (GBI) contribute to human well-being. The high proportion of impervious surfaces makes urban GBI fragmented and isolated. GBI enhance the permeability for both biodiversity and citizens through dense and hostile urban matrices. In a hearing phase of this project municipal authorities have highlighted their need of guidance on the implementation, managing and restoring of GBI. The main objective of our BIOVEINS proposal is to use functional diversity (FD) to highlight the mechanisms underpinning the link between GBI, taxonomic diversity (TD) and ecosystem services (ESs) provisioning, and to provide, together with local stakeholders, the ecological and interdisciplinary knowledge to identify the critical features of GBI, to guide the establishment, management and restoration of GBI, and to mitigate the effects of major urban global challenges, like habitat fragmentation, air pollution, and urban heat island. This main objective will be accomplished by several specific objectives: (i) to analyse, together with local stakeholders, the actual and planned GBI from an urban planning perspective, determine representative sampling plots and derive prior actions based on specific objectives (ii) – (iv); (ii) to assess the FD for a variety of taxonomic groups differing in dispersion ability, sensitivity to environmental conditions and use of resources within GBI to link the considered taxa to ESs and to determine the importance of GBI connectivity on urban biodiversity; (iii) to assess the impact of proportion, configuration and connectivity of urban GBI on provisioning and regulating ESs by an experimental and modelling approach, and link these ESs to the data obtained in (i-ii) to assess the role of TD and FD on these ESs; and (iv) to provide tools, best practices, and guidelines for the stakeholders about how to improve urban GBI and how to enhance multifunctional ESs for people and nature. These mechanistic approaches make it possible to predict changes in more stressful (future) conditions, and provide a means to propose best practices for planning of urban green areas. The structure of the project is based on 7 highly interacting work packages, and it considers major representative urban environments in terms of climate, taxa and configuration selecting cities along a S-N and W-E gradient throughout Europe.

Le projet s’inscrit dans la thématique des politiques publiques et des innovations sociales face aux changements démographiques. Son objectif général est d'étudier les processus d'élaboration des politiques et leur mise en œuvre par les acteurs des services à domicile auprès des aînés, afin de comprendre jusqu'à quel point ils sont "co-construits" et comment ils peuvent mener à la prise en compte de l'intérêt général dans ce domaine. Le processus de vieillissement accéléré de la population en France et au Québec constitue, sur le plan démographique, un des principaux enjeux auxquels devront faire face ces sociétés au cours des prochaines décennies. Dans ce contexte, la thématique des services à domicile se situe à l’intersection de ces enjeux sociétaux alors que leur conception, leur mise en œuvre, leur coût et leur disponibilité façonnent de manière déterminante et durable la qualité de vie des aînés, et leur décision de vivre à domicile ou en institutions. Aussi, nos préoccupations de recherche portent 1) au plan « macro », sur la manière dont les politiques publiques, au lieu d’être élaborées uniquement par des « décideurs étatiques», peuvent être co-construites avec divers acteurs concernés des secteurs public, marchand ou associatif ; et sur la portée innovante des formes d’action et des marges d’autonomie qu’elles permettent ; 2) au plan « méso », sur les répercussions de ces politiques sur les différents registres d’engagement et les statuts différenciés des professionnels, qui doivent prendre en compte les contingences des situations à domicile et la singularité des besoins ; 3) aux plans « micro » et « macro », nous chercherons à comprendre comment les besoins des aînés cheminent sur le plan individuel et collectif, et s’expriment par rapport à l’offre de services des territoires. Notre approche privilégiera donc l’entrée par les acteurs, leurs positionnements et leurs stratégies, en interrogeant la participation décisionnelle (ou non) des parties prenantes à la co-construction des politiques de services à domicile ; en analysant les effets potentiellement innovants sur les processus de professionnalité, de mise en œuvre des services et de réponses aux besoins des aînés. Les données de la recherche seront recueillies à partir d’une méthode originale (non encore expérimentée à notre connaissance dans les recherches comparatives France/Québec) de missions conjointes réalisées sur 4 terrains par des binômes de chercheurs franco-québécois.

Chaque jour, nous créons 2,5 quintillions (2,5 E30) octets de données, si bien que 90% des données dans le monde aujourd'hui a été créé au cours des deux dernières années seulement. La découverte d'une mémoire universelle qui présente une vitesse rapide d'accès, de stockage à haute densité, et ce pour une durée infinie, a stimulé la recherche sur les matériaux à changement de phase (PCM) au cours de cette dernière décennie. La mémoire PCRAM (Phase-Change Random Access Memory) est actuellement la plus mature des nouvelles technologies de mémoire. Les chalcogénures, tel que Ge2Sb2Te5 et ses dérivés, sont présentés comme les candidats adéquats. Cependant, ces matériaux inorganiques ont trois inconvénients inhérents: 1. Une température élevée est nécessaire pour le changement de phase ce qui tend à augmenter la consommation d'énergie. 2. La taille du domaine du changement de phase est encore trop importante. 3. En raison de la friabilité des solides inorganiques, la fabrication de dispositifs est limitée. D’après ces observations, il y a donc une nécessité de trouver une alternative aux chalcogénures et de développer de nouveaux matériaux à changement de phase plus efficaces pour être utiliser comme des mémoires PCRAM. Ainsi, la technologie moléculaire peut aider, en ciblant des molécules intelligentes, à surmonter les limites des solides inorganiques. Nous proposons dans ce projet d’utiliser des polymères de coordination à changement de phase (PCCP) comme une alternative aux chalcogénures. Les polymères de coordination (PCs) sont des matériaux cristallins dont les molécules organiques sont organisées au travers de liaisons de coordination. Les principales raisons pour lesquelles nous considérons que les PCs sont des matériaux révolutionnaires pour l’avenir des mémoires PCRAM, sont les suivantes: 1 Certains PCs montrent des transitions d’amorphe à cristallin rapides et réversibles sous l’action de la chaleur ou de la lumière. Cela vient d'être découvert par certains d'entre nous en 2015. 2 Le contrôle de la transition de phase (température, domaine et nombre de transitions) peut être régulé par le choix de la molécule organique et permet de réduire la consommation d'énergie. 3 Les PCs sont modulables et flexibles et permettent de préparer une grande variété de dispositifs. Ceci les distingue des matériaux inorganiques conventionnels. L’objectif est donc de concevoir des molécules organiques fonctionnelles pour former des PCs multifonctionnels et contrôler le changement de phase. Cette recherche utilise une boîte à outils complète de la technologie moléculaire, qui comprend: 1. La conception et la synthèse de nouvelles molécules organiques fonctionnelles qui donneront accès à de nouveaux PCs à changement de phase multifonctionnels. 2. Le contrôle des changements de phases des PCs d’amorphe à cristallin, et leur réversibilité, sera modulé par des stimuli physiques. 3. Le contrôle électronique de l'état des nouveaux PCs amorphes et cristallins sera étudié, notamment la photoluminescence et la conductivité. 4. La mise en forme de PCs à changement de phase sera entreprise pour les évaluer dans des dispositifs de stockage de mémoire. Ce projet regroupe 6 partenaires en France et au Japon, dont les expertises sont complémentaires et reparties de manière équitable. En utilisant la technologie moléculaire et la conception de molécules organiques fonctionnelles, nous avons l'intention de créer de nouveaux matériaux hybrides à fort potentiel pour les mémoires PCRAM. En outre, pour démontrer la faisabilité de PCRAM des films minces de PCCPs seront élaborés. Sur la base de la grande richesse de ces matériaux hybrides et la grande diversité des combinaisons de molécules organiques et de métaux, une nouvelle génération de mémoires non-volatiles sera développée et pourrait dépasser les capacités des chalcogénures en terme de vitesse, de puissance, de densité, de conservation des données, de mise en forme et de cyclabilité.

Les traitements actuels de surfaces des métaux à base de chrome hexavalent CrVI permettent d’assurer une fonction primaire d’adhésion pour les couches ultérieures de peintures et une fonction d’anticorrosion, d’où leur utilisation importante dans l’industrie de traitement des métaux. Cependant du fait de leur caractère toxique (produits CMR -cancérigène, mutagène et reprotoxique), leur utilisation est à présent proscrite et tolérée de manière dérogatoire dans certaines industries (aéronautique, off-shore,…) jusqu’en 2017. La grande majorité des traitements de substitution actuels remplace le CrVI par le CrIII, mais n’apporte pas entière satisfaction notamment en ce qui concerne l’adhésion des peintures. Une alternative à base de traitements organiques, réside dans la technologie ‘sol-gel’. Elle présente cependant certains inconvénients, tels que la durée de vie avant mise en peinture (max 48h) ou l’impossibilité de ré-application sur elle-même (dans le cas de retouche de peinture). Le projet MESTREL s’inscrit dans ce contexte. Il s’appuie sur la technologie SEEP (Surface Electroinitiated Emulsion Polymerization) brevetée par le partenaire académique (CEA). C’est un traitement organique de surface qui ne souffre pas des inconvénients précités du ‘sol-gel’. Sa première mise en œuvre par immersion de la pièce à traiter dans un bain aqueux contenant au moins un sel de diazonium conduit à un revêtement chimiquement greffé compatible avec les normes aéronautiques pour l’adhésion de peinture. Partant de ce savoir-faire, le projet a pour enjeu la mise au point d’un traitement générique de substitution au CrVI, par la formation d’un film organique, robuste et conférant à la surface métallique les propriétés de primaire d’adhésion (1er verrou) et d’anticorrosion (2e verrou) sur la base de la technologie SEEP. Le projet MESTREL vise à rendre le procédé aisément industrialisable, donc peu coûteux, simple à mettre en œuvre (sans étape d’immersion) via un recours à des technologies de pulvérisation (3e verrou). Ces trois axes seront menés en parallèle, avec pour objectif industriel la mise sur le marché de ces procédés 3 à 4 ans après la fin de ce projet. La réussite de ce laboratoire commun sera assurée par la grande complémentarité et le haut niveau d’expertise des partenaires du projet : - Le Laboratoire d'Innovation en Chimie des Surfaces et Nanosciences (LICSeN) du CEA est spécialisé dans la fonctionnalisation de surface des matériaux. Ce laboratoire, de renommée scientifique internationale, a une grande expérience du transfert technologique vers l’industrie. Il a développé et breveté la technologie SEEP et apportera sa compétence scientifique pour assurer l’extension de sa mise en œuvre aux cas pratiques. - PROTEC Industrie créée il y a 60 ans, est une PME de 140 employés, leader du traitement de surface et procédés spéciaux en France. Un pôle R&D a été créé en 2012 avec pour objectif principal le développement de procédés verts en remplacement des procédés utilisant le CrVI et autres produits CMR. Sa connaissance du traitement industriel des surfaces et son expérience dans ce domaine assurera des recherches et développements en parfaite adéquation avec les besoins des donneurs d’ordre. Si le premier domaine d’utilisation finale des procédés développés dans le cadre du laboratoire commun concerne l’aéronautique, le caractère générique des développements réalisés dans le projet et la grande versatilité du procédé SEEP doivent permettre d’élargir très rapidement le marché aux domaines du transport ferroviaire et de l’offshore (plateformes pétrolières, éoliennes,…). Par le développement de procédés verts, industrialisables à court terme, MESTREL assurera un avantage concurrentiel significatif à la PME PROTEC Industrie, ce qui lui permettra d’étendre son marché à de nombreux domaines applicatifs en France et à l’étranger.

La chimie industrielle traditionnelle est basée sur le contrôle de la réactivité par ajustement de grandeurs macroscopiques telles que la température et la pression. Cette approche bien que très efficace implique une consommation gigantesque d'énergie et la production d'un très grand nombre de produits non désirés sources de pollution. Pour surmonter ces difficultés, le projet ChemiQ propose de développer une "chimie du futur" beaucoup plus efficace et sélective. Le consortium a pour objectif de décrire la réactivité chimique à son niveau le plus fondamental c'est-à-dire au niveau microscopique et d'exploiter de façon systématique les phénomènes quantiques comme la cohérence quantique induite par les impulsions lasers. La description des processus en termes de "paquets d'onde cohérents" peut être vue comme un changement de paradigme en chimie avec des extensions en biologie. Le projet européen de 48 mois réunit toutes les compétences les plus à la pointe à la fois sur les aspects théoriques et expérimentaux dans un domaine à l'interface entre la chimie et la physique quantique. L'objectif est de créer une communauté de chercheurs pour placer l'union européenne en position de leader dans le développement de cette nouvelle chimie. Le projet rassemble les méthodes théoriques les plus avancées comme l'approche Multi-configuration Time-Dependent Hartree (MCTDH) Multi-couche ou des molécules "habillées" par la lumière ainsi que toutes les approches expérimentales les plus à la pointe dans le domaine du contrôle par impulsions lasers. En particulier, ces techniques expérimentales vont permettre de contrôler le mouvement des électrons et des noyaux, des vibrations et de la rotation, chacun dans son domaine de temps naturel. Cela rendra possible d'"opérer" les molécules en manipulant tous les aspects de la réactivité comme dans une sorte de "chirurgie" chimique à l'aide d'un "scalpel" fait de lumière. Nous ciblons différentes percées technologiques comme le contrôle de la dynamique dans des états électroniques excités dans des chromophores d'intérêt biologique, le contrôle de tous les aspects de l'activation de la liaison CH sur un catalyseur de Nickel qui est un processus de fort intérêt industriel et les premières expériences à l'échelle sub-femtosecondes dans l'ultraviolet ouvrant la porte au domaine de l'"attochimie".

L'objectif scientifique de ce projet est d’étudier les interactions entre les phénomènes mémoriels et patrimoniaux liés aux migrations, entendues au sens général de déplacements de population, et les frontières de l’extranéité, les processus d’inclusion et d’exclusion ainsi que les représentations sur les migrants, à partir des sociétés d’immigration et d’émigration, en y intégrant les cas spécifiques des sociétés coloniales et postcoloniales, et des sociétés dites « effondrées » (sociétés postconflits comme l’ex-Yougoslavie). Il s’agira d’un côté de comprendre comment, dans quelle mesure, et à quelles conditions les processus d’inclusion ou les discriminations peuvent (ou non) donner naissance à des actions dans les champs mémoriel et patrimonial et de l'autre d’analyser les répercussions des initiatives mémorielles sur le regard porté sur la migration et sur l’insertion des migrants dans la société. A partir de cas européens (FR, GER, SPA, ITL, SLOV, UK, GRE, NDL, POR, AUT), comparés à d’autres cas internationaux (ISRL, USA, CA), ce projet vise ainsi à déplier les rapports complexes entre migrations, pratiques et politiques de mises en mémoire individuelle et collective, histoire nationale et globale, à partir d’une approche locale, nationale et transnationale. Le défi est de faire émerger une réflexion cumulative et théorique, sur la base de matériaux empiriques, sur la manière dont s’articulent les exclusions politique, sociale et territoriale liées aux migrations avec les médiations et les appropriations culturelles et sociales du passé, dans un double sens : à la fois en étudiant les éventuels effets de ces dernières, et en les analysant comme la conséquence de la discrimination et le déplacement, sur le terrain mémoriel et culturel, des luttes, entre autres politiques, pour la reconnaissance. Outre ces mobilisations, il s’agit aussi à l’inverse de prêter attention aux silences de la mémoire et à l’absence de certaines communautés dans les histoires nationales qui, cumulées à d’autres facteurs de marginalisation – tels que l’accès au travail, les espaces de vie, l’affiliation religieuse etc- constituent des indices de discrimination, y compris symbolique.

Le texte de l'appel d'offre H2020 SC5-04-2017 «Vers un système de vérification des gaz à effet de serre robuste et complète» sera ouvert le 8 Novembre 2016 et la date limite pour la soumission de projets aura lieu le 7 Mars 2017. La proposition ANR GHG - VERIF est une demande de soutien des activités du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE) pour la préparation d'une proposition à cet appel d'offre, en coordination. La préparation est prévue en trois phases distinctes: - Construire le consortium, la définition de la structure générale du projet, et obtenir les services d'une société de conseil (jusqu'en Juin 2016) - Mise en place de la structure détaillée du projet entre Juin et Septembre 2016 - Finalisation de la proposition et son adaptation aux modifications potentielles de l'appel entre Novembre 2016 et Février 2017. Nous pensons que dans le but de répondre avec succès à l'appel d'offre H2020 ci dessus, et compte tenu de son budget, un large champ d'activités devra être couvert par notre proposition. La proposition devra donc être structurée en un petit nombre de Composantes regroupant plusieurs Taches (ou work packages) complémentaires. Cela vise à définir deux niveaux d'interactions pour la coordination du projet afin d'améliorer l'efficacité de son organisation. Une première réunion sera organisée à Paris avec un nombre limité (~ 20) de partenaires potentiels clés, avec des expertises complémentaires dans les domaines de la surveillance des stocks de carbone et d'azote terrestres, des flux anthropiques de gaz à effet de serre, de systèmes opérationnels pour l'observation de la terre, et la mise en place de systèmes de surveillance, reporting et de vérification. Cette première réunion des partenaires, et les interactions ultérieures ( impliquant l'équipe de base du projet et d'autres partenaires clés ) devrait conduire à la finalisation d'une première liste complète des partenaires du projet en Juin 2016. En attendant, nous allons essayer de louer les services de une société de conseil afin de soutenir notre coordination de la proposition. Cette prestation de service devra être opérationnelle avant Juin ici 2016. Pendant le reste de la préparation de la proposition, nous allons rester mobilisés, afin le cas échéant, de nous adapter à d'éventuelles modifications du contenu de l'appel d'offre H2020, qui pourrait impliquer des changements dans la liste des partenaires. La structure détaillée du projet sera finalisé par des interactions fréquentes avec les partenaires entre Juin et Septembre 2016. L'organisation détaillée du projet, la liste des tâches et de leurs responsables seront finalisées, et un texte préliminaire circulé entre les partenaires, en Septembre 2016. La dernière phase sera la rédaction de la proposition en réponse à l'appel, en déléguant une partie de ce travail aux responsables de de , et de recevoir le soutien de la société de conseil sélectionné dans la première phase.

Résumé Dans les villes, les rassemblements de foule à l’occasion des grands évènements et des manifestations représentent à la fois un gage de liberté et d’ouverture pour nos sociétés européennes. Les citoyens allemands et français apprécient bien sur les évènements sportifs comme les marathons, ou les nombreux festivals comme la fête de la bière à Munich , les Francofolies de la rochelle , la feria de Bayonne, ou la fêtes des lumières à Lyon et bien d’autres.Cependant ces festivals et autres manifestations politiques peuvent constituer des menaces pour la sureté et la sécurité de nos concitoyens. De ce fait, les organisateurs et les États doivent faire face à de nouveaux challenges et ont besoin de nouvelles solutions .Dans ce projet des partenaires académiques, des forces de sécurité civile, un grand industriel de la sécurité et plusieurs PME unissent leur forces pour chercher et évaluer des nouvelles solutions, méthodes et concepts. S²UCRE est l’acronyme anglais de « Sureté et Sécurité en zones urbaines à haute densité de population ». Le projet s’intéresse aux rassemblements de masse dans des scénarios complexes et sur des zones urbaines étendues , rendant la mission de surveillance par les forces de police d’autant plus difficile.. Une vue globale et à jour de la situation fait souvent défaut . Des réactions rapides sont difficiles en cas d’accidents, de comportements agressifs, ou bien de mouvements de foule incontrôlés qui piègent des personnes et mettent en danger leurs vies (les fameuses « situations de panique »), des mesures préventives semblent impossibles. Pour résoudre ces problèmes, S²UCRE propose de combiner des technologies de surveillance de foule basées sur de l’analyse vidéo avec des méthodes de simulation afin d’établir des prédictions à court terme. Deux évènements réels sont sélectionnés comme cas d’usage, le festival du port de Hambourg (1,5 Million de visiteurs) et la démonstration du 1 mai à Paris (12 000 manifestants). S²UCRE vise ainsi à combler le gap entre le niveau macro de la surveillance d’une foule et l’observation micro d’individus ou de groupes (sur ce dernier point quand des motifs raisonnables le justifie) . En faisant des recherches interdisciplinaires dans 5 domaines technologiques pour les forces de police, les organisateurs et les équipes de sécurité et de secours. S2UCRE va améliorer la coopération des différents intervenants. Par ailleurs les études sur les facteurs humains ,éthiques et légaux forment une partie intégrante des taches techniques .Le démonstrateur S2UCRE intègrera ces cinq technologies d’aide à la décision, fournissant ainsi un démonstrateur pour des outils d’analyses prédictives.,en particulier sur les manières de guider les foules à partir de simulations . Les 5 domaines technologiques interdépendants qui seront étudiés dans S2UCRE sont : - La surveillance de foule en zone urbaines distribuées : densités de la foule et dynamique des foules - La prédiction court terme du comportement d’une foule en vue d’une évacuation rapide et efficace - l’analyse semi automatique de comportements suspects pour des applications de sécurité - la détection et la (géo)-localisation d’auteurs de présumé de délits -la localisation des membres des équipes de sécurité et de sauvetage et une plateforme de communication pour l’échange d’informations géo localisées entre les personnels de sécurité et de secours. Contrairement à d’autres projets, S²UCRE ne développera pas chacune de ces technologies individuellement mais concentrera ses travaux sur la manière d’intégrer ces différentes briques technologiques sur un seul système. Ceci permettrait de combiner une vue actualisée de sureté et de sécurité avec des simulations court termes de mouvements de foule afin de prévenir des situations critiques. S²UCRE préfigure donc un système intégré de surveillance et de prévisions pour la sureté et la sécurité, qui sera testé sur des scenarios concrets.

Ci-dessous, le résumé de mon projet ERC-StG, traduit en français: Pour mieux comprendre les mécanismes de la transcription et de la régulation des gènes, il est nécessaire de disséquer les implications essentielles de l'organisation tridimensionnelle (3D) du génome dans ces processus. Notre connaissance actuelle de l'organisation 3D est incomplète car les technologies disponibles fournissent des données incompatibles. Les technologies basées sur la 3C à haute résolution (Chromosome Conformation Capture) montrent des organisations 3D bien définies, alors que les expériences de microscopie en cellules uniques révèlent des grandes variations entre cellules. Ainsi, pour mieux comprendre les fonctions de l'organisation 3D, il est essentiel de développer de nouvelles technologies capables de combler l'écart entre ces résultats. Dans ce projet, je vise à développer deux nouvelles technologies pour étudier la variabilité dans l'organisation 3D au niveau des cellules individuelles à une résolution sans précédent. Chacune combinera les approches 3C avec le séquençage Nanopore ainsi qu’une amélioration de la préparation des banques de séquençage. Une expérience Nanopore 3C-seq quantifiera la variabilité de l'organisation 3D à certains lieux génomiques définis sur plusieurs milliers de cellules individuelles. Une expérience Nanopore Hi-C déterminera de façon exhaustive les interactions génomiques complètes à haute résolution dans les cellules individuelles. Ces technologies sont prévues d’être utilisées pour faire progresser la compréhension de la variabilité entre cellules dans l'organisation du génome 3D et ainsi déterminer comment cette variation peut influencer la fonction cellulaire. Pour la première fois, la variation naturelle de l'organisation du génome 3D sera déterminée à ultra-haute résolution. De plus, l'importance des structures 3D spécifiques dans la stabilisation de l'organisation du génome 3D sera établie, en mettant l'accent sur le rôle des « Topological Associated Domains » (« TADs », Domaines Associés Topologiques). Une application de diagnostic pour déterminer l'hétérogénéité des cancers du sein sera développée en utilisant Nanopore 3C-seq pour quantifier la fréquence de remodelage en 3D. Ensemble, les données générées par Nanopore 3C-seq et Nanopore Hi-C devraient révolutionner notre compréhension de la variabilité naturelle du génome 3D entre cellules et la façon dont les structures 3D définies peuvent influencer les processus de transcription et de régulation des gènes.

Au cours de l’interphase de cellules mammifères, la membrane nucléaire garantit la forme et l’intégrité mécanique du noyau. Elle joue aussi le rôle d’ancrage de la chromatine qui se trouve connectée sur le côté de la membrane nucléaire interne. Cette interaction impacte la régulation de l’expression des gènes, la réplication de l’ADN, et la maintenance de la stabilité du génome. Dans les cellules humaines une proportion importante des télomères, l’extrémité naturelle des chromosomes linéaires, est ancrée de façon transitoire à la membrane nucléaire, spécifiquement au cours du réassemblage nucléaire post-mitose. L'organisation de la chromatin rencontre des changements majeurs au cours de la progression du cycle cellulaire, tout particulièrement pendant la mitose avec la rupture de la membrane et la compaction de la chromatine en chromosomes métaphasiques. L'interaction des télomères avec la membrane nucléaire au moment ou le noyau est reformé après la mitose suggère un rôle des télomères dans l’organisation nucléaire. Les objectifs de ce projet sont de 1) réaliser un criblage afin de déterminer les protéines impliquées dans l’ancrage cycle-dépendant des télomères à la membrane nucléaire ; 2) de déterminer les mécanismes moléculaires impliqués dans cet attachement en combinant des techniques de biochimie et de microscopie de pointe ; 3) de cartographier les chromosomes dont l’extrémité est ancrée en utilisant des sondes FISH spécifiques pour les régions sub-télomériques et mesurer l’impact sur l’organisation des territoires chromosomiques ; 4) d'examiner la dynamique des télomères dans des cellules provenant de donneurs atteints d'un syndrome de vieillissement prématuré affectant l'intégrité de la membrane nucléaire, et de découvrir la connexion entre télomères, membrane nucléaire, et vieillissement. Cette projet original combine de la biologie cellulaire de pointe, de la biochimie, et de la biologie moléculaire permettant une vue intégrée de la fonction des télomères humains dans l'organisation du noyau.

There is a growing interest on achieving a better understanding on the interactions between land use and climate and their effect on water resources and people's livelihoods, with the aim of improving long-term sustainable water use. This is even more relevant in areas such as the EU Mediterranean (EUM) region, which is a major climate change hotspot due to water scarcity, concentration of activities, and reliance on climate-sensitive resources. Irrigated agriculture is the largest blue water user in the EUM, accounting for more than 50% of total water withdrawal, largely doubling the EU average. Among non-extractive water uses, forests and rainfed agriculture have the largest green-water footprint and play a fundamental role on the allocation of effective rainfall between green- and blue-water flows, determining the water availability for other uses. INNOMED promotes a holistic approach to water resources management by: i) considering the full water cycle as manageable and the catchment scale as the most relevant management level; and ii) addressing the integrated management of land and water, with a special focus on irrigated agriculture and forests. Its main objective is to develop and test advanced modelling tools to quantify the physical and economic effects of alternative land management options in order to improve water use efficiency in both sectors and promote sustainable water management solutions. INNOMED addresses specific scientific challenges in: i) estimating the allocation of green- and blue-water flows of different land uses and their spatial and temporal variations, at the catchment scale; ii) determining the water footprint of different management options on forests and irrigated crops, including experimental trials, field monitoring and modelling, at the field scale; iii) integrating the physical and economic flows resulting from alternative management options. An enhanced interface between scientists and stakeholders (water and forest managers and farmers) in five pilot study sites will allow: i) mapping and devising current and innovative water-use efficient land management options; ii) gathering relevant biophysical and socio-economic data needed for analysis; and iii) focusing on relevant issues for the practical implementation of IWRM in the pilot study sites and beyond. INNOMED will provide scientific research outcomes of high standards taking into account the current biophysical and socio-economic challenges in the EUM region, and provide resilient solutions aiming at reducing the pressure for water in the agriculture and forestry sectors, while strengthening international cooperation in water research.

Mediterranean climate and soils impose drastic constraints to agriculture. Barley (Hordeum vulgare) is one of the best adapted species to Mediterranean conditions. Climate change and growing Mediterranean population will further increase environmental and anthropic constraints on barley culture in a near future. An urgent objective is therefore to obtain barley varieties with high yield under stress conditions, while maintaining high nutritional quality of edible parts, associating high protein, mineral and fiber content with low contamination. In this context, the use of biostimulants of plant growth may help improving stress tolerance as well as nutritional quality, while limiting the use of classical chemical fertilizers that contribute to soil pollution. Our proposal is based on exploring the genetic diversity of a collection of Mediterranean barley accessions subjected to combined environmental constraints: heavy metals (HM), salinity, drought and pathogens. A collection of representative H. vulgare cultivars from Morocco, Algeria, Tunisia and Egypt as well as wild barley accessions (H. spontaneum) will be screened in the frame of this project. The project will therefore make use of local biodiversity to identify ideotypes maintaining high nutritional quality and low contaminant content even when grown under combinations of biotic and abiotic stresses. Nutritional quality and mineral content of grain and straw of these accessions will be analyzed under combinations of different abiotic (drought, salinity, Cd) and biotic (the fungal pathogen Rynchosporium commune) stresses. Physiological and molecular characterization of genotypes with contrasting phenotypes will shed light on the mechanisms underlying their adaptation to multiple stresses. Biostimulants provided by the private partner Roullier will be tested to evaluate their ability to increase stress tolerance and nutritional quality. This project will bring together the expertise of 9 partners from 5 European and North African Mediterranean countries. It is expected to provide key information on the resilience and quality traits of Mediterranean barley germplasm under stress conditions, which can be used by breeders and farmers to choose their variety depending on a particular agricultural environment. We will identify potential ideotypes for entering breeding programs to reach resilience objectives while preserving nutritional quality. An important scientific output of this project will be a better understanding of the molecular and physiological mechanisms involved in barley nutritional quality and tolerance to combined stresses that will be of great relevance for agronomical and scientific communities.

La réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) représente un défi majeur auquel doit faire face l'agriculture aujourd'hui. Les modèles décrivant le cycle du carbone et de l'azote dans les sols comme RothC, Century, ou CERES sont nécessaires pour évaluer l’effet des propriétés du sol, du climat et des pratiques agricoles sur des émissions de GES. Cependant ils doivent s’améliorer afin de fournir des prévisions plus précises et robustes. Ces modèles utilisent des fonctions empiriques représentant les différents facteurs environnementaux qui peuvent affecter les fonctions microbiennes du sol. Or, ce type de fonctions présentent des limites car elles ne considèrent pas l’hétérogénéité des sols à l'échelle des micro-organismes et elles ne peuvent pas décrire les processus complexes en interaction les uns aux autres qui ont lieu dans la structure du sol. La représentation mécaniste des processus à petite échelle a été identifiée dans la littérature comme l'une des priorités pour améliorer ces modèles de dynamique des matières organiques et d’émission de gaz à effet de serre. Notre projet de MEPSOM (ANR, de 2009 à 2013) a montré expérimentalement en quoi les caractéristiques physiques des habitats microbiens contrôlent la décomposition des substrats organiques. MEPSOM a développé un ensemble de méthodes et de modèles pour visualiser en 3D l’hétérogénéité du sol aux échelles des micro-organismes. Il a également contribué avec succès au développement de trois modèles 3D très complémentaires capables de simuler pour la première fois la dégradation microbienne de la matière organique à l'échelle des micro-habitats à l'aide d’images réelles 3D du sol. L'objectif de ce nouveau projet est maintenant d'aller plus loin en utilisant les modèles 3D développés dans MEPSOM pour porter les hétérogénéités identifiés à l'échelle des micro-habitats aux échelles du profil de sol. Les objectifs du projet sont les suivants: développer de nouveaux descripteurs de hétérogénéité 3D du sol à l’échelle des pores qui expliquent les flux mesurés à l'échelle centimétrique, utiliser nos modèles 3D pour faire un lien entre l'hétérogénéité visualisée à l’ échelle microscopiques et les flux mesurés à l’échelle macroscopiques, développer de nouveaux modèles simples décrivant ces micro-hétérogénéités et les porter dans les modèles développés à l’échelle du champ. L'originalité de notre approche est de réunir des scientifiques de la science du sol et des scientifiques des mathématiques appliquées et de la modélisation. L'interaction entre ces deux populations de chercheurs va rompre avec les formalismes de modélisation traditionnels utilisés en science du sol. Pour démarrer le projet, les partenaires se réuniront pour établir et réaliser des scénarios avec les modèles existants du projet MEPSOM. Cette première étape permettra de définir de nouvelles expériences stratégiques pour mesurer les émissions de CO2 et N2O dans différentes microenvironnements (WP1). Les images 3D de la distribution de l’eau, des matières organiques, et des micro-organismes dans les pores du sol seront produites dans WP2 à partir des échantillons fournis par WP1. Les descripteurs de l’hétérogénéité seront également calculés sur ces images. Les modèles 3D développés à l'échelle des pores établiront le lien entre la visualisation 3D microscopiques et les flux mesurés aux échelles macroscopiques. Des scénarios de simulations explorant des conditions contrastées de micro-environnements seront réalisés à partir de ces modèles (WP3). Les corrélations entre les descripteurs calculés à l'échelle des pores et les flux de gaz enregistrés à l'échelle centimétrique servira de base pour la production de fonctions ou de modèles simples qui transmettront les informations des hétérogénéités microscopiques jusqu’au profil du sol. WP 5 proposera des améliorations dans les modèles mis en œuvre à l'échelle du champ ainsi qu’un test de ces modèles améliorés avec des données de terrain existantes.

L'objectif général du projet "Chine-Trend-Stream" est de quantifier et comprendre les processus à l'origine des tendances observées des débits des grands fleuves chinois, Yangtsé et Fleuve Jaune, et de prévoir les tendances futures au cours des 35 prochaines années (2050). Pour répondre à ces objectifs, nous proposons un projet de 3 ans basé sur une approche nouvelle et ambitieuse, combinant en synergie, des observations par satellite, des enquêtes nationales, des mesures in situ et de la modélisation. Ainsi, différents modèles complémentaires seront utilisés pour simuler l'hydrologie actuelle de ces deux bassins versants et analyser l'évolution des ressources en eau. Nous proposons les actions suivantes : - améliorer la modélisation des écosystèmes anthropisés en Chine, et en particulier les impacts sur l'humidité des sols et le ruissellement. Les plantations forestières, et les pratiques de gestion des cultures y compris l'irrigation seront modélisés dans le modèle de surface continentale ORCHIDEE actuellement utilisé à la fois par les partenaires français et chinois. - améliorer la simulation des régimes hydrologiques de ces fleuves en tenant compte des réservoirs, des plaines inondables et des zones humides afin d'identifier comment les aménagements hydrauliques et la gestion des plaines inondables altèrent les capacités de stockage de l'eau des bassins du Yangtsé et du fleuve Jaune, les rejets et l'eau disponible pour l'agriculture. Pour cela, d'importantes améliorations seront apportées au module de routage de l'eau dans ORCHIDEE avec l'utilisation combinée du modèle SPHY, un modèle de captage détaillé, développé et géré par le partenaire HHU. Un ensemble unique de données de gestion de barrage et d’observations régionales de débits a été compilé par nos partenaires chinois, et sera utilisé pour l'évaluation du modèle. - Attribuer les changements passés, présents et futurs des bilans d'eau des fleuves Yangtsé et Jaune et leurs sous-bassins, en utilisant les modèles calibrés décrits dans les deux premiers objectifs, et de séparer les effets des changements de température et de précipitations, de réponse des plantes à l'augmentation du CO2, des changements d’utilisation des terres et de gestion de l'eau (barrages, irrigation). Une fois évalués et étalonnés pour les 25 dernières années, les modèles permettront de faire des projections des débits des deux rivières pour les 35 prochaines années, en séparant les facteurs énumérés ci-dessus, en utilisant des scénarios climatiques et des scénarios économiques d'utilisation de l'eau. - Quantifier les rétroactions atmosphériques sur les régimes hydrologiques du Yangtsé et du fleuve Jaune. Pour cela, le modèle de surface ORCHIDEE sera exécuté en mode couplé avec le modèle climatique LMDZ-ZASIA pour un ensemble de simulations passées et futures. Les résultats nous permettront d'évaluer comment les changements régionaux de précipitations atmosphériques modifient l'humidité du sol et à son tour l'évolution des débits. - Construire un projet pour un système avancé de prévision à l'échelle décennale des ressources en eau en Chine qui pourra être disponible pour les décideurs et gestionnaires de bassins. Le projet sera mené par des équipes complémentaires franco-chinoises qui collaborent depuis de nombreuses années par le biais de doctorats en codirection et d’échanges postdoctoraux. Ce consortium garantit le succès et la réalisation de ce projet d’attribution des changements des régimes hydrologiques aux facteurs anthropiques et climatiques à l'échelle régionale.

La représentation des interactions aérosol-rayonnement-nuage demeure parmi les plus grandes incertitudes dans le changement climatique, ce qui limite notre capacité à reconstruire et prévoir du futur changement climatique précision. L'Atlantique sud-orientale est une région où les charges élevées en aérosols atmosphériques (à partir de combustion de la biomasse, de la poussière minérale, origine marine) et des stratocumulus semi-permanente sont co-localisés. Cette région est un laboratoire naturel unique pour l'étude des interactions aérosol-rayonnement-nuages et leurs perturbations du bilan radiatif de la Terre. Outre les connaissances fondamentales qui peuvent être tirés de l'étude de cet environnement, ces perturbations des systèmes radiatives se produisent dans SE ont un impact significatif, pas seulement au niveau local mais aussi via des télé-connections mondiales sur les changements climatiques plus larges. Des observations sur l'Atlantique SE sont cruciales pour contraindre la génération actuelle des modèles de prévision numérique et les modèles climatiques. Le projet AErosol RadiatiOn and CLOuds in Southern Africa (AEROCLO-SA) propose une étude centrée sur l'Atlantique sud-orientale au large de la côte occidentale de l'Afrique australe fournissant un nouvelle évaluation des interactions entre les aérosols, les nuages ?et le rayonnement et leur représentation dans les modèles globaux et régionaux. AEROCLO-SA livrera un large jeu de mesures aéroportées, en surface et par satellite servant à 1) améliorer la représentation des aérosols dans les modèles climatique 2) réduire l'incertitude de l'effet radiatif direct, semi-direct et indirect des aérosols, et leur impact sur les stratocumulus; 3) améliorer les algorithmes de télédétection de nuages et des aérosols ; AEROCLO-SA est la contribution française dans le cadre d'une synergie internationale de très haut niveau. Outre la contribution française (5 principaux laboratoires des universités et CNRS), il réunit des partenaires - du Royaume-Uni (Met Office, University of Reading, Manchester, Oxford, ....) au sein du projet CLARIFY-2016; - des Etats-Unis au sein du projet NSF LASIC (22 universités américaines et les laboratoires de recherche) et au sein du projet ORACLES (5 centres de recherche de la NASA et 8 universités); - et des universités d'Afrique australe sous l'égide de l'initiative de recherche ARSAIO (CNRS / NRF). AEROCLO-SA comprend des observations au sol et des mesures aéroportées, et la modélisation. Le présent projet vise à financer la partie aéroportée de la contribution française 1 / pour permettre à la communauté française qui faisait partie de la stratégie globale dès le début, de participer à sa mise en œuvre au cours de la campagne de terrain international 2 / pour recueillir des ensembles de données uniques 3 / de participer à la valorisation de la base de données internationale.

Au cours des dernières décennies, le réchauffement de la région arctique a été deux fois plus important que la moyenne planétaire, et les précipitations ont augmenté sur les continents arctiques. En outre, les changements récents de circulation atmosphérique ont accéléré la fonte du Groenland, et le recul de la banquise arctique. La génération actuelle des modèles couplés océan-atmosphère ne représente pas correctement l’amplitude des changements climatiques récents en Arctique et au Groenland, parce qu’ils ne reproduisent pas la variabilité décennale de l’Oscillation Nord Atlantique, premier mode de variabilité de la circulation atmosphérique des moyennes aux hautes latitudes, ainsi que les rétroactions climatiques régionales amplificatrices. Mieux comprendre et simuler la circulation atmosphérique arctique, et les rétroactions associées au cycle de l’eau, est donc essentiel pour réduire les incertitudes sur les prévisions décennales, les projections climatiques, et pour anticiper les impacts régionaux. Les incertitudes les plus critiques portent sur le transport d’humidité par les dépressions extratropicales, les rétroactions liées à l’albédo du manteau neigeux, et les rétroactions liées à la microphysique des nuages. Le projet AC-AHC2 va améliorer la compréhension et la modélisation du cycle de l’eau atmosphérique en Arctique. Il permettra d’évaluer l’influence des changements récents des couverts de banquise et de neige sur la circulation atmosphérique. Nous allons quantifier le transport atmosphérique d’humidité, et le rôle des dépressions extratropicales en utilisant des réanalyses météorologiques. Cela nous permettra d’évaluer les performances des modèles atmosphériques. Nous mettrons en place de nouvelles mesures de la composition isotopique des précipitations et de la vapeur d’eau en surface au nord du Groenland et au Svalbard et par télédétection, ainsi qu’une coordination internationale de ces observations. L’utilisation de données de télédétection radar permettra d’améliorer la caractérisation des précipitations neigeuses. Ces données fourniront de nouvelles informations sur l’origine des précipitations, en distinguant la vapeur d’eau d’origine locale ou issue de transport à longue distance, et permettront d’évaluer la représentation de la microphysique des nuages arctiques dans les modèles. Elles seront utilisées pour améliorer la représentation de la microphysique des nuages arctiques dans un modèle régional (MAR) et un modèle de circulation générale atmosphérique (LMDZ), équipés de la représentation des isotopes stables de l’eau. Ces modèles améliorés seront utilisés pour explorer les interactions entre le cycle de l’eau arctique et la circulation atmosphérique de grande échelle. Ils permettront enfin de quantifier les rétroactions climatiques arctiques liées à la vapeur d’eau, aux nuages et à la couverture neigeuse, au cours des dernières décennies, et pour des climats chauds contrastés (climat de la dernière période interglaciaire et projections), en utilisant les conditions aux limites issues du modèle couplé de l’IPSL.

Le projet a pour but de découvrir les principes fondamentaux qui régissent l'adaptation aux perturbations des communautés bactériennes multi-espèces sur un modèle constitué d'un biofilm bactérien 4-espèces (4S) d’origine naturelle. Dans la nature, ces systèmes jouent un rôle crucial dans les cycles biogéochimiques du carbon, de l’azote et de l’eau; leur perturbation ne peut que s’accompagner de conséquences marquantes à l’échelle globale. Cependant on ignore actuellement la façon dont ces communautés vont répondre aux changements climatiques. L’examen de cette question à l’échelle des écosystèmes naturels est difficilement réalisable car on ne peut faire varier et contrôler rationnellement les conditions environnementales. Par ailleurs les modèles de communauté bactérienne en laboratoire sont le plus souvent mono-espèce alors que l’on commence à comprendre que les interactions inter-espèces sont cruciales. Pour mieux comprendre les facteurs qui supportent l’adaptation de ces communautés aux perturbations, nous proposons de réunir des biophysiciens et des microbiologistes qui examineront les réponses globales et moléculaires de la communauté modèle 4S à des changements environnementaux contrôlés en laboratoire. Dans une première phase, nous chercherons à établir une description phénotypique quantitative couplée à une description génétique du biofilm 4S installé sur une plateforme microfluidique qui permettra de contrôler toutes les conditions physiques et chimiques ainsi que de suivre en temps-réel de la communauté. Une approche combinatoire — tous les biofilms de mono- à 4-espèces seront étudiés en parallèle — permettra d’identifier les interactions inter-espèces dans un état de référence. Nous mènerons ensuite une deuxième phase d’application de toute une série de perturbations contrôlées de diverses natures ¬— chimiques, physiques et sociales — afin de détecter des trajectoires adaptatives caractéristiques (résistance, résilience ou redondance) et de sélectionner des stades d’adaptation remarquables — climax ou plateau — qui seront ensuite étudiés du point de vue génétique dans la 3ème phase du projet. Lors de celle-ci, on étudiera les modifications transcriptionnelles et les altérations génomiques survenues aux points saillants des trajectoires adaptatives sélectionnées. D’autre part, nous mènerons une analyse théorique qui permettra de modéliser la dynamique des populations induite par les perturbations. Ce programme comporte plusieurs défis méthodologiques et technologiques comme la mise en place d’une méthode quantitative de description du phénotype, la mise au point de l’automatisation de l’expérience requise par l’approche combinatoire et le screening des perturbations. Les analyses génétiques qui devront se faire dans le contexte multi-espèces nécessiteront la mise en œuvre des dernières avancées techniques du domaine. Notre démarche vise à relier les informations phénotypiques et génétiques par une présélection des trajectoires pertinentes et des analyses phénotypiques et génétiques corrélées sur des points définis de la trajectoire. L’achèvement de notre programme devrait apporter un premier éclaircissement sur le rôle des interactions inter-espèces dans l’architecture de la communauté mixte et sa capacité à s'adapter à une contrainte donnée, de nouveaux outils expérimentaux pour analyser les communautés bactériennes adhérentes, de nouvelles stratégies pour contrôler les biofilms bactériens, voire de nouvelles pistes pour l’assemblage artificiel de communautés artificielles aux fonctions définies. Enfin, notre travail permettra d’évaluer le potentiel des systèmes modèles multi-espèces simplifiés cultivés en géométrie microfluidique pour comprendre et prévoir la dynamique des communautés naturelles

La pollution de l’air en Asie, particulièrement en Chine, est une question sociétale importante. Du développement économique et de l’urbanisation rapides des dernières décennies résultent une forte hausse des émissions de polluants, conduisant à des concentrations dépassant largement les seuils de pollution recommandés par l’Organisation Mondiale de la Santé pour les polluants majeurs (ozone, PM2.5 et PM10). Cette pollution entraine de sérieux problèmes de santé publique, détériore la qualité de vie des populations avec la fermeture régulière d’infrastructures de transports par manque de visibilité. Une surveillance de la qualité de l’air et des systèmes de prévision performants, fournissant des indicateurs de risque facilement interprétables, sont nécessaires autant pour aider les autorités publiques dans leur stratégie de régulation de la pollution que pour aider les populations à prendre les précautions nécessaires à leur santé et leur bien-être. De plus, une évaluation précise des impacts présents et futurs des fortes émissions de polluants en Chine est important pour quantifier : (i) les conséquences de l’export des polluants sur la composition chimique régionale et globale ; (ii) le forçage radiatif induit par les forceurs radiatifs à courte durée de vie (ozone et aérosols) ; (iii) les conséquences à long terme de la pollution sur la santé. Pour adresser ces problèmes, une meilleure compréhension de la pollution asiatique est nécessaire. Basé sur une approche ambitieuse couplant observations et modélisation faisant le lien entre les échelles locale et globale, le projet PolEASIA tend à une meilleure quantification de la distribution des polluants (ozone et aérosols), de leurs sources, de leurs variabilités et de leur évolution passée, présente et future. Une approche de modélisation inverse couplant observations satellitaires et modélisation régionale permettra de déterminer des inventaires d’émissions de NOx et d’hydrocarbures non méthanique à jour, optimisés et à haute résolution (1/4 de degré, mensuel) sur une base décennale. Une approche multi-échelle couplant observations satellitaires, in situ et simulations de modèles de chimie transport permettra de caractériser la distribution des polluants sur l’Asie, leur variabilité de l’échelle interannuelle à journalière et leurs tendances. Des études spécifiques seront menées pour quantifier le rôle des différents processus (émissions, transport, transformation chimique) expliquant les distributions de polluants observées. Une attention particulière sera portée pour déterminer la part naturelle et anthropique de la pollution asiatique. L’impact de la pollution chinoise sera abordé sous plusieurs angles dans le projet. Les conséquences du transport transfrontière et transcontinental des polluants sur la composition chimique régionale et globale seront déterminées en utilisant observations satellitaires et simulations. Des méthodes d’évaluation de l’impact sur la santé couplées avec des simulations permettront d’estimer l’impact à long terme de l’exposition aux polluants (ozone et PM2.5) sur la mortalité liée aux maladies cardiovasculaires et respiratoires. En outre, le forçage radiatif du climat induit par les espèces à courte durée de vie comme l’ozone et les différents types d’aérosols sera évalué à partir de simulations pour les conditions présentes et pour des scénarios futurs. Les avancées faites sur la compréhension de la pollution asiatique, notamment en termes de modélisation et de méthodes numériques comme la modélisation inverse appuieront le développement d’un système de prévision opérationnel de la qualité de l’air commercialisable. Des modules d’impact seront adjoints à ce système afin de fournir des applications conviviales à la population et aux autorités pour évaluer les risques liés à la pollution en termes de santé et de visibilité. Un tel système, bien évalué, est indispensable pour assurer une bonne visibilité de la technologie française et l’exporter.

En opposition à la plupart des recherches académiques qui portent sur le développement des matériaux, cette proposition aborde la question de la technologie des électrodes, et l’influence de celle-ci sur les limitations de puissance et d'énergie des batteries Li-ion, dont la capacité est limitée à 50% de la valeur théorique. En effet, dans les batteries commerciales, les électrodes sont minces pour montrer une puissance acceptable en raison des limitations au transport des charges (ions et électrons). Par conséquent, 50% du poids et du volume des batteries sont des matériaux et des éléments qui ne stockent pas de l’énergie (collecteurs, séparateurs, et l'électrolyte). Pour augmenter la densité d'énergie et de diminuer le coût du kWh stocké pour les batteries Li -ion, il est nécessaire de concevoir des électrodes épaisses en dépassant les limites actuelles au transport des charge dans celles-ci. Pour atteindre ce but, il faut travailler sur la technologie des électrodes afin de comprendre et optimiser le transport de charge dans ces multi-matériaux hiérarchiques complexes. Malgré des décennies de travail, ce sujet est encore mal compris et par conséquent les outils de modélisations des performances des batteries ne sont pas assez performants. La nouveauté de notre approche réside dans la mise en œuvre d’une approche globale (multiples mesures et simulations) avec l'utilisation de nouvelles technique de mesure avancées (RMN haut champ, Spectroscopie électrique large bande, du mHz au GHz) et de technique d'imagerie (tomographie RX et FIB/SEM), et l’injection des résultats des mesures dans des simulations. Certaines études sur la technologie des électrodes ont déjà été publiées dans le monde, mais la plupart du temps avec une seule technique (par exemple de tomographie). Il est rare que soit étudié dans un même projet à la fois la conduction électronique et le transport ionique. Notre engagement dans ce projet est de (i) permettre une interprétation rigoureuse des observations, et d'étudier l'influence des paramètres clés (épaisseur, la porosité, la tortuosité, composition ...), et (ii) d’améliorer les simulations avec de nouvelles données expérimentales fiables. Notre but ultime est de fournir une compréhension d’une cellule électrochimique basée sur la modélisation à l'échelle de la microstructure. Nous allons également chercher à créer des architectures d'électrodes innovantes avec une cinétique sensiblement améliorés, permettant la conception de batteries lithium-ion de densité d'énergie beaucoup plus élevées pour les applications automobiles. Nous ciblons la conception d'une électrode positive (96% de matière active, 25% de porosité) de capacité surfacique 10mAh/cm² maintenant 90% de sa capacité au régime 1C à température ambiante et 80% à 0 ° C afin d’atteindre une densité énergétique supérieure tout en respectant les performances en puissance requises. Ce projet comble une lacune dans le flux de travail et des connaissances dans le domaine des batteries Li-ion: - L'approche fondamentale et les nouveaux outils apporteront de nouvelles connaissances scientifiques et à court terme des améliorations aux batteries. Comme l'accent est mis sur les matériaux commerciaux d'aujourd'hui, les résultats seront rapidement intégrés dans les batteries commerciales. - L'ambition est de fournir un outil aux industriels pour optimiser leurs formulations d'aujourd'hui et de demain. Le consortium regroupe des laboratoires de premier plan dans le domaine (IMN, CEMHTI, GeePs, MATEIS, ICMMO), ayant une expertise spécifique sur les différentes techniques d'analyse de pointe proposées, habitués à collaborer sur des projets, ainsi que l’expertise en modélisation de deux partenaires industriels et leur vision pratique (RENAULT, AUROCK).

Le projet HIT-TEMS vise à intégrer dans un PCB (Printed Circuit Board) un onduleur multiniveaux parallèle sécurisé dédié´ aux applications embarquées. Dans ce contexte, les contraintes en volume et en masse sont prépondérantes auxquelles s’ajoutent des conditions sévères de fonctionnement : fortes variations de températures (-40°C/150°C), et environnement électromagnétique sensible (proximité´ de calculateur). Dans ce projet, des procédés d’intégration de composants passifs (magnétiques et diélectriques), de composants actifs (semi-conducteurs et commande rapprochée,) et de capteurs enfouis dans des couches de circuits imprimés fonctionnalisés seront développés. Nous chercherons ainsi d’une part à réduire fortement le volume du convertisseur et d’autre part à faciliter, par l’intégration de capteurs de champ, l’équilibrage du courant dans les phases de ce convertisseur. Les contraintes fortes liées à la thermique et la compatibilité´ électromagnétique (CEM) ainsi qu’à la sûreté´ de fonctionnement du convertisseur seront prises en compte à chaque étape de conception. Des briques technologiques mais aussi des modèles spécifiques seront développés pas à pas au cours du projet pour permettre l’optimisation du convertisseur selon ces différentes contraintes. L’ensemble sera validé par un démonstrateur final prouvant le pouvoir d’intégration de la structure multiniveaux en terme de densité´ de puissance par rapport aux structures conventionnelles (associées au filtrage CEM et refroidisseur).

L’énergie solaire est intermittente, et n’est pas synchronisée avec la demande. Une des voies pour la stocker est d’utiliser la photoélectrolyse de l’eau qui permet de fabriquer de l’hydrogène à partir de l’eau et du soleil en une seule étape. Dans ce processus, 3 réactions doivent être considérées: l’absorption du photon, la migration des porteurs photogénérés et la réaction de surface de ces porteurs avec l’eau. Les oxydes métalliques sont a priori de bons candidats en tant que photoanode mais leur efficacité est encore très faible. La voie classique pour améliorer les photoanodes est la nanostructuration pour augmenter la surface de contact avec l’eau et le dopage pour ajuster la bande interdite. De plus, la forte recombinaison électron-trou a été mise en avant pour expliquer leur faible rendement. Dans le projet PHOTO-POT, projet de recherche fondamentale à la fois expérimental et théorique, nous proposons d’utiliser le champ électrique naturellement présent dans un ferroélectrique pour améliorer les performances de ces photoanodes. En effet, depuis l’effervescence provoquée par les pérovskites dans le domaine du photovoltaïque, plusieurs équipes proposent d’utiliser le potentiel interne des ferroélectriques pour la photoélectrolyse, mais il y a encore très peu de résultats expérimentaux. Pour ce projet, nous travaillerons sur des échantillons modèles: des films minces préparés par épitaxie par jet moléculaire assistée par plasma d’oxygène atomique. Plus précisément, nous préparerons des films minces épitaxiés de BaTiO3, matériau ferroélectrique. Comme le BaTiO3 n’a pas une bande interdite optimale pour la photocatalyse, nous le doperons afin d’obtenir une meilleure absorption dans le visible et nous l’introduirons dans une hétérojonction comprenant une deuxième couche efficace pour absorber l’énergie solaire (comme Fe2O3). Ce panel d’échantillons nous permettra d’obtenir naturellement différentes configurations ferroélectriques (vers le haut, vers le bas, non polarisé et multi domaines). Nous pourrons également changer cette polarisation en appliquant un champ extérieur. Ainsi, nous déterminerons de manière indépendante l’influence des différents paramètres (orientation et intensité de la polarisation électrique, influence des charges d’écrantage) sur les propriétés photoélectrochimiques. Nos premiers résultats sont prometteurs car nous avons montré une nette amélioration du photocourant (un facteur 5) quand la polarisation électrique du ferroélectrique est orientée vers le substrat. Toutefois de nombreuses questions restent ouvertes sur le rôle de la polarisation : -est ce qu’elle améliore la séparation des charges photogénérées ? -est ce qu’elle augmente la vitesse de réaction des porteurs avec l’eau ? -quel est le rôle des domaines ferroélectriques et des parois de domaines ? -quel est le rôle des charges d’écrantage ? Afin de comprendre en détails les mécanismes mis en jeu, nous avons prévu de caractériser nos échantillons modèles pour les différents états de polarisation : par des techniques électrochimiques de laboratoire (mesure du photocourant, spectroscopie d’impédance et modulation d’intensité) et par des techniques de pointe utilisant le rayonnement synchrotron (mesure de la durée de vie de la paire électron-trou et la structure électronique). Les résultats expérimentaux seront complétés par des calculs DFT afin de caractériser la structure électronique et déterminer l’efficacité de ces matériaux por la photoélectrolyse. Le partenariat entre 3 laboratoires (SPEC, UB-ICB et le synchrotron SOLEIL) devrait permettre de mener à bien ce projet, sachant que depuis plusieurs années déjà, ces 3 équipes travaillent et publient ensemble. Nous espérons déterminer si l’apport de la ferroélectricité peut être une voie d’avenir dans le domaine de la photoélectrolyse de l’eau.

L’utilisation de l’énergie solaire pour la production d’hydrogène en utilisant l’eau comme source d’électrons et de protons est une voie prometteuse pour produire de l’énergie renouvelable. Les plantes et les cyanobactéries ont développé une enzyme membranaire, le Photosystème II, capable de scinder les molécules d’eau en oxygène moléculaire, protons et électrons riches en énergie en utilisant l’énergie solaire. Le site actif de l’enzyme est un complexe Mn4CaO5 où l’oxydation de l’eau se produit après la succession de quatre réactions photochimiques. Ce mécanisme est remarquable car il minimise l’énergie nécessaire à l’oxydation de l’eau, en combinant des réactions de transfert de protons avec les réactions de transfert d'électrons. Le photosystème II est donc un modèle fondamental pour le développement de systèmes bio-inspirés visant à convertir l’énergie solaire en carburant tel que l'hydrogène. La récente structure tridimensionnelle du Photosystème II a haute résolution a donné une structure précise d'un état stable du complexe Mn4CaO5. De plus, la combinaison de travaux théoriques et des résultats obtenus par de nombreuses approches spectroscopiques très performantes a permis de proposer plusieurs mécanismes réactionnels possibles pouvant conduire à l’oxydation de l’eau. Ces travaux ont révélé la valence des atomes de Mn au cours du cycle photochimique, les étapes qui font intervenir la fixation des molécules d'eau substrat, l'importance de certains acides aminés dans le mécanisme catalytique. Ils ont également proposé des mécanismes de transfert de proton impliquant de larges réseaux de liaison hydrogène. En dépit de ces progrès récents, des questions clefs restent à résoudre. Celles-ci concernent en particulier la position et les propriétés des molécules d'eau substrat, la formation de la molécule d'oxygène au cours de la dernière étape, ainsi que les mécanismes de relaxation du complexe Mn4CaO5 impliquant les changements d'état de spin et les mouvements de protons, essentiels pour abaisser l'état énergétique du système. Le projet PS2FIR contribuera à répondre à ces questions grâce aux compétences complémentaires de 3 équipes : Eq. 1, R. Hienerwadel & C. Berthomieu, UMR 7265; Eq. 2, A. Boussac UMR 9198; Eq. 3, J.B. Brubach & P. Roy, Synchrotron SOLEIL. Les réactions photochimiques et des transitions de spin au sein du complexe Mn4CaO5 seront analysées grâce à l'optimisation d'approches de spectroscopie différentielle dans le domaine infrarouge lointain jusqu'à 10 cm-1. Cette approche permettra de sonder directement l’état redox des ions Mn, les conformations du Mn4CaO5 et les interactions Mn-O et Ca-O durant le processus catalytique. Un intérêt particulier sera porté sur l'exploitation du domaine spectral inférieur à 300 cm-1, pour l’identification des modes de libration des molécules d’eau associées au complexe, au cours du cycle catalytique. Pour surmonter la difficulté à exploiter les faibles bandes attendues dans ce domaine spectral, des montages seront développés et optimisés pour étudier plusieurs échantillons en parallèle et pour étudier les transitions de spin grâce à un système de T-jump. Nous bénéficierons également de la brillance du rayonnement synchrotron sur la ligne AILES du synchrotron SOLEIL. Une enzyme très robuste sera purifiée à partir de la cyanobactérie thermophile Thermosynechoccocus elongatus, et les conditions optimisées pour à isoler les caractéristiques spectrales correspondant aux différents états redox et états de spin du système, avec pour but ultime la compréhension du mécanisme d’oxydation de l’eau et de la formation de la molécule d'oxygène.

La récupération d'énergie est un domaine en plein essor. Si les systèmes de récupération d'énergie existent depuis très longtemps, comme les dynamos pour s'éclairer à vélo, de nouveaux systèmes ingénieux sont aujourd'hui mis au point pour récupérer l'énergie depuis de multiples sources. Les techniques les plus étudiées actuellement concernent le photovoltaïque, la thermoélectricité, l’énergie cinétique et la piézoélectricité. Dans le cas des piézoélectriques, les PZT (Pb(ZrTi)O3) et autres composés morphotropiques (PMN-PT, PSN-PT…) exhibant des coefficients électromécaniques dits ‘géants’, ont ouvert de vraies solutions industrialisables de production d’énergie à partir du ‘recyclage’ d’énergie mécanique. Depuis quelques années, des portions de routes, parking, ou stations de métro tokyoïtes voient le jour afin de convertir en électricité la pression exercée par les voitures ou piétons. Des smartphones piézoélectriques flexibles, des dispositifs cardiaques autoalimentés, des générateurs d’électricité vibro-vent sont en cours de développement. Grace au mouvement naturel de la marche, des chaussures équipées de piézoélectriques dans leurs semelles pourraient accumuler suffisamment d’énergie pour alimenter un MP3 ou recharger un téléphone. Les exemples sont nombreux et concernent des domaines très variés du quotidien. Quel que soit le système envisagé, il est primordial de trouver dans chaque cas le matériau piézoélectrique le plus performant. Actuellement, tout le travail, assez restrictif, consiste à optimiser la mise forme (céramique, cristaux, composite…), puis à polariser pour influer sur l’agencement des domaines piézoélectriques (ingénierie des domaines), pour qu’ils répondent au mieux aux sollicitations électriques ou de contraintes. Par ailleurs, si les PZT semblent aujourd’hui les plus prometteurs, la norme REACH demande à éliminer le plomb, et il convient dès à présent de se tourner vers d’autres matériaux. Notre projet souhaite explorer une solution alternative à ces deux points, lesquels représentent une limitation importante dans le développement futur de ces sources de récupération d’énergie. Nous souhaitons agir en amont, lors de l’élaboration même des matériaux, en proposant des croissances cristallines innovantes sous champ électrique. Les problématiques scientifiques sont double : (i) Comprendre et étudier le rôle joué par un champ électrique dans les processus cinétiques et thermodynamiques impliqués dans la croissance cristalline ; dans la sélection, l’orientation et la répartition des domaines piézoélectriques, (ii) Utiliser le champ électrique comme un nouvel outil afin de synthétise de matériaux nouveaux, à propriétés physiques originales ou exacerbées. Pour tester cette innovation technologique, nous travaillerons en premier lieu sur des piézoélectriques ou ferroélastiques, à structure pérovskite, sans plomb (tels que LiNbO3, BaTiO3 ou encore CaTiO3). Nous sommes convaincus que de tels matériaux, s’ils sont judicieusement élaborés (i.e. sous champ électrique en vue de les polariser in-situ, ou bien de modifier/sélectionner leur états en domaines pendant leur synthèse même) peuvent concurrencer les piézoélectriques actuels. Cette technique de synthèse inédite que nous explorons via ce projet pourrait offrir des possibilités nouvelles pour moduler les propriétés piézoélectriques, voire même de les coupler avec d’autres propriétés (comme la multiferroïcité, via l’ajout de dopants magnétiques par exemple). De faibles coûts et non toxiques, ces matériaux seraient alors intégrables dans des systèmes de conversion d’énergie mécanique-électrique. En ce sens, ce projet s’inscrit pleinement dans l’axe 2 « Captage des énergies renouvelables et récupération des énergies de l’environnement » du défi « Energie pure, propre et efficace », en proposant un concept de rupture via l’exploration d’une nouvelle voie d’amélioration et d’innovation dans la récupération des énergies de l’environnement.

La réduction de l'épaisseur des cellules solaires est un des enjeux majeurs pour la plupart des technologies photovoltaïques. C'est un moyen de réduire les coûts de production (temps de dépôt des couches), d'économiser les matériaux (notamment les éléments rares), et d'augmenter l'efficacité des cellules grâce aux fortes concentrations de porteurs. Obtenir de fortes efficacités de conversion dans de très petits volumes de semiconducteurs constituent ainsi une étape clé pour la prochaine génération de cellules solaires. Mais cela nécessite le développement de nouvelles stratégies de piégeage optique, et de nouvelles techniques de croissances et de nanofabrication. Ainsi, une cellule solaire idéale (appelée nanocellule photovoltaïque) serait constituée de nanostructures semiconductrices avec: un absorbeur de très faible volume (dimensions~100nm), avec une bonne efficacité d’absorption et de collection des porteurs, et peu de pertes parasites. En principe, cette stratégie devrait conduire à une amélioration significative du rendement grâce à la diminution des recombinaisons et à l’augmentation de la concentration des charges (+Voc). Cette cellule solaire idéale serait fabriquée par des procédés « bottom-up », et transférée d’un substrat cristallin vers des substrats hôtes pour garantir la possibilité d'une fabrication bas coût à large échelle grâce à la réutilisation du substrat de croissance. Notre objectif est de développer de nouvelles architectures, technologies et méthodes pour une nouvelle génération de cellules solaires avec de très petits volumes d'absorbeurs. L'objectif de ce projet est double : (1) ouvrir une voie vers des dispositifs photovoltaïques « nanocells » complètement optimisés (optiquement, électroniquement, technologiquement), formés de nanostructures semiconductrices par une approche bottom-up (croissance en particulier). (2) avoir un impact à court terme sur la technologie photovoltaïque en couches minces en développant de nouvelles technologies (nanopatterning, croissance, technologies bas coût) et de nouveaux outils (caractérisation et modélisation). Une étape intermédiaire consistera à la fabrication d'une cellule solaire à nanofils de GaAs sur un substrat de silicium inactif, avant le développement de l'objectif final: une cellule solaire à nanofils de GaAs optimisée optiquement et électriquement, transférée sur un contact-miroir sur du verre. Ces dispositifs « nanocells » seront basés sur une croissance localisée de nanostructures III-V (GaAs) sur substrat Si, avec l'objectif d'atteindre un volume le plus petit possible en optimisant l’absorption (nanophotonique) avec un matériau efficace, dont les concepts seront transférables à d’autres technologies poly-cristallines couches minces. Nous proposons de réduire le rapport d’aspect des nanofils par rapport à ce qui a été proposé jusqu’à présent, ce qui devrait réduire les problèmes de transports et de recombinaisons aux interfaces. Avec cette approche, de hauts rendements ne peuvent être obtenus que grâce à la nanophotonique pour éviter les pertes de photocourant. Les défis majeurs de ce projet sont : la croissance sélective de réseaux de nanofils ordonnés sur substrat Si et transférés sur substrats hôte, combinée à des conceptions nanophotoniques optimisées, et à une passivation de surface efficace. Le haut niveau d’expertise rassemblé au sein de ce consortium couvre les vastes domaines de recherche concernés, et doit permettre de relever ces défis. Ces objectifs remplis placeraient nos résultats au plus haut niveau mondial, et ouvriraient la voie à une nouvelle génération de cellules solaires. Nous visons une efficacité de conversion de 20%.

Les polyoxométallates (POMs) représentent un champ disciplinaire de la chimie inorganique en pleine expansion en raison de leur formidable diversité structurale. Les POMs peuvent combiner dans leurs architectures moléculaires la plupart des éléments chimiques permettant l’émergence de structures aux propriétés électroniques, physiques et chimiques remarquables. Cependant, la capacité des POMs à stocker et échanger réversiblement les électrons est certainement l’une de leurs propriétés fondamentales, permettant leur utilisation en tant qu’électrocatalyseurs dans un grand nombre de transformations électrochimiques. Selon la réaction cible, les stratégies de fonctionnalisation qu’offrent ces espèces permettent véritablement de développer une ingénierie moléculaire « à façon » pour la conception d’électrocatalyseurs innovants. Ces espèces, souvent comparées à des analogues solubles d’oxydes moléculaires, peuvent être aisément mises en forme selon l’application visée (greffage sur surface, immobilisation dans une matrice polymère ou matériaux poreux, incorporation comme unité de construction dans un réseau 3D). Le projet Chalco-Cat que nous proposons a pour objectif de définir de nouvelles classes d’électrocatalyseurs performants à base de POMs pour la conversion de l’énergie électrique en dihydrogène (HER) ou en produits hydrocarbonés à partir de la réduction du dioxyde de carbone (CDRR). La cohérence d’étudier conjointement ces deux processus électrocatalytiques qualifiés de difficiles et complexes tient au fait expérimental que les premières étapes procèdent selon un chemin commun correspondant au transfert couplé de protons et d’électrons. Il semble cohérent que la compréhension des mécanismes fondamentaux de formation de dihydrogène à partir de catalyseurs à base de POMs apportera des informations complémentaires pour la conception de catalyseurs actifs et sélectifs pour la réduction du CO2 en produits d’intérêts (méthanol ou formaldéhyde). Le projet Chalco-Cat s’appuie sur des résultats marquants obtenus par le consortium : i) nous avons récemment montré qu’une classe de POMs hybrides contenant l’unité thiomolybdique {Mo3S4} permet de réduire électrocatalytiquement le dioxyde de carbone en produits hydrocarbonés comme le méthanol et le méthane,. Il s’agit à notre connaissance du premier exemple de POMs actifs pour cette réaction. Par ailleurs, nous avons montré que l’activité relative CDRR/HER peut être modulée selon les modifications apportées à l’unité de base (nature des ligands organique ou inorganique et/ou présence d’un groupe hétérométallique). Les méthodologies de synthèse de cette famille de composés sont bien établies et correspondent à l’expertise scientifique reconnue du groupe de Versailles. Cependant, dans ce projet, nous proposons d’optimiser la conception de ces électrocatalyseurs afin d’améliorer leurs performances en fonction des propriétés ciblées et surtout de conduire le projet jusqu’à la conception de materiaux photoelectrocatalytique. Le consortium du projet est constitué de quatre équipes partenaires aux expertises et domaines d’expérience complémentaires couvrant la synthèse, la physico-chimie, l’électrochimie et les applications technologiques. Ce partenariat permettra une approche globale et raisonnée selon cinq tâches interdépendantes couvrant i) les méthodologies de synthèse, ii) les caractérisations et méthodes électrochimiques couplées à des méthodes spectroscopiques iii) la conception et la caractérisation des surfaces et membranes d’électrodes, iv) des calculs théoriques, qui sont autant de jalons nécessaires pour le développement v) de cellules électrolytiques à membranes électrolyte polymère qui constituent les électrolyseurs de protons et de CO2.

Optimiser la récupération des hydrocarbures dans les champs existants restera de la plus haute importance pour les 20-30 prochaines années, période de transition vers des énergies non basées sur l’exploitation de carburants fossiles. Une telle optimisation passe par une meilleure compréhension des mécanismes physico-chimiques liés à l’écoulement forcé de solutions de polymères injectées dans la roche poreuse pour déloger les hydrocarbures qui sinon y restent piégés. Le but de ce projet est de produire une avancée profonde dans la compréhension et la description des mécanismes moléculaires qui régissent l'écoulement des solutions de polymères quand ils sont forcés dans les canaux étroits ou dans des milieux poreux. Pour de tels écoulements à très grande surface d’interface, les frottements interfaciaux jouent un rôle majeur, et il important de produire de nouvelles connaissances pour maitriser les divers phénomènes qui prennent place au voisinage de ces interfaces et ainsi pouvoir optimiser la récupération assistée des hydrocarbures (EOR). Pour atteindre les objectifs fixés par le projet ENCORE, trois équipes universitaires de premier plan possédant une expertise dans la modification de surface avec des polymères, la caractérisation des mécanismes de friction aux interfaces solide-polymère, et les mesures des écoulements hydrodynamiques jusqu’aux échelles de la nanofluidique ont uni leurs forces avec une major pétrolière française. Pour les applications de récupération assistée du pétrole, des solutions aqueuses de Polyacrylamides de poids moléculaire élevé (de HMWPAM) sont injectées pour pousser l'huile dans le réservoir. Ces solutions représentent le meilleur compromis entre le pouvoir viscosifiant, le coût et la disponibilité industrielle. Un grand nombre de phénomènes peut avoir lieu pendant le transport de la solution de polymère à l'intérieur du milieu poreux : adsorption du polymère sur les parois des pores, modification de la conformation des macromolécules adsorbées en raison de l’écoulement, effet de chromatographie d'exclusion de taille, apparition de glissement à la paroi pour la solution de polymère, dégradation des chaînes si la composante élongationnelle de l'écoulement est trop élevée... Un programme scientifique commun fondé sur une approche complémentaire sera réalisé en s’appuyant d'une part sur des expériences spécifiques conduites sur des systèmes modèles et avec des produits proches de l’application, et d’autre part parallèlement, sur des expériences d’écoulements macroscopiques tels que ceux couramment développé par le partenaire industriel. Plus précisément, le consortium propose un programme en trois étapes s’appuyant sur les compétences complémentaires des partenaires académiques, chaque étape menant à l'identification de mécanismes moléculaires dont la pertinence pour l’EOR sera vérifiée. Les questions adressées sont les suivantes : Quels sont les mécanismes de formation d'une couche de polymère adsorbée sur une surface sous écoulement? Quels sont les mécanismes moléculaires de l'interaction entre une couche de polymère ancrée en surface et une solution de polymère s’écoulant sur cette couche. Enfin, comment ces mécanismes sont-ils affectés dans le cas d’écoulements très confinés? Finalement, une meilleure connaissance de l'écoulement du polymère, de l'adsorption et de son interaction avec la roche devrait permettre d'optimiser les stratégies d'injection de polymère et d'améliorer la conception des macromolécules utilisées. En combinant à la fois des expériences sur des macromolécules modèles et commerciales, les résultats des expériences prévues dans le projet de ENCORE seront directement applicables à l'industrie pétrolière.

Le projet vise à valoriser le CO2 en produits hydrogénocarbonés (CH3OH, CH2O) par hydrogénation catalytique assistée par un plasma non-thermique, l'hydrogène étant apporté par un hydrocarbure léger. La réaction de reformage du CH4 par le CO2 induite par un plasma non-thermique forme, outre du CO et de l'hydrogène, des hydrocarbures (C2-C6) ainsi que des traces de produits oxygénés. La formation des produits oxygénés doit être favorisée en présence d'un catalyseur actif pour l'oxydation ménagée du méthane en méthanol et formaldéhyde, voire par un catalyseur d'hydrogénation du CO2 et/ou du CO. Néanmoins, l'apport d'énergie par le plasma, nécessaire à l'activation du CO2 et de l'hydrocarbure peut conduire à une dégradation des produits de la réaction, plus fragiles que les réactifs de départ. L'extraction en continu du milieu plasma de ces produits par dissolution dans un solvant ou par condensation sur une paroi refroidie permettra de les soustraire de l'action du plasma et donc d'éviter leur dégradation. Cette étude fondamentale se déclinera selon deux axes principaux correspondants à deux approches technologiques différentes de réacteurs catalytiques assistés par plasma, mais néanmoins complémentaires: un système de deux réacteurs séparant la réaction de reformage suivi de la réaction d'hydrogénation et un réacteur unique dans lequel sera développé le concept d'extraction en continu des produits oxygénés (CH3OH et CH2O). Pour chacune de ces études, les propriétés du catalyseur (texture, composition) et sa mise en forme compatible avec les différents types de réacteurs seront cruciales pour la réussite de l'étude. Une étude cinétique et des mécanismes de réaction utilisant des techniques operando avancées de caractérisation des espèces de la phase gazeuse et adsorbées sur le catalyseur, développées dans les différents laboratoires partenaires, permettra de déterminer s'il existe une voie directe d'hydrogénation du CO2 par le méthane ou s'il est nécessaire de passer par la formation de gaz de synthèse CO+H2 (réaction de reformage), et donc de déterminer qu'elle est la conformation de réacteurs la plus prometteuse.

L’écoulement d’un film liquide est extrêmement sensible aux perturbations de sa surface libre, produisant des ondes de surface de forme complexe qui modifient significativement le transfert de quantité de mouvement et de chaleur/masse entre le liquide et le gaz environnant. Ce type d’écoulement intervient par exemple au sein des procédés de distillation et d’absorption, largement répandus dans le domaine du génie des procédés (raffineries pétrolières, usines chimiques et pétrochimiques, traitement de gaz naturel, usines de séparation de l’air par voie cryogénique). Ces deux procédés requièrent beaucoup d’énergie, typiquement entre 30% et 80% de l’énergie nécessaire pour fabriquer un produit chimique. Aux États-Unis, la distillation à elle seule est estimée être responsable pour 7% de la consommation totale d’énergie. Cependant, son taux d’efficacité global, de 11%, est relativement faible. Afin de faire face aux défis environnementaux actuels, l’enjeu majeur de l’industrie chimique dans le domaine de la distillation et de l’absorption est donc d’améliorer l’efficacité énergétique. Une solution prometteuse pour réduire cette empreinte énergétique est d’augmenter l’efficacité du transfert de masse entre les phases liquide et gazeuse. Ce transfert inter-phases se produit dans des garnissages structurés consistant en un enchevêtrement de plaques ondulées, qui subdivisent la section d’une colonne de distillation en petits canaux étroits au sein desquels le liquide s’écoule le long des parois sous forme d’un film liquide tombant en contact ave un gaz s’écoulant à contre-courant. Le transfert de chaleur/masse se produit à travers la surface libre du film et peut ainsi être considérablement modifié en contrôlant les structures instationnaires qui y apparaissent sous la forme d'ondes de surface. En effet, ces ondes: (i) intensifient considérablement le transport convectif; (ii) émanent d’une instabilité et peuvent donc être contrôlées avec un apport d’énergie minimal; (iii) leur interaction non-linéaire modifie de manière importante le comportement d’ondes isolées. D’un autre point de vue, les ondes de surface influencent l’interaction mécanique entre le film liquide et le gaz, pouvant engendrer des conditions critiques de fonctionnement comme par exemple l’engorgement du système. Dans ce cas, le liquide obstrue entièrement la section du canal ce qui augmente significativement la perte de charge associée. Au sein d’un garnissage structuré, l’engorgement peut se produire de deux manières : (i) au cœur des canaux dû à l’amplification des ondes de surface par le contre-écoulement de gaz; (ii) à la sortie des canaux, où le liquide est redistribué d’un garnissage à l’autre. Les deux effets antagonistes évoqués précédemment constituent clairement un verrou scientifique que nous nous proposons de lever dans ce projet, axé sur l'étude de l'effet des ondes de surfaces sur le transfert inter-phases et l’engorgement au sein de films liquides tombants en interaction avec un gaz fortement confiné, Nous proposons d'accomplir cette tâche en élucidant l’effet des ondes sur ces mécanismes à l’aide de simulations numériques directes, qui seront conduites au LIMSI à Orsay, et de mesures expérimentales par méthodes optiques qui seront conduites au FAST à Orsay, le but étant d’identifier des régimes optimaux d'écoulements de films. Ces méthodes à haute résolution seront complétées par des expériences cryogéniques réalisées par le partenaire industriel, Air Liquide. Le projet rendra possible une conception beaucoup plus ambitieuse de garnissages structurés faisant intervenir des films tombants, permettant d'optimiser l’efficacité énergétique du procédé tout en évitant l'engorgement.

Les ligands ambiphiles permettent d’introduire des acides de Lewis à proximité des métaux de transition, ce qui ouvre la voie à des approches catalytiques complètement nouvelles avec assistance par acide de Lewis. Dans ce cadre, le projet COLAMET vise à identifier et comprendre comment et dans quelles conditions les acides de Lewis peuvent coopérer avec les métaux, un prérequis pour envisager des applications catalytiques. Deux situations clés pour un grand nombre de transformations catalytiques seront considérées: l’activation de liaisons fortes H–E et C–X par chélation avec un acide de Lewis et la formation de centres métalliques électrophiles par cationisation interne. La réactivité de complexes dérivés de ligands ambiphiles et des applications catalytiques seront étudiées par une approche conjointe expérience / théorie. De nouveaux ligands ambiphiles seront conçus pour atteindre les propriétés requises et rendre optimale la coopération acide de Lewis / métal de transition.

La question fondamentale la plus importante en chimie concerne la façon dont nous pouvons à la fois convertir des molécules stables abondantes telles que H2O, CO2, O2 et N2 en un vecteur énergétique et fournir des synthons pour l’industrie afin de s'affranchir des contraintes environnementales et industrielles liées à l'utilisation massive des ressources fossiles. Avec la photosynthèse la nature nous offre un exemple: l'énergie du soleil est utilisée pour réaliser l'oxydation de l'eau dans un processus à 4 électrons et 4 protons suivie de la réduction du CO2 en sucres ou de protons en H2. Le couplage de différents modules catalytiques réalisant d'un côté une oxydation et de l'autre une réduction est une source d'inspiration pour les chimistes. Réaliser des transformations chimiques photo-induites multi-électron est un objectif ciblé des chimistes. Par exemple, des réactions de transfert d'atome d'oxygène (OATR) sont réalisées en photo-générant des espèces métaloxo avec l'eau comme seule source d'atome d'oxygène. Cependant, ces systèmes sont intrinsèquement limités par la nécessité d'utiliser un accepteur d'électrons sacrificiel. Si nous voulons développer des applications viables de transformations chimiques multi-électron, il est urgent d'exclure ces derniers dans les OATR. Avec MULTIPLET notre objectif est de construire un système autonome permettant des OATR en greffant une dyade sensibilisateur-catalyseur (complexes de Mn ou de Fe " cliqué " à un chromophore) capable de photoactiver H2O (éq. 1) à la surface d'une oxydase multi-cuivre robuste et active (laccase) qui effectue la réduction de O2 (éq. 3). Les hybrides résultant devraient alors coupler la réaction d'oxygénation du substrat à la réduction du dioxygène (eq. 2). Mn+-OH2 ? [M(n +2)+ -O] + 2e- + 2H+ (1) M(n +2)+ -O] + Substrat ? Substrat(O) + Mn+ (2) 4e- + 4H+ + O2 ? 2H2O (3) L'objectif stimulant et ambitieux de ce projet est de coupler le processus d'oxydation photo-induit à la réduction d'O2 par la laccase. Ce projet est basé sur nos efforts continus pour étudier des processus alternatifs pour la conversion de l'énergie solaire. Tirant profit d'une voie de synthèse polyvalente basée sur la chimie "click" établie dans nos laboratoires, nous développerons des assemblages originaux composés de nos meilleurs catalyseurs moléculaires à base de complexes de Mn ou de Fe et d'un chromophore afin de conduire à l'activation par la lumière d'une molécule d'H2O liée au métal. En ciblant une OATR de l'eau vers un substrat organique, nous devrions récupérer 2 électrons et 2 protons par molécule d'eau. En outre, nous avons récemment publié la réduction photocatalytique de O2 en H2O par une laccase. Dans MULTIPLET, nous lieront covalamment l'unité OATR photocatalytique à une laccase formant ainsi une triade catalytique capable de coupler les deux processus redox. Fournissant un moyen sans précédent d'utiliser la lumière, l'eau et O2 pour oxyder des substrats organiques avec de l'eau comme seul sous-produit, cette stratégie sera bénéfique pour plusieurs raisons, car elle permettra i) de contourner l'utilisation d'accepteurs d'électrons non-renouvelables, et ii) de fournir une rétroaction positive dans le processus d'oxydation en récupérant avec l’aide de la laccase électrons et protons produits par l'unité catalytique synthétique. Les avancées liées à ce projet pourraient ouvrir de nouveaux horizons dans le développement de transformations photocatalytiques de composés à valeur ajoutée. Avec MULTIPLET, nous cherchons aussi à stimuler la discussion sur des phénomènes qui peuvent être pertinents pour les processus multiélectroniques. Nous croyons que les objectifs de MULTIPLET sont à la portée de notre consortium et que les résultats de ce projet contribueront à définir des bases expérimentales ainsi que fondamentales nouvelles en photocatalyse utilisant des sources renouvelables abondantes pour la production de combustibles ou pour la conversion en composés à valeur ajoutée.

Le projet de TITWIP porte sur le développement d'une nouvelle famille de matériaux à base de titane appelés "alliages de titane TRIP / TWIP" (TRIP pour plasticité induite par transformation de phase et TWIP pour plasticité induite par maclage) qui possèdent simultanément une résistance mécanique élevée, un fort écrouissage et une grande ductilité. Cette combinaison unique de propriétés place cette famille d'alliages parmi les matériaux de structure les plus avancés et les plus prometteurs pour répondre à la demande croissante de l'industrie aérospatiale pour l'optimisation de masse. Le projet TITWIP est articulé en trois tâches complémentaires : - l'élaboration et la caractérisation de nouveaux alliages avec une combinaison optimale de propriétés mécaniques, en utilisant une approche basée sur la structure électronique. - la compréhension et la prédiction des évolutions de microstructures observées, en développant une modélisation à une échelle mésoscopique basée sur la méthode du champ de phase. - la prédiction du comportement mécanique en effectuant des calculs par éléments finis basés sur un modèle incluant les informations microstructurales et utilisant de nouvelles lois de comportement adaptées aux mécanismes de déformation pertinents.

Le but de ce projet est de développer une nouvelle méthodologie de synthèse de polyesters aliphatiques conduisant à une nouvelle famille de nanoparticules biodégradables ainsi qu’à de nouveaux élastomères biodégradables pour une application en thérapie cardiaque. Les maladies cardio-vasculaires représentent par exemple la cause de mortalité la plus importante aux USA, avec un cout annuel estimé à 300 millions de dollars. Les dégâts irréversibles causés par l’infarctus du myocarde nécessitent de développer de nouveaux biomatériaux plus efficaces pour la thérapie cardiaque. Parmi les différents traitements qui ont été développés, les facteurs de croissances (facteur de croissance de l'endothélium vasculaire VEGF ou de type insuline IGFs) ont montré des propriétés angiogéniques et cardio-protectrices. Récemment des nanoparticules de polyester ont permis grâce à la délivrance contrôlée de différents facteurs de croissance d’améliorer de façon significative les propriétés cardiaques après un infarctus du myocarde. Une seconde approche contre l’infarctus est basée sur l’utilisation d’un patch élastique et biodégradable fabriqué à partir d’un polyester réticulé qui va permettre de favoriser la formation de muscle contractile, limitant ainsi le processus de remodelage cardiaque et donc améliorant le statut hémodynamique. Cependant, quelle que soit l’approche, ces deux types de biomatériaux présentent des limitations. Les techniques courantes de préparation de polyesters ne sont compatibles qu’avec un nombre restreint de monomères et la préparation de nouveaux monomères fonctionnels nécessite une synthèse multi-étapes. De plus, il n’existe pas de méthode facile de fonctionnalisation de ces polymères permettant de préparer des biomatériaux marqués et/ou des biomatériaux contenant des principes actifs en vue d’une approche prodrogue (libération progressive et contrôlée de principes actifs, proportion de principe actif plus importante, etc.. Le projet que nous proposons repose sur la copolymérisation quasi-idéale entre les acetals cétène cycliques et de dérivés vinyliques fonctionnels. Cette propriété permet la préparation par voie radicalaire de polyesters possédant des groupements fonctionnels introduits de façon homogène dans la chaîne. Cette méthode présente les avantages de la chimie radicalaire (conditions expérimentales non contraignantes, tolérance vis a vis de nombreux groupes fonctionnels, etc.), une faible contraction volumique et la possibilité de préparer des polyesters fonctionnels à façon, qui ne pourraient pas être préparés par les méthodes conventionnelles. Ce projet va ainsi permettre d’élaborer des polymères aux propriétés ajustables (vitesse de dégradation, fonctionnalisation). Ces nouveaux biomatériaux seront utilisés pour préparer des nanoparticules et des élastomères comprenant tous deux des facteurs de croissance qui pourront être relargués de façon contrôlée. En plus de la préparation d’une nouvelle famille de polyesters fonctionnels, le but de ce projet est aussi d’étudier les propriétés de ces biomatériaux (propriétés mécaniques, vitesse de dégradation, cytotoxicité, etc.) et finalement de les évaluer dans des études in vivo sur des cœurs ischémique chez les rats.

La fonction d’isolation optique ( OI ) est l'une des pierres angulaires de la conception de circuits photoniques . La nécessité de cette fonctionnalité sera de plus en plus cruciale pour les futures applications complexes où de nombreuses diodes laser seront intégrées sur une seule puce. En outre, les futurs circuits photoniques comprendront de nombreux étages de traitement qui devrons être isolés les uns des autres et donc devront intégrer la fonction OI entre les étages. Il n’existe pour l’instant aucune solution technologique qui permet de réaliser la fonction OI sur puce. Notre objectif est d'offrir une solution technologique basée sur de nouveaux paradigmes utilisant l'assemblage par le collage moléculaire de matériaux magnétiques (YIG) sur le circuit photonique. Sur la base de nos réalisations fondamentales récentes nous nous proposons de développer un démonstrateur économiquement viable dans le cadre du projet ISOLYIG.

Les recherches et développements sur les composants électroniques compatibles avec des supports souples font actuellement émerger des produits avec de nouvelles fonctionnalités et conduisent à créer de nouveaux marchés. Cependant, les recherches concernant l’intégration de micro-transducteurs compatibles et performants sur ces supports sont peu nombreuses au niveau national et international. Les micro-transducteurs classiques ne sont pas adaptés à ces nouveaux supports car ils sont rigides et les températures requises de fabrication sont trop élevées. Cette situation laisse donc une porte ouverte aux développements de polymères électroactifs fonctionnant comme actionneur ou comme capteur pour la réalisation de microsystèmes sur support souple. Ce projet cherche à valoriser ces matériaux, considérés dans la littérature comme des muscles artificiels, dans le domaine des microsystèmes par la réalisation de deux démonstrateurs qui exploitent les avantages des matériaux polymères ioniques. La particularité de ces matériaux est qu’ils sont légers, peu coûteux, pliables, ils peuvent être configurés dans des formes complexes et leurs propriétés peuvent aussi être adaptées à la demande, ils sont capables de produire de grandes déformations en flexion, sont actionnés avec des tensions basses (1-5V) sous air ou sous vide, et sont biocompatibles. Micro-TIP s’appuie d’une part sur un réseau de polymères interpénétrés (RIP) parfaitement maitrisé (première génération) et pour lequel des étapes d’intégration aux microsystèmes ont été validées, et d’autre part sur la création d’un nouveau matériau (deuxième génération) impliquant un électrolyte solide apportant sans conteste un saut technologique. Ce dernier sera élaboré, caractérisé et devra faire la preuve de son intégration possible dans une technologie de microfabrication. Les performances attendues seront au minimum équivalentes à celles obtenues pour le matériau de première génération. Dans Micro-TIP, nous souhaitons aussi innover sur un deuxième axe en mettant en avant les facultés de détection de ces matériaux mises en évidence sur des matériaux macroscopiques de première génération. Il s’agit là d’un domaine très peu étudié à l’international. De plus, les chercheurs impliqués dans Micro-TIP pensent que ces transducteurs auront la capacité à mieux s’adapter à des supports souples (en prévision d’une électronique souple) que d’autres types de transducteurs, et se lancent donc le défi dans ce projet de réaliser leurs démonstrateurs en privilégiant des supports souples ou semi-souples et une technologie adaptée. Un travail de modélisation original (principalement du mode actionneur) est aussi proposé afin de disposer d’une évaluation préalable des comportements de nos démonstrateurs. Ils seront fabriqués à l’aide de technologies simples faiblement "énergivores" et de préférence à bas coût. Les démonstrateurs proposés prennent en compte les facultés d’actionnement et de détection de ces matériaux dans des mécanismes complexes, opérant sous air ou sous vide, en incluant l’électronique de commande et de traitement du signal. Le premier sera un micromanipulateur à retour d’efforts pour la manipulation en environnement contraint appliquée, par exemple, au positionnement précis de composants optiques sur MEMS pour les instrumenter. Le deuxième sera appliqué à l’étude de l’endommagement et de la rupture de matériaux à l’aide d’un peigne détecteur novateur. Le souhait de Micro-TIP est de disposer en fin de projet de dispositifs suffisamment aboutis pour sensibiliser les industriels du domaine de la micro-robotique, du spatial, du biomédical… aux capacités de ces micro-muscles artificiels. L’association du LPPI, de l’IEMN et du LISV permet d’envisager sereinement la réalisation de tels microsystèmes à base de RIP. En effet cette association permet de maîtriser toute la chaîne de conception: synthèse matériau, microfabrication et caractérisation des microsystèmes, conception des démonstrateurs.

Le projet DIAMWAFEL a pour objectif majeur de développer un wafer de diamant hétéroépitaxié de qualité électronique à partir d’une multicouche originale de Ir/SrTiO3/Si (001). Des films de diamant de dopage contrôlé (de type p et n) seront réalisés sur des templates hétéroépitaxiés en utilisant du bore et du phosphore, respectivement. Ce projet fournira toutes les briques technologiques nécessaires à la fabrication de composants en diamant de type diodes Schottky (planaire ou verticale). Les propriétés électroniques des diodes Schottky seront évaluées. Des wafers de diamant hétéroépitaxiés d’un pouce seront réalisés pendant le projet. Dans le contexte international, la France possède de sérieux atouts pour initier une filière industrielle produisant des wafers de diamant hétéroépitaxiés. Le consortium de DIAMWAFEL combine les différentes expertises requises : les substrats de SrTiO3 /Si (001) (INL), le diamant hétéroepitaxié sur iridium (CEA LIST), la croissance de films de diamant dopés au bore (NEEL, LSPM), au phosphore (GEMaC) et la technologie des composants et leurs caractérisations électriques (NEEL). La principale perspective du projet DIAMWAFEL est l’exploitation industrielle. Plusieurs entreprises françaises ont déjà manifesté leur intérêt.

Le biodiesel est une source d'énergie renouvelable alternative intéressante avec de nombreux avantages environnementaux par rapport aux carburants fossiles : il est neutre en carbone et beaucoup moins toxique que les carburants issus de ressources fossiles. Le biodiesel pourrait réduire la dépendance en carburant dont les prix et la fourniture dépendent fortement des situations politiques et du climat. Aujourd'hui, le biodiesel est issu principalement de la trans-estérification des triacylglycérols (TAG) présents dans les graines de plantes oléagineuses, en esters méthyliques d'acides gras. Cependant cette voie de production est critiquée car elle mobilise des terres agricoles qui pourraient être utilisées pour nourrir hommes ou animaux. Comme alternative, les micro-organismes pourraient être utilisés pour produire des biocarburants à l'échelle industrielle (éthanol, méthane, huile/bio-diesel...). Plusieurs micro-organismes ont démontré des capacités naturelles à stocker les TAG dans des organites spécifiques, appelées corps lipidiques (champignons/levures, algues, actinobactéries). Les TAG sont des précurseurs directs d'esters méthyliques d'acides gras (biodiesel) qui sont chimiquement et structurellement identiques à ceux trouvés dans les carburants commerciaux. L'ingénierie des microorganismes producteurs de biocarburant, est un domaine de recherche très actif et concurrentiel. Le but ultime de ces efforts est d'initier une production industrielle de biodiesel à base microbienne. Les bactéries Streptomyces, productrices connues d’antibiotiques, ont été cultivées pendant des décennies, dans de grands fermenteurs, par l'industrie pharmaceutique. De ce fait, elles ont été choisies comme micro-organismes oléagineux modèles dans le projet ProBio3 à côté de souches de levure. Une autre caractéristique intéressante des Streptomyces, est leur capacité naturelle à métaboliser divers déchets de l'agro-industrie (lignocellulose, pulpe...) pour leur croissance et la production de TAG, limitant ainsi la consommation de produits utilisés pour l'alimentation humaine. Compte tenu du lien étroit existant entre le métabolisme des lipides de réserve et la production d'antibiotiques démontré par l'équipe IGM / MES, ce projet est aussi susceptible de bénéficier à la recherche de nouveaux antibiotiques. En effet, une faible teneur en TAG est un très bon indicateur d'un rendement élevé de production d'antibiotiques. Biosound-IR propose une approche multidisciplinaire associant des expertises en physiologie et génétique microbienne, en techniques d'imagerie, en spectroscopie, en chimie analytique et en chemio-informatique. Une plate-forme spécifique de tomographie acoustique tridimensionnelle 3D couplée à la technique AFM-IR (microscopie à force atomique couplée à une source laser accordable infrarouge, brevetée par le groupe LCP) a été développée. Le Raman spontané et l'imagerie de fluorescence ont été déjà mis en œuvre sur la plateforme MS- AFM. Les modes d'imagerie et de spectroscopie les plus appropriés seront développés en imagerie haute vitesse. Le projet gérera le développement d’un dispositif portable BioWave-Pen de détection micro-onde pour le phénotypage rapide des meilleurs mutants producteurs de TAG. Par ailleurs cette technique pourra être utilisée et pour suivre la consommation des nutriments présents dans le milieu de culture et l’excrétion de métabolites intracellulaires et servira à l'optimisation des conditions de fermentation. Le contenu global en TAG, le volume et la localisation des corps lipidiques seront étudiés dans des souches naturelles ou mutantes de Streptomyces. L'information sur le volume des poches lipidiques sera obtenue en acoustique puis des études en haute résolution seront faites en cryo-SEM sur la plateforme ICB-ARCEN. BioSound-IR est un projet de recherche fondamental susceptible de soutenir les efforts d'entités engagées dans le développement des voies alternatives et économiquement viables de production de biodiesel.

L’utilisation d’excitations collectives de gaz d’électrons dans les métaux, à savoir les plasmons, a représenté une percée majeure pour la conception de nano-systèmes dans de nombreux domaines, allant de l’optique à la biologie. La forte exaltation locale du champ électrique autour d’un objet plasmonique a été utilisée pour accroitre l’intensité d’émission de nombreux émetteurs lumineux ou la section de diffusion de nano-objets. Ceci a été bénéfique à l’imagerie optique (pour les marqueurs biologiques, par exemple) et a aussi ouvert la voie à la conception de métamatériaux et systèmes pour l’optique de transformation. L’exaltation du champ électromagnétique local a été aussi exploitée pour améliorer la sensibilité de spectroscopies optiques spécifiques, telle que la diffusion Raman de surface exaltée. Cependant, la plupart des progrès cités ci-dessus ont tiré parti des plasmons de nanoparticules de métaux nobles et plus particulièrement de l’or et de l’argent. Le choix de ces matériaux limite l’intérêt de la plasmonique aux ondes électromagnétiques du domaine visible. Un autre défi important en plasmonique concerne les fortes pertes dans les nanoparticules métalliques. En outre, les métaux nobles tels que l’or et l’argent sont peu compatibles avec les technologies conventionnelles de l’industrie du Si. Il y a un intérêt majeur à étendre les propriétés spectaculaires des nano-objets plasmoniques à la gamme de l’infra-rouge (IR). Premièrement, le moyen IR, correspondant à des longueurs d’onde approximativement de 3 à 30 µm, est le domaine où la plupart des molécules chimiques ont une signature spectroscopique. Deuxièmement, le proche IR, quant à lui correspond aux longueurs d’ondes proches de 1,5 µm et donc à la gamme des télécommunications. Par conséquent, il y a un bénéfice évident à contrôler l’intensité du champ électromagnétique et sa localisation à l’échelle nanométrique à ses longueurs d’onde : il serait possible d’améliorer le couplage de la lumière avec les vibrations de molécules et les signaux télécom respectivement et ainsi concevoir des détecteurs optiques de grande sensibilité. Un champ d’étude récent et en pleine expansion concerne le développement de nanomatériaux permettant l’accord de la résonance plasmon par la concentration du gaz d’électrons. Les semiconducteurs dégénérés sont particulièrement désignés pour cette tâche. Parmi ceux-ci, le ZnO dopé Ga (GZO) apparait être un candidat extrêmement intéressant. Dans ce projet, nous ambitionnons le développement de nanostructures à base de GZO avec un plasmon IR accordable. Si la démonstration du potentiel de GZO pour la plasmonique IR a été faite récemment en utilisant des films minces ou des nanoparticules, il reste encore beaucoup à établir pour les systèmes de basse dimensionnalité (nanofils et nanoparticules). Deux questions principales doivent être résolues : premièrement, quelle est la gamme maximale d’accordabilité possible pour le plasmon IR ? En d’autres termes, quelles sont les limites (basses et hautes) au dopage permises dans les nano-objets ? Ensuite, quels facteurs contrôlent les pertes ? En effet, il a été observé d’une part que tous les dopants ne contribuent pas au plasmon et d’autre part que les résonances plasmon sont plus larges donc plus sujettes aux pertes, qu’attendu. Notre objectif est de répondre à ces deux questions pour concevoir des nano-objets plasmoniques efficaces ayant un plasmon IR accordable. Ce projet, basé sur de nouvelles nanostructures de ZnO dégénérées, permettra le développement de la nano-plasmonique IR accordable. Pour ce domaine de longueurs d’onde, il y a peu d’alternative compétitive permettant l’accord du plasmon (par la composition, la taille, la forme…). Le présent projet n’est pas un développement incrémental de technologies existantes. Il présente au contraire un potentiel d’avancée à forte valeur ajoutée.

Le projet IOBTO propose une approche fondamentale de l’étude in operando de structures multiferroiques artificielles en utilisant des méthodes de caractérisation de pointe disponibles sur grands instruments. Nous proposons d’élaborer des couches minces et des nanostructures de ferrites – déposées sur la surface – ou intégrées à l’intérieur de couches de titanate de baryum (BaTiO3) réalisées par épitaxie par jets moléculaire assistée par plasma d’oxygène atomique. Ces structures ont l’avantage d’être pertinentes d’un point de vue applicatif tout en permettant les études les plus avancées grâce à leur structure monocristalline modèle. Nous souhaitons étudier les couplages entre la férroélectricité et le ferromagnétisme dans ces systèmes multiferroïques et en particulier le comportement des domaines et des parois de domaines lorsque le système est en fonctionnement sous champ électrique statique et dynamique. La combinaison de composés ferroélectriques et ferromagnétiques est une stratégie fructueuse pour l’élaboration de mutiferroiques artificiels car elle permet de contourner le manque de multiferroiques intrinsèques qui sont rares et dont les propriétés sont inadaptées (coefficients de couplage magnéto-électriques trop faibles, températures de Curie trop basses …). Cependant cette nouvelle classe de composés multiferroïques artificiels soulève un certain nombre de nouvelles questions et de défis à relever. Il faut, par exemple, comprendre l’interaction ferroélectrique/ferromagnétique aux interfaces en terme de couplage élastique/magnétique et de structure électronique. Au-delà de la démonstration de faisabilité, ces mesures permettront des déterminer si de telles structures peuvent être utilisée pour des applications. Un des défis du projet est de mener les études en fonctionnement par application d’un champ électrique statique (DC) ou dynamique (AC). Dans le cadre du projet IOBTO nous produirons des échantillons « à la demande » adaptés aux contraintes individuelles des techniques de caractérisation les plus avancées telles que la spectromicroscopie (X-PEEM), la micro-diffraction de rayons X (micro-XRD) et l’absorption des rayons X (XAS, XMCD) sous champ électrique variable. La combinaison de ces techniques fournira une description unique de l’impact des phénomènes de couplage sur les structures électroniques et cristallines ainsi que sur les domaines magnétiques et leurs domaines sous l’effet du champ appliqué. Le consortium inclut des spécialistes de la croissance de ces systèmes ainsi que des spécialistes de chacune des méthodes de pointe qui seront utilisées. Les échantillons élaborés uniquement avec des oxydes présentent l’avantage d’une haute stabilité en conditions atmosphériques et peuvent même être étudiés dans des environnements corrosifs. De plus, nos échantillons sont de type « séparation de phase » ce qui garantit aussi leur stabilité chimique. Enfin les matériaux ont tous été sélectionnés pour être technologiquement intéressant tout en étant inoffensifs pour l’environnement.

La conjecture de Gordon Moore prédit le doublement du nombre de transistors dans un microprocesseur environ tous les deux ans à coût constant, ce qui a été vérifié depuis le début des années 60. La course à la miniaturisation fait aujourd'hui face à des limites intrinsèques physiques comme les pertes de courant par conduction tunnel à travers la faible épaisseur de grille ou la limite de miscibilité lorsqu'il s'agit de doper à faible concentration un transistor fait de quelques milliers d'atomes. Remplacer la technologie conventionnelle à base de semi-conducteurs par une molécule unique comme brique élémentaire serait la rupture technologique qui permettrait de poursuivre la route tracée par G. Moore. Il est admis qu'interconnecter des électrodes avec des molécules à l'échelle du nanomètre n'est pas un problème triviale, le principal défi étant d'offrir une technologie versatile et compatible avec l'emploi d'outils de caractérisation multi-échelles. Le projet LEMON ambitionne sur 36 mois de développer et d'étudier des surfaces nanostructurées combinant un réseau nanométrique de nanoparticules coeur-coquille, plasmonique et ordonnées à grande échelle, avec des molécules organiques liant les nanoparticules (NP) adjacentes. La capacité des NP à croitre sur film d'alumine sur Ni3Al(111), suivant un réseau ordonné à l'échelle macroscopique et la capacité des molécules à s'auto-organiser sur ces nanostructures, permettant la conjugaison de sondes multi-échelles. Les propriétés photoniques des molécules adsorbées sont très fortement modifiées par l'intensité du champ électrique local et la taille des NP, donnant lieu à une richesse de phénomène physique aux paramètres ajustables, comme l’exhaltation des propriétés photo-physiques des molécules due à leur interaction avec les modes plasmon de surface localisés sur et entre les NP, ou le transfert de charge et d'énergie entre les molécules et les NP... Nous pensons que ce nouveau système constitué d'un assemblage à l’échelle nanométrique d’un réseau de NP ordonnées fonctionnalisées par des molécules organiques accrochées en pont, est une alternative prometteuse pour obtenir les briques élémentaires nécessaires dans le futur pour une électronique dite moléculaire à haute densité d’intégration et faible consommation électrique.

Il est communément admis depuis deux décennies que l’incorporation de nanoparticules (NPs) dans une matrice de polymère conduit à la formation de matériaux présentant des propriétés significativement améliorées telles que les propriétés mécaniques, électriques, optiques, ou de transport. En conséquence, les polymères nanocomposites (PNCs) présentent un potentiel stratégique important pour des industries émergentes telles que le stockage de l’énergie, l’industrie des pneumatiques, des peintures ou des implants médicales. Ces mélanges d’intérêt, dont la structure et la dynamique locale sont pilotés par des interactions à l’échelle nanométrique, posent également des interrogations nouvelles de physique fondamentale associées au rôle des chaînes de polymères confinées et aux mécanismes d’agrégation colloïdales. Jusqu’à maintenant le champ de recherche des PNCs s’est principalement focalisé sur l’optimisation de la contribution du réseau de charges – spécifiquement le contrôle de l’arrangement des NPs dans la matrice de polymère – pour l’amélioration des propriétés macroscopiques. Néanmoins, les tendances générales décrivant les mécanismes qui gouvernent les relations structure-propriétés ne sont pas clairement établies. Certains résultats montrent des corrélations claires entre la morphologie des renforts et les propriétés des matériaux via la percolation qui augmente le renforcement mécanique, la conductivité thermique et électrique dans ces matériaux hybrides. Cependant, il n’est pas clair si cette percolation résulte uniquement des NPs ou d’une contribution inter-faciale entre le polymère et les NPs induisant des modifications de la dynamique des chaînes de polymère. Des percées significatives peuvent être attendues dans le champ de recherche des PNCs si l’on parvient à une description précise des effets d’interfaces et de la dynamique multi-échelle. Ce projet a pour objectif de développer de nouvelles méthodologies pour la conception de PNCs bien définis présentant des propriétés d’interfaces modulables permettant d’optimiser les propriétés fonctionnelles des matériaux. Pour atteindre cet objectif, nous proposons un projet pluridisciplinaire cohérent allant de la synthèse des polymères, au greffage, à la préparation et la caractérisation des PNCs, incluant la dynamique et les propriétés macroscopiques, et un transfert de connaissances vers des systèmes importants pour l’industrie des pneumatiques (Michelin). La nouveauté de l’étude est un point particulièrement critique au regard de l’état de l’art existant dans le domaine des PNCs. Premièrement, nous allons synthétiser une série de NPs greffées présentant des degrés variables d’interaction chaine-NP, de mobilité, de rigidité et de poly-dispersité. Alors que beaucoup de travaux précédents ont focalisés sur les modifications des interactions à la surface des NPs, nous proposons un nouveau mécanisme par l’introduction de ponts labiles qui permettront de dé-greffer in-situ les chaînes des NPs, sans modifier la dispersion spatial, et d’en examiner les conséquences sur la détérioration des propriétés. En second lieu, nous allons préparer une nouvelle classe de PNCs en nous basant sur un nouveau paradigme d’assemblage. Alors que de nombreux précédents travaux ont focalisés sur deux stratégies, les NPs tensio-actives ou les effets de cisaillements pour atteindre ce but, nous proposons de contrôler l’assemblage des NPs via le taux de cristallisation de la matrice. Finalement, nous proposons le transfert des méthodes et concepts sur des systèmes réels de l’industrie pneumatique. Le projet présenté est un projet de recherche collaboratif (PRCE) entre 4 partenaires experts dans (i) la polymérisation et greffage innovant (ii) des approches théoriques et expérimentales pour assembler des NPs fonctionnalisées dans une matrice polymère (iii) la caractérisation et modélisation des fonctionnalités macroscopiques des matériaux composites en relation avec leur structure et leur dynamique.

Pendant la longue co-évolution des virus et des cellules, les virus ont exploité de nombreuses voies pour détourner les machineries cellulaires afin d’assurer efficacement leur multiplication et dissémination. Les cellules ont, de leur côté, développé des mécanismes de défense pour contrer l’infection virale. L’étude des interactions virus-hôte ont aidé à comprendre les mécanismes d’infection et ont aussi permis de faire des découvertes majeures sur les voies de signalisation et de trafique cellulaire, et sur l’organisation de la cellule et de ses compartiments, entre autres. Ces travaux ont été menés presque exclusivement sur des virus eucaryotes, la biologie cellulaire de l’infection par des virus bactériens (phages ou bactériophages) étant très peu développée. Les recherches récentes qui permirent de découvrir l’organisation complexe de la cellule bactérienne ont créé l’élan pour étudier comment les phages profitent de l’architecture de l’hôte pour optimiser leur multiplication. Ce projet réunit une équipe spécialisée dans la biologie des phages avec une équipe travaillant sur la biologie cellulaire bactérienne. Le système biologique est le bactériophage SPP1 qui infecte la bactérie Gram-positive Bacillus subtilis. Ce virus est un système modèle pour la lignée phylogénétique des phages caudés-herpesvirus. Nous avons découvert que le phage SPP1 assemble des usines virales indépendantes qui confinent la réplication du génome de SPP1 et l’assemblage de particules virales dans le cytoplasme bactérien. Notre collaboration vise à caractériser les mécanismes moléculaires et cellulaires conduisant à la formation de ces usines. Nous établirons leur composition et utiliserons des mutants pour figer leur assemblage à différents états pour définir l’ordre de recrutement de leurs composants. La dynamique de ces protéines sera imagée utilisant de la microfluidique pour suivre l’intégralité du cycle infectieux en temps réel. L’organisation nanoscopique des usines sera étudiée par microscopie à super-résolution et, dans le cadre d’une collaboration internationale, par cryo-electron-tomographie. Le recrutement du replisome bactérien vers l’usine de réplication virale et le transfert de l’ADN viral vers l'usine d’assemblage de la particule virale seront également analysés. L’ensemble de ces travaux vise à établir les mécanismes cellulaires et moléculaires qui permettent aux virus de détourner les machineries cellulaires et de transformer la bactérie dans une usine à virions. La connaissance fine de ces processus au niveau moléculaire sera un outil précieux pour développer des stratégies visant à manipuler ou bloquer l'infection virale.

Les rhabdovirus sont des virus enveloppés dont le génome est un ARN simple brin de polarité négative. Les rhabdovirus les plus étudiés sont le virus de la stomatite vésiculaire (VSV) et le virus de la rage (RAV) qui est responsable de 50000 décès annuels. D’autres rhabdovirus (tel le virus Chandipura, CHAV) sont mortels pour l’homme ou susceptibles de causer d’importants dommages économiques. Les rhabdovirus possèdent une glycoprotéine transmembranaire G qui est essentielle pour l’entrée virale. Tout d’abord, G reconnait un récepteur à la surface de la cellule. Ensuite, après endocytose du virion, dans l’environnement acide de l’endosome, G subit une transition structurale de grande amplitude. Cette transition favorable d’un état pré-fusion vers un état post-fusion catalyse la fusion des membranes virale et endosomale. Durant ce changement de conformation, G expose des motifs hydrophobes qui vont s’ancrer dans la membrane cible et la déstabiliser. G est le prototype des glycoprotéines de fusion de classe III qui contient aussi les glycoprotéines gB des herpesvirus et gp64 du baculovirus. Parmi toutes les structures déterminées de protéines de cette classe, on ne trouve qu’une seule structure pré-fusion, celle de VSV G. Ce projet regroupe 3 équipes, une de biochimistes et de virologues spécialistes des rhabdovirus, une de microscopistes électroniques et une experte en microscopie à force atomique (AFM). Son objectif est de caractériser les bases moléculaires de l’entrée des rhabdovirus dans la cellule hôte. Il comprend deux axes qui visent à : 1) Etudier l’interaction entre VSV et RAV G et leurs récepteurs identifiés (récepteur du LDL -LDLR- pour VSV, récepteur de basse affinité du facteur de croissance nerveuse -p75NTR- et molécule d’adhésion neurale -NCAM- pour RAV). 2) Elucider la façon dont G catalyse la fusion ; i.e. identifier les structures intermédiaires adoptées par G au cours de la transition structurale et comprendre comment les glycoprotéines coopèrent entre elles à la surface du virus au cours du processus. Ces questions se posent pour toutes les glycoprotéines virales de fusion au-delà de celle des rhabdovirus. Plus précisément, nous souhaitons : 1) Déterminer la structure de l’ectodomaine de VSV G en complexe avec le module du LDLR qu’elle reconnait. 2) Déterminer la structure de l’ectodomaine de G d’autres rhabdovirus. Nous travaillerons sur les ectodomaines des deux glycoprotéines, structurale et non structurale, du virus de la fièvre éphémérale bovine (qui sont homologues mais dont l’une a perdu ses propriétés de fusion) et sur celui de RAV G. Ces ectodomaines seront cristallisés seuls ou, dans le cas de RAV G, en complexe avec des formes solubles des récepteurs cellulaires. 3) Caractériser les structures intermédiaires prises par G durant la transition structurale. Simultanément, la structure de G dans son environnement naturel (à la surface de la particule virale) sera aussi étudiée par microscopie électronique (ME) et microscopie à force atomique à haute vitesse (HS-AFM). Avec la ME, nous espérons visualiser des intermédiaires de fusion que nous savons piéger in vitro. Avec l’HS-AFM, nous espérons avoir accès à la dynamique de la transition structurale de G et de sa réorganisation en réseau. Enfin, la construction de mutants et la caractérisation de leurs propriétés permettront de valider les hypothèses issues de l’analyse structurale. Bien que ce projet collaboratif relève essentiellement de la recherche fondamentale, il contient plusieurs aspects qui pourraient avoir un impact dans le domaine médical comme, par exemple, l’élaboration de nouvelles molécules antivirales ou encore celle d’un nouveau vaccin à large spectre contre les virus apparentés au RAV.

L'émergence de souches bactériennes hyper-virulentes et/ou multi-résistantes aux antibiotiques souligne l’importance de mieux comprendre les mécanismes qui permettent aux bactéries d’évoluer en incorporant des gènes d’origine extérieure. L’amélioration de ces connaissances est ainsi une étape incontournable dans l’élaboration de nouvelles stratégies antibactériennes efficaces. Le facteur de terminaison de la transcription Rho, essentiel chez de nombreuses bactéries, contrôle une grande partie (20-50%) des événements de terminaison de la transcription chez E. coli et les espèces apparentées, et est aussi impliqué dans la modulation de l'expression de gènes acquis par transfert horizontal. De par ce rôle central dans les programmes d'expression des gènes, Rho constitue une cible thérapeutique idéale pour le développement de nouveaux antibiotiques. Cette ARN hélicase, organisée en anneau hexamèrique, cible les complexes transcriptionnels et est étroitement liée à l’organisation spécifique de l'expression des gènes chez les bactéries où transcription et traduction sont couplées. Le facteur Rho ne module pas simplement les propriétés intrinsèques du ribosome ou de l'ARN polymérase, comme le font d'autres facteurs/signaux de régulation. Mais, en tant que moteur moléculaire ATP-dépendant, il introduit un niveau supplémentaire de complexité physique et dynamique. Probablement en raison du dégrée de sophistication de ces fonctions et mécanismes, des éléments cruciaux de la biologie de Rho restent à ce jour mal compris. Ce projet est basé sur un socle de données préliminaires, et sur plusieurs années de collaboration, qui confortent l’idée que l’approche multidisciplinaire est une stratégie de choix pour étudier les fonctions complexes de Rho. Nous combinerons des démarches novatrices de génétique, d'imagerie quantitative, de biochimie combinatoire, de bio-informatique, et de détection et de manipulation de molécules uniques dans un effort global visant à mieux comprendre comment l'activité de Rho s’intègre dans la dynamique du processus d’expression génique. Les analyses de spectroscopie sur molécules uniques révéleront les éléments clés du mécanisme et de la dynamique contrôlant le cycle catalytique de Rho ainsi que de ses interactions avec la machinerie de transcription. Des expériences de microscopie de fluctuation et de super résolution dévoileront la répartition subcellulaire des molécules de Rho et leurs relations spatiales avec l'ARN polymérase, un point qui reste controversé. Des approches de SELEX génomique fonctionnel permettront d'identifier les motifs ARN et signaux de terminaison utilisés par Rho à l'échelle du génome. Des méthodes de bioinformatique et de simulation numérique aideront à déchiffrer les règles reliant la réponse fonctionnelle de Rho au contexte et à l'organisation des signaux de terminaison. Cette démarche intégrée conduira au développement de nouveaux essais expérimentaux et des outils prédictifs, avec Salmonella et E. coli comme systèmes modèles. Par la suite, ils seront adaptés à une étude comparative des caractéristiques importantes et singulières du facteur Rho de la bactérie pathogène Mycobacterium tuberculosis. En particulier, nous chercherons à établir le mécanisme responsable de la résistance de M. tuberculosis à la Bicyclomycine, le seul antibiotique ciblant Rho. Le consortium est composé de trois équipes reconnues, ayant des expertises complémentaires, et très actives dans le domaine de la transcription bactérienne et de Rho. L’équipe d’Emmanuel Margeat (coordinateur, CBS Montpellier) apportera les compétences biophysiques, notamment en molécule unique, microscopie et nano manipulation. Marc Boudvillain (CBM Orléans) et son équipe procureront leur savoir faire en biochimie combinatoire de l’ARN et enzymologie. Enfin le groupe de Nara Figueroa-Bossi (I2BC, Gif-sur-Yvette) apportera les connaissances de biologie de Salmonella et de génétique bactérienne.

Staphylococcus aureus est responsable de nombreuses pathologies humaines et animales dont les traitements sont souvent rendus difficiles par l’émergence de souches multi-résistantes aux antibiotiques. Notre projet vise à caractériser des ARN régulateurs (ARNrég) de S. aureus impactant sa virulence et la résistance aux antibiotiques. Les réseaux de régulation géniques sont sous l’influence de nombreux effecteurs et les ARNrég jouent souvent un rôle de modulateurs fins (fine tuning). En conséquence, les phénotypes associés aux ARNrég sont souvent difficiles à détecter. Par exemple, aucun phénotype n’est actuellement connu pour l’absence de RsaE, un ARNrég bactérien conservé qui diminue la quantité des ARN messagers du cycle de Krebs et du métabolisme du folate. Néanmoins, des phénotypes mineurs conférant un avantage modeste peuvent émerger comme un caractère dominant après quelques générations sous une pression sélective comme une croissance dans l’hôte ou en présence d’antibiotique. Dans ce projet, la première étape sera l’identification de phénotypes associés à la disruption de gènes d’ARNrég ; ils seront l’élément déterminant du choix des ARNrég à étudier. Le fitness d’une bactérie est la faculté à optimiser sa survie en compétition dans un milieu donné. De faibles différences sont difficiles à observer par cultures "en batch" mais elles peuvent être plus facilement révélées par des expériences de compétition. Ainsi, des phénotypes dépendant d’ARNrég peuvent être mis en évidence en cultivant plusieurs mutants ensembles et en mesurant l'évolution de la proportion de chaque souche au cours du temps. De plus, la croissance en mélange reflète une condition plus naturelle, puisque le fitness d’un mutant peut être affecté par les souches génétiquement différentes présentes dans son environnement. Ces expériences peuvent aussi révéler des patterns d’interaction et épistasie entre différents mutants, certaines combinaisons pouvant-être synergiques ou antagonistes. La découverte de phénotypes dus à l’absence d’ARNrég requière habituellement de tester de nombreuses conditions pour chaque mutant, sans assurance de succès. Nous proposons une alternative innovante à ce problème. La substitution de gènes par des séquences d’ADN spécifiques de chaque mutant permet de suivre de nombreux mutants simultanément. Ces codes-barres ADN sont identifiables et quantifiables dans des cultures mixtes. Cette technique développée pour la levure est aussi utilisée pour les bactéries. Dans les études publiées, l’ADN chromosomique des populations de mutants a été extrait, les codes-barres ont été amplifiés par PCR puis quantifiés par hybridation sur des matrices dédiées (micro/macro-array). Ces expériences sont souvent fastidieuses puisque chaque condition nécessite une matrice. Nous avons adapté ce protocole au séquençage massif et créé des amorces spécifiques pour chaque condition permettant d'amplifier tous les codes-barres d’une population. Nos premières expériences montrent que cette approche permet un gain de temps, une meilleure linéarité de la réponse et une réduction importante des coûts puisque nous testons de multiples conditions dans un seul «run» DNA-seq. Nous avons testé 13 conditions de croissance en triplicats avec 40 mutants d’ARNrég : 13 délétions conduisant à l’accumulation ou la disparition des souches les portants dans au moins une condition testée ont été identifiées. Par des expériences de mesure de fitness en compétition, nous évaluerons le rôle des ARN régulateurs sur la croissance en présence de différents antibiotiques et dans deux modèles d’infection animale. Nous identifierons les ARNrég impliqués dans la résistance aux agents antibactériens et dans la virulence du Staphylocoque doré. Les cibles de ces ARNrég seront identifiées et le mécanisme moléculaire de leur action déterminé par de techniques novatrices que nous maitrisons, permettant ainsi un décryptage des réseaux de régulation contrôlés par ces ARNrég.

La mécanique est inhérente à la vie d’une cellule, qui interagit avec son environnement et génère des forces internes pour s’organiser. Le couplage entre la mécanique du cytosquelette d’actine et l’activité de ses protéines régulatrices s’impose aujourd’hui comme un défi essentiel pour comprendre la physiologie des cellules et de nombreuses pathologies. Notre objectif est d’étudier ce couplage en parallèle à l’échelle du filament et celle des réseaux qu’elle forme dans la cellule à la fois expérimentalement et théoriquement. Pour surmonter les limitations expérimentales actuelles, notre consortium associe des partenaires expérimentaux ayant récemment développé de nouvelles techniques permettant d’étudier quantitativement ce couplage aux deux échelles et un partenaire théorique qui développe des modèles liant déformations individuelles des filaments et déformation globale du réseau. Notre approche multi échelle associant expériences et théorie nous permettra de décrire quantitativement le couplage entre biochimie et mécanique dans la dynamique de l’actine dans la cellule. Pour ce projet, nous avons identifié trois grandes questions biologiques sur la dynamique des réseaux d’actine à différentes échelles de temps : l'interaction des protéines régulatrices aux temps courts, lors de la croissance, et lors du désassemblage du réseau d'actine (taches 2-4). Parallèlement nous nous intéresserons à une question fondamentale de la science des matériaux visant à relier les déformations de filaments individuels et la déformation macroscopique dans un réseau de polymères semi-flexibles ou rigides (tache 1). D’un point de vue théorique, nous développerons une nouvelle approche de l'élasticité des réseaux de fibres. Notre modèle sera basé sur les contraintes mécaniques induites par les enchevêtrements résultant de grandes déformations internes non-affines. Les données expérimentales, acquises en grand nombre permettra de nourrir et de tester ce modèle pour clarifier la mécanique de ce type de réseaux. Aux temps courts, nous étudierons le couplage entre la mécanique et l’action de protéines régulatrices. Nous étudierons l’influence de la mécanique sur l’association et la dissociation des protéines régulatrices aux filaments d’actine à l’échelle isolée et dans les réseaux. Nos résultats fourniront la première étude multi-échelle de la régulation mécanique et chimique de l'actine et permettront d'élucider le rôle mécano-senseur des filaments d'actine. Notre objectif suivant est de comprendre la construction du réseau et la génération de force qui peut en résulter. Nous étudierons l'impact des contraintes mécaniques sur la réaction individuelle de branchement et sur la polymérisation. Nous suivrons la vitesse de croissance et la densité de réseaux branchés en fonction des forces appliquées, ce qui nous permettra de proposer la première étude complète du couplage entre force et vitesse dans des réseaux d’actine en croissance. Notre dernier objectif est de comprendre la réorganisation de réseaux sous contraintes mécaniques aux temps longs. Cette réorganisation est importante pour la régulation de l'actine dans la cellule où les réseaux de filaments sont continuellement assemblés et désassemblés et soumis à des contraintes mécaniques. Le couplage entre l'activité des protéines de débranchement et de fragmentation et les déformations mécaniques sera étudié pour la première fois à l'échelle des filaments individuels et des réseaux. Globalement, notre projet aborde des questions clés permettant d'élucider la régulation mécano-chimique de l'assemblage de l'actine, des réactions moléculaires aux cellules vivantes et des temps courts aux temps longs. Pour atteindre ses objectifs ambitieux, notre projet bénéficie de techniques expérimentales de pointe qui permettront la collecte de grands volumes de données quantitatives à différentes échelles, en synergie avec le développement de nouveaux modèles théoriques.

Chez les êtres vivants, la capacité des cellules à se déplacer sur des surfaces solides (motilité cellulaire) est universellement liée à la multicellularité. Chez les organismes eucaryotes, la motilité est nécessaire à la différenciation fonctionnelle de l’embryon, et au contrôle de l’homéostasie de l’organisme lors de la régénération des tissus ou de la réponse immunitaire. Chez les bactéries, la motilité cellulaire permet la formation de micro-communautés différenciées (biofilms) leur permettant de résister au stress environnemental. L’extrême résistance des biofilms aux antibiotiques et aux chimiques en général, en font un problème majeur de santé publique et pour l’industrie. Les mécanismes centraux de régulation semblent conservés malgré la distance évolutive qui sépare les deux grands domaines du vivant et implique les petites protéines G de la superfamille Ras. Chez les cellules eucaryotes, le nombre et la complexité des interactions entre ces protéines et leurs régulateurs a complexifié l’étude des mécanismes de régulation. De manière remarquable, la bactérie Myxococcus xanthus emploie une protéine G unique, MglA pour réguler sa direction de mouvement en réponse aux signaux environnementaux. Lorsqu’elle est associée au GTP, MglA localise au pôle avant des bactéries et active l’appareil de motilité. La régulation spatiale de MglA dépend d’une seconde protéine, MglB qui elle, localise spécifiquement au pôle opposé de la cellule. MglB fait partie des protéines à domaine Roadblock/Longin, une classe émergente de régulateurs de petites protéines G. Au pôle arrière, MglB agit comme une GTPase Activating Protein (GAP) de MglA et active spatialement l’hydrolyse du GTP associé à MglA, bloquant l’accumulation de MglA au pôle arrière. Remarquablement, l’axe de polarité formé par MglA et MglB est invertible, de sorte que lorsque les protéines se re-localisent simultanément aux pôles opposés (inversion), les bactéries change leur direction de mouvement dans la direction opposée. Le phénomène d’inversion est contrôlé par un système de transduction du signal de type chimiotaxie (Frz), permettant ainsi de réguler la motilité cellulaire en réponse aux signaux environnementaux. La disponibilité d’outils génétiques et cellulaires sophistiqués ainsi que le nombre restreint de régulateurs font de Myxococcus un modèle particulièrement attractif pour étudier le mécanisme de régulation de la motilité par MglA à haute résolution. Cependant, à l’heure actuelle de nombreuses questions demeurent irrésolues. Partant d’observations préliminaires, ce projet collaboratif regroupant trois équipes de compétences complémentaires propose d’explorer trois questions principales : (i) Comment MglB régule t-elle l’hydrolyse du GTP par MglA et ce mécanisme est-il conservé chez les protéines de cette famille ? (ii), Par quel mécanisme le système Frz provoque-t-il la relocalisation spatiale de MglA et MglB ? (iii), comment la régulation de la motilité par le système MglAB permet-elle l’émergence de comportements multicellulaires ? En combinant des approches réductionnistes de molécules et de cellules individuelles à des approches plus globales de modélisation nous chercherons à définir de nouvelles pistes de recherche pour comprendre comment l’intégration de comportements unicellulaires permet la coopération de milliers de cellules, une question d’intérêt général en biologie développementale et évolutive.

L’appel à projets générique de l’ANR 2015 encourage et soutient fortement l’intégration de métadonnées fiables qui, une fois analysées et interprétées efficacement, peuvent devenir une source quasiment inépuisable de découvertes dans le domaine de la santé. C’est exactement l’objet de Proteocardis, qui propose une étude d’association du risque cardio-métabolique à l’échelle du métaprotéome intestinal humain (protéome collectif de l’écosystème intestinal). Dans ce projet sans précédent, nous allons produire les profiles métaprotéomiques intestinaux (plusieurs milliers de protéines et plusieurs dizaines de milliers de peptides) de 370 personnes, et les mettre en perspective d’un grand nombre de données cliniques, biologiques, métaboliques, cardiologiques et comportementales, collectées dans le cadre du projet MetaCardis (financé par le 7ème PCRD) et affinées grâce au soutien de l'ANR. Dans le programme-cadre MetaCardis, le métagénome intestinal de plus de 2000 patients à différents stades de leur maladie cardio-métabolique, est analysé par séquençage haut débit de l’ADN microbien fécal total, ressource considérable pour la découverte de nouveaux biomarqueurs et cibles thérapeutiques. En complément, ProteoCardis propose une approche métaprotéomique holistique pour aller au-delà du potentiel génétique identifié par les méthodes métagénomiques, et se rapprocher au plus près des fonctions métaboliques et cellulaires réellement exprimées par le microbiote intestinal. Comprendre l’altération de ces fonctions chez les patients devrait ouvrir de nouvelles pistes de thérapies ciblées et conduire à l’identification de nouvelles molécules thérapeutiques afin d’améliorer l’état de santé des patients, et la prévention des maladies cardio-vasculaire. ProteoCardis procédera en deux étapes, selon une stratégie que nous avons déjà validée à plus petite échelle. Par une méthode de protéomique globale en shotgun, nous rechercherons, parmi plusieurs milliers de protéines, celles qui sont associées à la maladie coronarienne, chez 150 patients (CAD, 50 premiers épisodes et 100 malades chroniques, avec ou sans insuffisance cardiaque séquellaire) et 50 contrôles (CTRL) appariés pour l’indice de poids corporel et le sexe. Nous rechercherons également des signaux chez 20 sujets avant (BS1) et un an après (BS2) chirurgie bariatrique, intervention connue pour diminuer le risque cardio-métabolique. Enfin, nous identifierons une liste de variables pertinentes extraites dans le contexte d’aggravation (CAD vs. CTRL) et d’amélioration de l’état clinique. Ensuite, pour confirmer ces candidats et valider finement leur valeur prédictive chez des sujets à risque, nous mettrons en place un test multiplexé indépendant, ciblant spécifiquement les candidats à évaluer (protéomique ciblée par SRM, Selected Reaction Monitoring). Un échantillon test de malades (20 CAD) et contrôles (20 CTRL), déjà analysés en métaprotéomique shotgun, permettra de confirmer les candidats. Nous examinerons ensuite l’intensité de ces signaux chez 150 sujets supplémentaires à haut risque cardiovasculaire (50 syndromes métaboliques, 50 obèses et 50 diabètes de type 2), ainsi que l'association de ces signaux avec des facteurs de risque connus ainsi qu’avec tout nouvel évènement symptomatique survenu sur une durée de 4 ans. Les résultats attendus ont deux niveaux d’impact : immédiat, puisque l’ensemble de l’étude générera de nouveaux standards (Standard Operating Procedures) en matière de métaprotéomique intestinale, à partager avec la communauté scientifique; à plus long terme, l’intégration très novatrice de données métaprotéomiques, métagénomiques et cliniques améliorera de façon importante notre connaissance des interactions hôte-microbiote et ouvrira de nouvelles perspectives pour l’amélioration de l’état de santé des patients, et la prévention des maladies cardio-vasculaire

L'activation chronique de la cascade de signalisation récepteur ß-adrénergique (ß-AR)/AMPc joue un rôle central dans l'insuffisance cardiaque (IC) et la mort subite, comme l'ont démontré les effets bénéfiques d'un traitement aux ß-bloquants. La stimulation ß-AR agit par l'intermédiaire de l'activation de la protéine kinase dépendante de l'AMPc (PKA), qui phosphoryle plusieurs protéines clé, dont le canal Ca2+ de type L (LTCC). Les LTTCs sont responsables de l'entrée de Ca2+ dans la cellule myocardique, qui déclenche la libération de Ca2+ intracellulaire par le réticulum sarcoplasmique (RS) par l'intermédiaire des récepteurs de la ryanodine. En condition aiguë, l'activation ß-AR des canaux LTCC conduit à une augmentation de la force de contraction. Cependant, l'activation chronique des ß-ARs, comme cela se produit dans l'IC, conduit également à une entrée et un relargage de Ca2+ excessifs : cela provoque une surcharge de Ca2+ intracellulaire, la dépolarisation du potentiel de membrane des cellules, le déclenchement de potentiels d'action spontanés, ce qui conduit à des arythmies ventriculaires et à la mort subite. Par conséquent, il est impératif de mieux comprendre comment les ß-ARs régulent l'activité des LTCCs dans les cellules myocardiques, et en particulier de mieux connaitre la localisation de ces deux familles de protéines dans la membrane cellulaire. Un cardiomyocyte ventriculaire est une cellule fortement différenciée. Sa membrane cellulaire est composée de deux compartiments: une membrane de surface et un réseau dense de tubules transverses, ou tubules T. Les tubules T sont des invaginations de la membrane de surface qui forment un réseau de tubes plongeant vers le centre de la cellule. Ils sont essentiellement alignés le long des disques Z des sarcomères, permettant le développement de jonctions dyadiques avec le RS qui sont cruciales pour le déclenchement des transitoires Ca2+ nécessaires à la contraction des cardiomyocytes. Les LTCCs et ß-ARs, ainsi que beaucoup d'autres protéines membranaires, sont situés dans les deux compartiments, mais à des densités différentes. L'objectif général de ce projet est d'explorer la fonction des LTCCs et ß-ARs selon qu'ils sont localisés dans la membrane de surface ou dans les tubules T. Pour cela, nous allons développer une approche innovante de nanotechnologie en combinant l'expertise d'un laboratoire INSERM spécialisé dans la signalisation cellulaire cardiaque (Partenaire 1) et d'un laboratoire CNRS spécialisé en sciences pharmaceutiques et galénique (Partenaire 2). La stratégie utilisée est basée sur la préparation de nanoparticules (NPs) fonctionnalisées décorées avec des agonistes ou antagonistes des LTCCs ou des ß-ARs, liés de manière covalente à leur surface. Les NPs auront un diamètre de 100-150 nm pour leur empêcher d'accéder dans les T-tubules. Alors que des agonistes libres seront utilisés pour activer les LTCCs ou ß-ARs situés sur l'ensemble de la membrane cellulaire, des agonistes immobilisés sur la surface des NPs seront utilisés pour n'activer que les LTCCs ou ß-ARs situés dans la membrane externe. L'application d'un agoniste libre des LTCCs ou ß-ARs en présence d'une concentration saturante d'antagoniste immobilisé sur NP sera utilisé pour permettre l'activation des LTCCs ou ß-ARs situés dans la membrane des T-tubules. Cette stratégie sera appliquée sur des cardiomyocytes ventriculaires de rats adultes isolés à partir d'animaux sains ou IC afin d'explorer les altérations spécifiques des deux sous-populations de LTCCs et ß-ARs lors du remodelage pathologique. Comme les LTCCs et ß-ARs sont des cibles thérapeutiques pertinentes, une meilleure compréhension du rôle des sous-populations respectives de ces deux familles de protéines dans les conditions physiologiques et pathologiques peut conduire à de nouveaux systèmes d'adressage de médicaments ciblant la sous-population concernée.

La stéatose hépatique bénigne (Non Alcoholic Fatty Liver Disease / NAFLD) représente un spectre de maladies hépatiques comprenant la simple infiltration graisseuse dans les hépatocytes (stéatose), la présence de graisse associée à une inflammation (non-alcoholic steatohepatitis - NASH) et enfin la cirrhose en l’absence de consommation alcoolique excessive, d’infection virale ou d’autre cause identifiée. Du fait de sa prévalence importante et de ses conséquences néfastes sur la santé des personnes qui en sont atteintes, la NAFLD représente un problème de santé publique majeur. La maladie hépatique a été associée à des changements de composition du microbiote intestinal et des voies métaboliques dans lesquelles ce microbiote est impliqué et semble jouer un rôle dans l’exacerbation de cette maladie. Afin de permettre une description quantitative du microbiote intestinal et une mise en évidence de ses corrélations avec divers phénotypes, les trois partenaires impliqués dans le projet ont développé une plateforme de découverte de biomarqueurs s’appuyant sur les dernières technologies de séquençage haut débit. Dans ce cadre, diverses « espèces métagénomiques » (MetaGenomic Species, ou MGS,groupes de gènes prédits appartenir au même microorganisme, généralement une espèce bactérienne) ont été identifiées comme étant plus fréquemment associées à la stéatose bénigne et significativement moins abondantes dans les formes plus évoluées de la maladie (NASH). Un biomarqueur est en cours de développement sur la base de ces résultats. Le projet décrit a pour objectif l’identification des fonctions biologiques qui pourraient expliquer l’effet bénéfique potentiel de ces biomarqueurs, comme décrit récemment pour Faecalibacterium prausnitzii. La plupart des espèces bactériennes composant le microbiote intestinal ne pouvant être cultivées facilement au laboratoire, une stratégie innovante d’exploration sera développée. Des sondes spécifiques seront mises au point et utilisées en cytométrie en flux et tri cellulaire afin d’enrichir des fractions d’échantillons de selles en MGS « bénéfiques ». L’ADN total sera ensuite extrait à partir de ces fractions et sera utilisé pour la construction de banques de fragments métagénomiques afin de détecter des clones exprimant des fonctions d’intérêt. Des souris axéniques seront colonisées avec des microbiotes dérivés de patients identifiés comme étant enrichis ou au contraire appauvris en MGS d’intérêt, puis ces souris seront soumises à un régime riche en graisses et en fructose afin d’explorer l’effet des microbiotes installés sur l’apparition et l’évolution de la stéatose hépatique. Ce projet permettra à Enterome de valider le concept technologique sur lequel une grande partie de son développement repose. En effet, la démonstration d’un lien fonctionnel entre les MGS d’intérêt identifiées en séquençage shotgun haut débit et le développement et/ou le maintien de la maladie hépatique validera la pertinence de la métagénomique quantitative dans l’identification des biomarqueurs. Par ailleurs le projet générera de la propriété intellectuelle supplémentaire (nouveaux gènes d’intérets, nouvelles molécules) qui pourra être développée dans des projets ultérieurs. Les nouveaux outils techniques et les modèles animaux colonisés par les MGS d’intérêt pourront être utilisés dans des projets visant par exemple à isoler en culture les espèces bactériennes correspondant aux MGS d’intérêt. Cet ensemble constituera un acquis important dans un domaine de recherche très compétitif qui génère un intérêt important de la part des compagnies pharmaceutiques, supportant ainsi le développement international de la société Enterome avec ses partenaires académiques INRA-Micalis et INRA-Metagenopolis