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La sclérose en plaques est une maladie neurologique auto-immune chronique du jeune adulte. Ses manifestations cliniques sont liées à une démyélinisation des fibres nerveuses du système nerveux central résultant de la destruction des oligodendrocytes. La perte des gaines de myéline conduit secondairement à une dégénérescence axonale, substrat de l’apparition d’un handicap irréversible. Bien que les traitements actuels, ciblant principalement le processus inflammatoire, présentent des effets bénéfiques en ralentissant la progression de la maladie, aucun d’entre eux n’a montré d’efficacité sur le long terme. Une stratégie alternative pour favoriser la neuroprotection est de stimuler les capacités endogènes de réparation de la myéline. Il a en effet été démontré, à la fois dans les modèles expérimentaux et dans les lésions de sclérose en plaques, que des cellules progénitrices d’oligodendrocytes, présentes dans le cerveau adulte, peuvent se différencier pour renouveler les gaines de myéline. Comprendre les différentes étapes qui conduisent ces cellules immatures à se différencier en oligodendrocytes myélinisants représente donc un enjeu fondamental pour élaborer de nouvelles thérapies. Nous abordons cette question en étudiant le rôle des signaux environnementaux qui contrôlent le développement des oligodendrocytes dans l’embryon et chez l’adulte après lésion de la myéline. Nos travaux ont largement contribué à identifier différents signaux impliqués dans l’initiation de la production des progéniteurs d’oligodendrocytes dans l’embryon mais également dans le contrôle de leur mobilisation aux sites de lésion chez l’adulte. Ces données, ainsi que celles apportées par la littérature, mettent en évidence l’existence d’une multiplicité de signaux qui favorisent ou, à l’inverse, inhibent la formation des gaines de myéline. L’enjeu actuel est donc de comprendre les mécanismes d’intégration de ces signaux dans le contrôle temporel de la différenciation des oligodendrocytes. Nos données récentes nous permettent de proposer que les protéoglycanes à héparane sulfate (PGHS), régulateurs clés de la communication de la cellule avec son environnement, pourraient jouer un rôle majeur dans la coordination de ces signaux. En effet, deux approches transcriptomiques, développées de manières indépendantes pour identifier des facteurs régulés au cours de la maturation des oligodendrocytes dans l’embryon ou chez l’adulte après lésion, ont révélé un ensemble de gènes codant pour des enzymes clés de la biosynthèse (Ndst1) et de la modification structurale (Sulf1/2) des PGHS. Ces enzymes, en établissant un profil de sulfatation spécifique sur les PGHS et ainsi leur affinité pour une large variété de signaux extracellulaires, représentent des éléments de régulation majeurs de la signalisation cellulaire. Notre but est d’élucider le rôle des PGHS dans la coordination des signaux qui contrôlent la maturation des oligodendrocytes. Notre stratégie est principalement basée sur l’utilisation de modèles animaux génétiquement modifiés permettant de manipuler l'expression des enzymes de biosynthèse / modification des PGHS. Ce projet combine les expertises d’un consortium multidisciplinaire qui rassemble des spécialistes du développement embryonnaire et de la réparation dans des modèles animaux de démyélinisation. Cette complémentarité et un ensemble robuste de résultats préliminaires soutiennent la faisabilité de ce projet et son potentiel pour des avancées significatives dans la compréhension du contrôle de la myélinisation. Nos objectifs spécifiques sont de: 1) décrypter le rôle des PGHS dans la maturation des oligodendrocytes, 2) caractériser le mode d’action spécifique des PGHS (cellulaire autonome ou non-autonome) dans ce processus, 3) identifier les signaux de différenciation oligodendrocytaire dont l’activité est coordonnée par les PGHS, 4) élucider les mécanismes contrôlant la synthèse et la modification des PGHS au cours de la maturation des oligodendrocytes.

La maladie de Pompe (Glycogen storage disease Type II) est une myopathie métabolique héréditaire récessive (incidence: 1/40 000), causée par des mutations dans le gène GAA, codant pour l’enzyme alpha-glucosidase acide. Nous proposons un nouveau concept pour le traitement de la majorité des patients atteints de cette maladie dévastatrice fondé sur la modulation de l'épissage des ARN messagers GAA mutés. En particulier, nous avons développé une approche pharmacologique allèle-spécifique permettant l’inclusion normale de l'exon 2 dans l’ARNm GAA chez les patients porteurs de la mutation commune c.-32-13T>G : cette mutation d'épissage est présente sur au moins un allèle chez plus de 80% des patients GSD-II en France. En cas de succès, cette nouvelle technologie offrirait une perspective thérapeutique appropriée pour la majorité des patients atteints de la forme tardive de la maladie pour qui les traitements actuels sont inefficaces et trop cher.

Les biocapteurs cellulaires présentent de nombreux avantages pour la bio-détection et sont des outils puissants pour la détection et la quantification d'une large gamme d'analytes. Toutefois, leur champ d’applications est limité par le petit nombre de molécules détectable par des systèmes de détection dérivés de systèmes biologiques naturels. Le projet ALPHASENSE vise à l'ingénierie fiable et prévisible de récepteurs transmembranaires à spécificité programmable fonctionnant dans des cellules bactériennes. Notre objectif est de combiner des protéines artificielles a reconnaissance programmables, les alphaReps, développées dans le laboratoire de Philippe Minard, avec des cascades de signalisation synthétiques développées dans le laboratoire de Jérôme Bonnet. Nous voulons utiliser les AlphaReps comme unité de reconnaissance moléculaire couplées à des cascades de signalisation synthétiques pour la transduction du signal. La spécificité de détection du biocapteur bactérien pourrait être facilement modifiée pour répondre à diverses applications en changeant simplement le domaine de reconnaissance alphaRep. Nous débuterons par l'ingénierie de cascades de signalisation prototypes répondant à des ligands modèles et nous concentrerons ensuite sur l'optimisation de l'architecture du récepteur pour développer des systèmes de détection modulaires fonctionnels. Nous générerons des biocapteurs détectant des molécules médicalement pertinentes, principalement des protéines biomarqueurs de pathologies et des contaminants environnementaux. Ces biocapteurs programmables auront un large éventail d'applications dans le diagnostic médical et la surveillance environnementale. Notre expertise unique et complémentaire en biologie synthétique expérimentale et dans l’ingénierie de protéines artificielles faciliteront la réussite de notre projet.

L’objectif de ce projet est d’ouvrir de nouveaux horizons aux traitements médicaux de la cochlée de l’oreille interne. De nouvelles stratégies thérapeutiques seront développées pour les pathologies de l’oreille, en particulier la perte d’audition. Malgré l’existence de composés hautement actifs, la plupart des traitements sont à ce jour impossibles car le principe actif ne peut atteindre son site d’action : l’oreille interne. Ceci est dû à la présence de la barrière hémato-cochléaire, qui empêche le passage de principes actifs depuis la circulation systémique jusque l’oreille interne. Ainsi, l’administration par des voies conventionnelles (ex : orale, i.m., i.v.) ne permet pas au principe actif d’atteindre sa cible. L’injection directe dans l’oreille interne permet de contourner la barrière hémato-cochléaire, mais nécessiterait des administrations fréquentes de par l’élimination du principe actif. Or le risque d’infections et la sensibilité aux fluctuations du très faible volume du fluide au sein de la cochlée rendent cette stratégie impossible. L’utilisation de formes galéniques innovantes permettant de contrôler localement et dans le temps la libération du principe actif offre un fort potentiel pour surmonter ces obstacles. Cependant, à ce jour, la plupart des approches dans ce domaine montre de grandes variabilités, le temps de résidence des systèmes au site d’administration variant significativement in vivo, dû à leur élimination plus ou moins rapide. Les quantités de principes actifs atteignant l’oreille interne et la durée de délivrance sont par conséquent très incertaines. Cette incertitude pose un problème de fiabilité quant à l’efficacité du traitement et la sécurité du patient. L’objectif de ce projet est de surmonter ce goulot fondamental et d’assurer une délivrance contrôlée du principe actif dans l’oreille interne. Deux types de systèmes seront développés : (i) des gels mucoadhésifs, chargés en liposomes, appliqués sur la fenêtre ronde et libérant le principe actif pendant des heures, jours ou semaines, et (ii) des implants intracochléaires, insérés dans l’oreille interne et libérant le principe actif au site d’action pendant plusieurs mois ou années. Ces deux types de dispositifs sont complémentaires et devraient permettre un contrôle plus reproductible des concentrations au site d‘action, et ainsi améliorer l’efficacité et la sûreté du traitement. Le principe actif sera piégé dans des matrices polymériques biocompatibles, qui préviendront une libération instantanée après administration et assureront une libération contrôlée sur des périodes allant de quelques heures à plusieurs années. Les gels intratympaniques et les implants intracochléaires chargés avec différents principes actifs seront préparés par réhydratation du polymère et injection-moulage et leurs performances in vitro et in vivo testées. L’ajustement de la formulation et des procédés de fabrication permettra d’optimiser les cinétiques de libération. Une caractérisation physique approfondie des implants et gels et une modélisation mathématique permettront de mieux comprendre leur fonctionnement. De plus, les propriétés mécaniques clés de ces systèmes seront suivies afin d’assurer une manipulation aisée par les chirurgiens. Les résultats attendus de ce projet incluent : (1) des prototypes (implants et gels) ainsi que le savoir-faire pour préparer ces formes innovantes permettant de surmonter la barrière hémato-cochléaire, (2) la connaissance des caractéristiques clés de ces dispositifs, (3) l’ouverture à de nouvelles stratégies thérapeutiques pour traiter les pathologies de l’oreille interne, et (4) une base de données exhaustive des performances in vitro et in vivo de ces systèmes, servant de point de départ pour des essais cliniques par la suite. L’exploitation économique des nouveaux résultats est envisagée sur le long terme grâce à la participation au consortium d’une entreprise spécialisée dans des électrodes intracochléaires high-tech.

Les graines sont la base de l’alimentation humaine et animale. Le contrôle de leur qualité est donc essentiel pour assurer la sécurité alimentaire. De plus, l’augmentation de la consommation mondiale en produits carnés de ces dernières années exige des besoins croissants en protéines végétales. Les légumineuses à graine, riches en protéines et ayant la capacité de fixer via des symbioses l’azote atmosphérique s’imposent donc comme une culture de choix pour répondre aux enjeux de la sécurité alimentaire et de l’agriculture durable. En dépit des efforts consentis pour stimuler la production des légumineuses à graines comme le pois protéagineux, l’Europe reste très dépendante des importations en protéines végétales, notamment issues du soja sud-américain. En effet, l’adoption des légumineuses par les agriculteurs français et européens demeure fortement entravée par l'instabilité des rendements grainiers et de la teneur en protéines des graines due aux fluctuations de l'environnement, en particulier la sécheresse et la chaleur. Dès lors, la création de variétés présentant des rendements et composition protéiques stables est nécessaire. Un levier supplémentaire permettant de stabiliser, voire augmenter les rendements est la production de semences vigoureuses à haute qualité germinative. Les caractéristiques recherchées à cet effet sont une bonne aptitude à la conservation à l’état sec et un taux élevé de germination et de levée des plantules, même en conditions défavorables. La vigueur germinative est sous le contrôle d’interactions génotype x environnement parental (GxE) qui restent à élucider, ce qui complique la production de semences très vigoureuses de manière constante. L’atténuation des effets du changement climatique sur les qualités nutritionnelle et germinative des légumineuses représente donc un enjeu important pour l’industrie semencière. La plasticité phénotypique est la capacité d’un génotype à produire des phénotypes distincts dans différents environnements. Elle est bien étudiée en relation avec l’adaptation aux stress (a)biotiques et à la nutrition dans les tissus végétatifs. La prise en compte de cette plasticité est de plus en plus considérée comme jouant un rôle important dans l’amélioration des cultures. Cependant, chez les graines, nous sommes remarquablement ignorants des facteurs moléculaires responsables des effets dramatiques que l'environnement parental peut avoir sur les qualités nutritionnelle et germinative. L'objectif de ce projet est donc d'identifier les gènes régulant la plasticité phénotypique liée à la composition des graines et à leur qualité germinative. Afin de détecter les loci expliquant la plasticité phénotypique des graines, les interactions GXE seront caractérisées par étude d’association pan-génomique (GWAS) en exploitant les connaissances et données génomiques caractérisant la variabilité naturelle chez la légumineuse modèle Medicago truncatula. Un réseau de régulation multi-niveaux sera généré afin de décrire les processus moléculaires qui, sous l’influence de l’environnement, modulent le remplissage des graines et l’acquisition des différentes caractéristiques de la qualité germinative. Les loci significatifs par GWAS seront intégrés dans le réseau afin d’inférer les gènes régulateurs de la plasticité des graines. En exploitant la synténie entre M. truncatula et les légumineuses à graines cultivées, principalement le pois, la transférabilité des gènes ainsi découverts sera testée. Ce projet permettra de mieux comprendre les mécanismes régulant la plasticité des qualités nutritionnelle et germinative des graines, offrant ainsi des nouvelles pistes de recherche et d’applications technologiques vis à vis de la filière protéagineux.

Les symbioses fixatrices d’azote entre les légumineuses et les bactéries du genre rhizobium sont clé pour l’agriculture durable. Elles nécessitent la formation d’un organe spécifique, le nodule racinaire, où se font la fixation de l’azote atmosphérique et les échanges nutritionnels entre la plante et la bactérie. Alors que des avancées spectaculaires ont été réalisées sur les étapes symbiotiques précoces (reconnaissance plante-rhizobium, infection et initiation de la nodosité), la compréhension du contrôle des étapes tardives du développement nodulaire est encore très limitée. Un processus clef de ce processus est une transition développementale, la différenciation coordonnée des cellules végétales et bactériennes afin de générer l’environnement cellulaire approprié pour la fixation symbiotique de l’azote dans cet organe. Cette transition implique la reprogrammation massive de l’expression génique, avec plusieurs milliers de gènes affectés par vagues successives. Nous avons découvert que des régulations épigénétiques, impliquant la (dé)methylation de l’ADN végétal et des populations de petits ARNs interférents (siRNAs), sont essentielles pour la production de nodules fixateurs d’azote. L’hypothèse de travail du projet EPISYM est que ces régulations épigénétiques jouent un rôle important dans la reprogrammation de l’expression génique associée à la différenciation nodulaire. La dynamique du méthylome ADN et des populations de siRNAs sera analysée au cours de la différenciation avec une approche global. Le rôle de 3 gènes codant pour des enzymes clefs pour le contrôle de la méthylation de l’ADN et la synthèse des siRNAs à l’origine de modifications épigénétiques sera caractérisé chez la légumineuse modèle Medicago truncatula et le pois, une espèce cultivée très proche, pour mieux comprendre leur régulation, leur impact sur le développement nodulaire et leurs gènes cibles. Leur réponse à des conditions environnementales connues pour impacter le développement nodulaire sera aussi examinée. En parallèle, la dynamique des marques histones sera analysée, en lien avec l’expression de gènes symbiotiques, la méthylation de l’ADN, les siRNAs et les ARN non codants de grande taille (lncRNAs). D’une part, l’intégration de ces données sera précieuse pour l’analyse de la symbiose via un « genome-browser » publiquement accessible sur le web, liant l’expression des mRNAs, siRNAs et lncRNAs) avec les marques épigénétiques (methylation ADN et histones). D’autre part, la topologie de la chromatine sera analysé pour un groupe des gènes symbiotiques spécifiques afin de comprendre en détail la relation entre la structure 3D de la chromatine et l’épigénétique et la reprogrammation de l’expression génétique au cours de la différenciation. Ce projet tirera donc partie des forces complémentaires des deux partenaires pour conduire des recherches innovantes sur ce thème émergent en biologie ainsi qu’à la caractérisation de nouveaux types de régulateurs symbiotiques afin d’identifier de nouvelles pistes pour l’amélioration de l’efficacité des symbioses fixatrices d’azote.

L’azote est un élément limitant pour la croissance des plantes, ce qui explique l’usage agricole massif d’engrais azotés. Cependant, ces engrais présentent un certain nombre d’inconvénients, dont un coût élevé en énergie fossile pour leur fabrication et leur utilisation, et une forte pollution des ressources aquatiques (nitrates) et de l’atmosphère (gaz à effets de serre). Le développement de pratiques agriculturales durables plus respectueuses de l’environnement requiert donc de trouver des alternatives aux engrais azotés. A la différence des autres plantes, les légumineuses peuvent se développer sans apport d’azote. En effet, ces plantes sont capables d’entrer en interaction symbiotique avec des bactéries du sol appelées rhizobia, qui possèdent la capacité de réduire l’azote atmosphérique en ammoniac au bénéfice de leur hôte. Grâce à cette propriété unique, les plantes légumineuses peuvent augmenter le contenu en azote du sol, ce qui peut bénéficier à d’autres plantes, cultivées en association ou en alternance (rotation). La fixation biologique de l’azote a lieu dans des organes racinaires spécifiques appelés nodosités. Comme tous les organes végétaux, les nodosités ont une durée de vie limitée, et finissent par entrer en sénescence, caractérisée par la mort coordonnée des bactéries et des cellules végétales. Ce processus de sénescence peut résulter du vieillissement naturel de la nodosité (sénescence développementale) ou être déclenchée par des conditions environnementales défavorables (sénescence induite). Dans tous les cas la sénescence résulte en un déclin de la fixation d’azote, caractérisé par un changement de couleur des nodosités, du rose au vert (dû à la dégradation de la leghémoglobine végétale, un marqueur de fixation d’azote active). Empêcher ou retarder la sénescence des nodosités (i.e. leur permettre de rester roses –stay pink) est donc une stratégie prometteuse pour prolonger la fixation d’azote et ainsi augmenter les rendements des cultures. Cependant, bien qu’une quantité impressionnante de connaissances sur les étapes précoces de la symbiose rhizobium-légumineuse ait été accumulée ces dernières décennies, les étapes les plus tardives, dont la sénescence des nodosités, restent mal comprises. L’objectif principal de ce projet est de décrire les mécanismes moléculaires agissant dans les nodosités symbiotiques, à la fois dans les bactéries et dans les cellules végétales, pour réguler la transition entre fixation d’azote active et démarrage de la sénescence (développementale ou induite). Le projet utilisera une approche intégrative menée en parallèle chez les deux symbiontes, grâce à la structuration spécifique du consortium, impliquant une collaboration étroite entre biologistes végétaux et microbiologistes. Dans une première partie, une approche sans a priori basée sur une combinaison d’approches transcriptomiques et génétiques permettra d’identifier des gènes bactériens et végétaux liés à la sénescence des nodosités (développementale ou induite). Dans une deuxième partie, plusieurs acteurs/voies déjà identifiés ou simplement prédits comme étant impliqués dans le processus de sénescence des nodosités, seront caractérisés en détail : voies hormonales, cystéine protéinases, oxyde nitrique et systèmes toxines/antitoxines bactériens. Les connections entre ces différents acteurs/voies, ainsi qu’avec les gènes identifiés au cours de la première partie, seront également recherchées. La plupart des études seront réalisées sur la symbiose modèle entre Medicago truncatula et Sinorhizobium meliloti, mais l’objectif ultime est de fournir des cibles utilisables pour retarder la sénescence des nodosités de légumineuses d’intérêt agronomique. Ainsi, certaines des stratégies déjà connues pour retarder la sénescence des nodosités dans la symbiose modèle seront transférées à une légumineuse cultivée, le pois, et son partenaire symbiotique Rhizobium leguminosarum.

Comprendre les réponses des plantes aux stress environnementaux est crucial pour maintenir la production agricole. Dans cette proposition, nous nous concentrerons sur deux des menaces abiotiques les plus importantes pour l'agriculture: le déficit en eau et le déficit en azote. Les épisodes de sécheresse devraient augmenter en fréquence et en gravité en raison du changement climatique. De plus, il y a une forte pression pour réduire l'utilisation d'engrais à base d'azote dans l'agriculture en raison de leur toxicité pour l'environnement et pour l'homme. En outre, la coexistence de déficit en eau et en azote a des conséquences désastreuses: dans les sols secs, l'azote est moins disponible pour la plante. Notre objectif est de comprendre les mécanismes moléculaires mis en place par les plantes suite à un déficit hydrique, un déficit d'azote et à une combinaison des deux contraintes. Technologies tels que la métabolomique et la transcriptomique ont été utilisées pour étudier l'effet des contraintes abiotiques. Le tableau qui s’en dégage est celui d'un mécanisme à deux vitesses dans lequel de multiples voies de transcription intègrent les signaux environnementaux et suscitent des changements dans un grand ensemble de protéines et de réseaux métaboliques qui déterminent la réponse physiologique de la plante. L'activation de ces réseaux dépend du génotype à l'étude, du tissu, du stade de développement et de la force et la durée de la contrainte. De manière importante, les réseaux moléculaires activés en réponse à une combinaison de deux contraintes peuvent être à peine prédit à partir des réponses induites par les contraintes individuelles séparément. La complexité de ces systèmes est la raison pour laquelle la plasticité d’un stress reste l'un des processus de signalisation les moins compris. Les approches de biologie systémique peuvent être notre seule chance pour comprendre ces réseaux biologiques complexes. Dans cette proposition, nous intégrerons protocoles de génétique, génomique et bioinformatique pour reconstruire les réseaux moléculaires impliqués dans les réponses des plantes aux stress simples ou combinés. Parmi les plantes, la seule espèce où ces types d'approches holistique peuvent être mis en œuvre est Arabidopsis thaliana, pour laquelle de grande quantité d'outils génomique et moléculaire sont disponible publiquement. Outres outils clés de ce projet sont la variation d’origine naturelle des réponses au stress entre les accessions d'Arabidopsis, la disponibilité de population en ségrégation ainsi que des séquences génomiques pour ces accessions. En bref, nous proposons d'utiliser une installation robotique qui permet l’application de stress abiotique avec une grande précision et reproductibilité pour acquérir un ensemble de données transcriptomique et métabolomique de plusieurs accessions d'Arabidopsis et leurs F1 hybrides. Nos plans d’expériences et d’analyses nous permettront de détecter des eQTL en utilisant l'expression d'allèle spécifique chez les hybrides et de reconstruire les réseaux de régulation activés en situation de stress. Nous proposons ensuite d'effectuer le profilage métabolique d'une population complète en ségrégation dans diverses conditions de stress. Cela nous permettra de relier les variations d'expression et d’abondance en métabolite et d'identifier les molécules qui ont été sélectionnés lors de l'évolution des plantes afin d’ajuster leur réponses au stress sans compromettre leur fitness. L’identification de ces molécules, même lorsque découvertes dans une espèce non domestiqués, est d'un grand intérêt pour l'agriculture, où le but est d'obtenir des lignées résistantes au stress sans affecter la production. Ce projet devrait se traduire par des publications internationales de biologie fondamentale, ainsi que d'un certain nombre de possibilité d’échange pour la recherche agricole. Le projet comprend le partage des résultats par la mise en place d’un site Web.

Face aux changements climatiques, un des enjeux cruciaux de demain est de préserver la nature tout en assurant une alimentation de qualité à une population croissante. Le vin est l'une des principales richesses de l'économie française représentant 1,3% des exportations totales en 2012 (€ 5,6 milliards). Dans le contexte d’un marché international hautement concurrentiel, le maintien d’une haute qualité des vins minimisant les intrants chimiques requiert des innovations biologiques. Nous pensons que ces innovations peuvent émerger de l’utilisation de la communauté microbienne du moût de raisin, un acteur négligé de la vinification qui a des répercussions nombreuses sur les caractéristiques du vin. Bien qu'on connaisse des mécanismes spécifiques chez Saccharomyces cerevisiae à l’origine d’une meilleure croissance dans le moût de raisin, son niveau d’adaptation général au moût de raisin est inconnu. Par une approche d’évolution expérimentale, nous proposons d'étudier le potentiel adaptatif de S. cerevisiae dans des moûts de raisin incluant leur communauté microbienne. Nous souhaitons analyser l'impact i) du niveau de diversité génétique et ii) des transferts de gènes horizontaux (HGT) sur l’adaptation de S. cerevisiae à différents environnements biotiques et abiotiques. Pour cela, nous proposons de réaliser une expérience de sélection suivant un plan factoriel incluant cinq modalités de moût de raisin (contenant l’espèce Torulaspora delbrueckii, ou Hanseniaspora uvarum seules, les deux espèces ensemble, la totalité de la communauté microbienne, ou du moût de raisin stérile) et trois modalités de niveaux de diversité génétique dans les populations recombinantes de S. cerevisiae (souches de vin seules, souches de vin et apparentées, ou souches représentatives de l’ensemble de l’arbre phylogénomique de l’espèce). Les bases génétiques de l’adaptation seront étudiées par des études de génomique et phénotypage haut débit (fitness, capacité à fermenter, traits d’histoire de vie) des populations ancestrales et évoluées. Par ailleurs, l’existence d’HGT comme un mécanisme d'adaptation aux moûts de raisins sera étudiée par deux approches. D’une part, nous analyserons les génomes des levures non-Saccharomyces isolées à partir de moûts de raisins. D’autre part, nous réaliserons des évolutions expérimentales de S. cerevisiae possédant des HGT introduits expérimentalement (e-HGT). A la différence des études d’évolution expérimentale menées sur des milieux de laboratoire standard, les résultats de nos expériences effectuées dans un moût de raisin incluant sa microflore seront transférables à la recherche œnologique. Notre travail pourra avoir un impact sur la sélection de levain de vinification en fournissant de nouvelles combinaisons d’allèles favorables vis à vis de la vitesse et stabilité des fermentations. Par ailleurs, une meilleure connaissance de la niche écologique de la levure de vin, notamment de l'effet des interactions biotiques sur sa croissance et l’adaptation de différentes souches, aidera à mieux maitriser les fermentations alcooliques. En outre, nos résultats vont accroitre considérablement les connaissances sur l’occurrence et le rôle des HGT, et sur leur contribution à l’adaptation. Le projet bénéficiera de notre consortium d'experts parce qu'il requiert l'intégration de nouvelles approches (eHGT, évolution expérimentale dans des environnements complexes) et outils (phénomique sur plateforme robotique, génomique).

Les plantes appartenant à la famille des légumineuses interagissent symbiotiquement avec des bactéries fixatrices d’azote appelées rhizobia. Ceci leur permet de pousser avec de faibles apports azotés contribuant à une agriculture plus durable. Cette interaction symbiotique permet la formation d’un nouvel organe racinaire appelé nodule, au sein duquel l’azote atmosphérique est fixé au bénéfice de la plante. Le développement nodulaire est spécifiquement contrôlé par le facteur de transcription (FT) NF-YA1 qui appartient à la famille des CCAAT-box binding factors également appelée Nuclear Factor Y (NF-Y). Ces FT sont composés de la sous-unité de liaison à l’ADN: NF-YA associée à 2 sous-unités histones-like: NF-YB et NF-YC. De manière intéressante NF-Y est à la fois un TF classique se liant aux boites CCAAT de promoteurs mais il permet aussi à d’autres TF d’accéder à l’ADN. Alors que chez les animaux, NF-Y est essentiellement un régulateur clé de la progression du cycle cellulaire, dont chaque sous-unité est codée par un seul gène, il y a eu chez les plantes une diversification structurelle et fonctionnelle qui a conduit à l’apparition de familles multigéniques d’environ 10 membres possédant parfois des profils d’expression et des fonctions très spécifiques. Par exemple NF-YA1 est rapidement, fortement et spécifiquement exprimé uniquement au cours du développement nodulaire et des lignées KO ne développent que peu de nodules de petite taille et sans méristème apical. Le but de ce projet, organisé en 6 parties (WP) synergiques, associant des équipes avec des compétences complémentaires provenant du LIPM à Toulouse et de l’IPS2 à Saclay. est de comprendre en profondeur le mode d’action de NF-YA1. Dans le WPI, nous déterminerons les sites de liaison de NF-YA1 sur le génome par la technique de ChIP-Seq. De plus les gènes dont l’expression dépend directement de NF-YA1 seront identifiés par une analyse de transcriptome comparée entre plantes sauvages, surexpresseurs et mutants par la technique de RNA-Seq. Ces deux approches complémentaires devraient permettre d’identifier des cibles directes de NF-YA1. Dans le WPII nous chercherons à comprendre l’impact épigénétique de NF-YA1. D’abord, nous effectuerons des analyses ChIP-Seq, à l’aide d’anticorps contre des modifications activatrices et répressives d’histones. Ensuite nous déterminerons le rôle de NF-YA dans l’accessibilité de la chromatine par la technique d’ATAC-Seq à l’échelle du génome mais avec une attention particulière pour les régions cibles identifies dans le WPI. Le rôle de NF-YA1 dans l’organisation nucléaire sera alors estimée par des techniques de chromatin conformation capture (3C). Enfin les interactions entre voies de régulation hormonales et impact épigénétique de NF-YA1 seront étudiées. Dans le WPIII nous identifierons et caractériserons les protéines présentes au sein de complexes avec NF-YA1 par la technique de TAP/MS ce qui devrait ouvrir de nouvelles perspectives concernant les mécanismes de régulation classiques et épigénétiques de l’expression génique par ce TF. Dans le WPIV nous identifierons et caractériserons les longs ARN non codants interagissant avec NF-YA1 par la technique de RIP. Leur rôle dans l’expression de gènes cibles (identifiés dans les WPI&II) et de la topologie de la chromatine des régions concernées seront alors étudiés. Le WPV sera dédié à l’analyse et l’intégration des données grâce notamment à l’outil JBROWSE et devrait permettre une vue d’ensemble du mode d’action de NF-YA1 au cours de la nodulation. Le WPVI proposera une analyse fonctionnelle des candidats les plus prometteurs identifiés dans les différents WP par approche RNAi et surexpresseurs. Les données générées au cours du projet NODCCAAT devraient enfin aider à définir de nouvelles stratégies pour promouvoir un meilleur développement nodulaire dans des conditions adverses et pour le transfert de la nodulation à des plantes d‘intérêt agronomique non fixatrices d’azote.

Le secteur des productions animales est particulièrement sensible au contexte alimentaire mondial, à la fois par l’augmentation attendue de la demande des produits animaux, dont le lait, et par son empreinte écologique qui doit être réduite. L’amélioration de l’efficacité alimentaire (FE) des vaches laitières contribuerait à réduire certaines des émissions directes de GES grâce à la meilleure conversion des aliments, mais aurait aussi un impact positif sur les émissions induites associées aux grandes cultures. L’amélioration génétique de la FE constitue une stratégie particulièrement intéressante car elle peut concerner la plupart des élevages laitiers avec un coût limité. La diminution de l’utilisation d’aliments grâce à ces gains d’efficacité donnera un avantage compétitif au secteur de la production laitière, mais contribuera également à réduire ses impacts sur l’environnement. Ainsi, ce projet devrait fournir des éléments essentiels à des stratégies de sélection génétique sur la FE des vaches laitières. Il correspond au 5ème défi sociétal majeur de l’ANR et à la priorité de recherche d’APIS-GENE sur l’efficacité alimentaire et la réduction des émissions de GES par les ruminants. Sélectionner sur la FE est plus difficile qu’il n’y parait. La robustesse et la capacité adaptative, en particulier pour les femelles reproductrices, peuvent être contre-sélectionnées par des stratégies d’amélioration de l’efficacité alimentaire. Ainsi, le choix des indicateurs utilisés pour estimer la FE est particulièrement important, et il est essentiel de vérifier et de valider les bénéfices escomptés de telles stratégies sur l’amélioration à long terme de l’efficience. Un autre enjeu majeur consiste à mieux valoriser les nouvelles possibilités de mesure afin de cibler les caractères qui contribuent à la FE. Ces caractères ont rarement été étudiés car ils sont difficiles à phénotyper. Ce projet va ainsi utiliser de nouvelles technologies de phénotypage pour développer une sélection sur l’utilisation efficiente des réserves corporelles, tout en limitant les effets indésirables sur les autres fonctions. Deffilait va tout d’abord développer de nouvelles méthodes de phénotypage à haut-débit pour les caractères biologiques qui sont directement impliqués dans la FE. Il va produire de nouveaux outils pour caractériser l’état corporel, la morphologie et l’efficacité digestive pour des études avec des effectifs d’animaux importants. Ces mesures phénotypiques permettront aussi d’améliorer les possibilités de conseil en fermes, de monitoring dans les élevages qui sont autant de leviers de l’amélioration de l’efficience à l’échelle de l’exploitation laitière. Pour étudier les déterminants majeurs de la FE, le projet élaborera une base de données originale de lactations de vaches laitières incluant de nombreux phénotypes capables de décrire les principales sources de transformation de l’énergie, pour expliquer la variabilité de FE observée entre animaux. Cette base de données sera ensuite utilisée pour quantifier la contribution des différents mécanismes dans la variabilité de FE et pour tester l’aptitude de différents indicateurs et stratégies pour l’amélioration de la FE. La mobilisation des réserves corporelles en début de lactation fera l’objet d’un focus spécial pour évaluer ses composantes génétiques et les corrélations avec les autres caractères en utilisant une grande base de données impliquant des fermes commerciales. Le projet développera ensuite des outils de simulation pour prédire les conséquences à court et long terme de différentes stratégies de sélection dans différents environnements d’élevage. Les résultats attendus contribueront à une meilleure définition des stratégies de sélection combinant efficience et robustesse. Ce projet fournira un cadre cohérent pour entreprendre une sélection génétique équilibrée sur ces caractères et apportera ainsi une contribution significative et durable à l’amélioration de l’efficacité alimentaire.

La culture de la pomme de terre, la 4e culture vivrière dans le monde, relève d’un enjeu majeur dans les pays industrialisés et en développement. Sa culture est recommandée par l’ONU. Un facteur limitant son expansion est sa sensibilité à de nombreux pathogènes qui impose donc l’utilisation de nombreux pesticides. Avec l’intérêt croissant des gouvernements européens et nationaux dans la limitation des intrants chimiques, le biocontrôle apparait comme une approche alternative ou complémentaire. Le plan national Ecophyto propose de réduire –si possible- de moitié les apports d’intrants chimiques, et ainsi encourage le développement et l’usage de pratiques alternatives, dont le biocontrôle. En plus des populations endémiques du genre Pectobacterium (P. atrosepticum, P. carotovorum, P. wasabiae), deux espèces de Dickeya (D. dianthicola et D. solani) ont emergé successivement dans les cultures de pomme de terre en Europe, alors que les populations de Dickeya étaient auparavant considérées comme restreintes aux cultures et zones tropicales. Les espèces P. atrosepticum, P. carotovorum, P. wasabiae, D. dianthicola et D. solani co-existent au sein d’une même parcelle ou d’un même symptôme. Donc, le développement de tout traitement des maladies induites doit tenir compte de cette diversité et de sa dynamique. Le projet COMBICONTROL a pour objectif l’évaluation, la combinaison et l’adaptation d’approches complémentaires de biocontrôle ciblant les populations pathogènes de Dickeya et Pectobacterium qui causent les maladies de la jambe noire et de la pourriture molle sur plants et tubercules de pomme de terre. Ainsi, COMBICONTROL produira des connaissances (1) dans la dynamique et la fonction (efficacité de protection) des agents de biocontrôle lorsqu’ils colonisent la rhizosphère des plants de pomme de terre ; (2) dans la structure et la dynamique des populations de Dickeya et Pectobacterium qui seront annuellement collectées des champs et aux alentours ; (3) dans la caractérisation génétique et fonctionnelle des traits d’émergence des populations D. solani et D. dianthicola. COMBICONTROL renforcera aussi un dialogue entre chercheurs et agriculteurs au sujet des pathogènes Dickeya et Pectobacterium et de leur contrôle. Pour atteindre ces objectifs, COMBICONTROL associe 3 partenaires académiques et 2 partenaires privés. Les 3 équipes académiques appartiennent à l’Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC)-Labex Saclay Plant Sciences (Gif-sur-Yvette), à l’Institut d’Ecologie et des Sciences de l’Environnement de Paris (IEES) et au laboratoire Microbiologie, Adaptation & Pathogénie (MAP, Villeurbanne). Les partenaires privés sont SIPRE et RD3PT qui représentent les secteurs R&D du CNPPT et de la FN3PT. Ces derniers sont les principaux acteurs dans la production et la certification des tubercules semences en France. Le projet COMBICONTROL qui se concentre sur l’approche biocontrôle, sera conduit en coordination étroite avec d’autres projets SIPRE et RD3PT sur la détection des pathogènes et le développement d’autres stratégies de phytoprotection dans une approche de lutte intégrée. Les partenaires de COMBICONTROL utilisent couramment les approches omiques et combinent des expertises en pathologie végétale, biocontrôle, écologie, épidémiologie, taxinomie, génomique structurale et fonctionnelle, génétique et agronomie. COMBICONTROL est le premier projet ANR sur les pathogènes de la pomme de terre Pectobacterium et Dickeya qui associe des partenaires académiques et privés. Ce consortium accélèrera le transfert de connaissance des laboratoires vers la sphère appliquée (et réciproquement) et produira des données d’intérêts national et international. Etant donné que Pectobacterium et Dickeya sont des pathogènes présents en Europe et dans le monde entier, ce consortium sera un solide interlocuteur pour développer dans le futur des programmes de recherches en collaboration avec d’autres laboratoires internationaux.

La flore bactérienne intestinale est maintenant reconnue comme jouant un rôle important dans la santé humaine en conférant une protection contre les pathogènes et en contribuant à la nutrition. Un déséquilibre de cet écosystème (dysbiose) peut conduire au développement de certaines maladies (maladies inflammatoires de l’intestin, obésité, cancer colorectal). Au cours d’une vie, la consommation totale d’aliments d’un individu atteindra 60 tonnes en moyenne, l’exposant ainsi à une large ingestion de bactéries (bactéries utilisées en industrie agroalimentaire ou bactéries pathogènes). Ces bactéries apportées par les aliments vont pouvoir interagir avec les bactéries symbiotiques et commensales et notamment échanger des gènes (transfert horizontal de gènes) avec celles-ci. Les gènes acquis peuvent conférer de nouvelles propriétés aux bactéries (résistance aux antibiotiques, facteurs de colonisation, nouvelles capacités métaboliques, synthèse de bactériocine, réponse aux stress…). Cela peut entrainer une modification de l’équilibre du microbiote digestif ou permettre l’émergence de nouveaux pathogènes. La conjugaison est le mécanisme majoritaire d’acquisition de gènes et permet l’échange de gènes entre souches de la même espèce mais également entre bactéries très éloignées. Plusieurs types d’éléments génétiques mobiles se transfèrent par conjugaison, en particulier une classe très répandue mais mal connue d’éléments chromosomiques appelés éléments intégratifs conjugatifs ou ICE. Ce projet vise à évaluer les transferts de gènes entre bactéries alimentaires et bactéries commensales du tractus digestif via des ICE. Le travail portera essentiellement sur les transferts de gènes chez les streptocoques, un genre bactérien intéressant car il inclut des espèces variées qui colonisent ou sont en transit dans le tractus gastro-intestinal (bactéries commensales, pathogènes ou alimentaires). Les objectifs du projet sont de caractériser les facteurs et les mécanismes d’induction du transfert d’ICE et d’acquérir des premières données sur l’incidence de ces transferts dans l’écosystème digestif. Les approches incluront des analyses in vitro, des études in vitro en digesteur artificiel et en côlon artificiel avec microbiote digestif humain et des expériences menées in vivo (souris axéniques inoculées avec les souches d’intérêt). Ce projet permettra de proposer des stratégies de lutte contre les transferts de gènes bactériens par conjugaison.

Malgré le nombre croissant de molécules bio-produites, le processus de R&D en biotechnologies industrielles est lent et coûteux. Il est essentiellement basé sur une approche empirique essais-erreurs. Dans le but de rationaliser les pratiques R&D nous proposons de développer un cycle automatisé de conception, construction, caractérisation et apprentissage de voies de biosynthèse. Le cycle est générique, il et sera illustré par la recherche et la biosynthèse d’antimicrobiens contre les bactéries à Gram positif. Notre pipeline comprend des outils de bio-informatique et de chemo-informatique de conception de voies métaboliques, une station robotisée de biologie moléculaire, et un système haut débit de criblage des souches qui utilise des biocapteurs in vivo. L’idée originale du projet MEM est de piloter le cycle par un apprentissage automatique supervisé. La méthode spécifique que nous proposons d’utiliser est l’apprentissage actif dont le but est de déterminer les expériences devant être menées à l’itération suivante en fonction des résultats expérimentaux obtenus à l’étape précédente. L’apprentissage actif est aussi performant que des méthodes plus classiques tout en utilisant beaucoup moins de données d’apprentissage, la méthode permet ainsi de réduire substantiellement le nombre d’itérations et au final les nombres de constructions et d’acquisitions de données expérimentales. Nous anticipons que notre cycle apportera une rupture technologique dans la pratique des biotechnologies industrielles, permettant un gain substantiel en débit, tout en réduisant les temps et coûts de développement. Nous proposons d’utiliser le cycle pour la production de flavonoïdes, des additifs alimentaires ayant aussi des activités antibactériennes. Le cycle sera itéré pour quatre objectifs de recherche. Le premier objectif est d’apprendre les séquences enzymatiques permettant de maximiser la productivité des flavonoïdes. Le second objectif est de déterminer le niveau d’expression des enzymes des voies de biosynthèse de façon à éliminer l’accumulation de produits intermédiaires. Le troisième objectif est d’apprendre à réguler les gènes de la souche châssis pour optimiser à la fois sa croissance et la productivité des produits finaux. Le dernier objectif est de produire de nouvelles structures de flavonoïdes ayant une toxicité maximale contre les bactéries à Gram positif. Alors que le projet sera illustré par la construction d’une librairie de flavonoïdes, le cycle « conception-construction-caractérisation-apprentissage » est générique et peut être appliqué à d’autre molécules d’intérêts pour divers secteurs industriels, pour des substances de base ou pour des molécules de chimie fine et spécialisée. Par exemple, le cycle pourra être directement utilisé pour le développent de tout produit biologiquement actif tant qu’un crible d’activité est disponible. Au-delà de la bioproduction de molécules, le cycle pourrait aussi être utile pour réaliser l’ingénierie de voies de dégradation de nutriments commercialement attractifs, ou pour le développent de biocapteurs de polluants environnementaux. L’expertise que nous accumulerons dans la pratique du projet MEM permettra au partenaire ABOLIS d’améliorer substantiellement sa plateforme de développent de souches. En retour, ABOLIS introduira la technologie MEM sur le marché des biotechnologies industrielles et sera proactif dans la recherche et l’acquisition de contrats public-privé. Une tache spécifique « exploitation » sera programmée pour permettre la mise en ligne de certains de nos outils logiciels et pour la commercialisation de projets pilotes utilisant la technologie MEM. En effet les interactions qu’ABOLIS entretient avec plusieurs grands groupes industriels montrent d’ores et déjà le besoin d’utiliser un cycle tel que celui que nous proposons pour la biosynthèse de produits actifs. Ce service que nous apporterons à l’industrie sera source de revenus et créateur d’emplois.

La croissance continue de la population humaine associée à plusieurs facteurs connexes tels que les échanges internationaux croissants, les changements climatiques, l'explosion des pathogènes résistants, l'augmentation de la production de bétail, ou l'augmentation de la population immunodéprimée favorise l'émergence et la ré-émergence de nombreuses maladies infectieuses. Il semble en fin de compte que les agents pathogènes infectieux sont plus indomptables que tout ce que l'on pouvait imaginer, et certains auteurs pensent que l'humanité est sur le point d'entrer dans une ère post-antibiotiques. Même une utilisation raisonnée des médicaments antibiotiques est insuffisante, et de nouvelles molécules et de nouveaux concepts sont nécessaires pour contenir les pathologies microbiennes. Une proportion significative des médicaments utilisés en clinique aujourd'hui sont d'origine naturelle. Cela est particulièrement vrai pour des agents anti-infectieux. L'enquête complète la plus récente sur l'origine des médicaments par Newman et Cragg décrit que les médicaments d'origine naturelle et ceux inspirés de produits naturels représentent 75% des 104 nouvelles entités chimiques antibactériennes approuvées dans la période 1981-2010. Cela souligne l'importance des produits naturels comme base pour de nouveaux traitements pour les maladies bactériennes. Dans la même période, tous les agents antibactériens naturels développés pour une utilisation clinique étaient issus de micro-organismes, mais la grande majorité d'entre eux étaient des métabolites secondaires provenant de microbes du sol. Il y a cependant d'autres communautés microbiennes qui n'ont jamais été considérées comme source possible d'agents anti-infectieux. Il s'agit notamment de ceux provenant de microbiomes isolées, du milieu marin, et même des niches environnementales à l'intérieur des plantes, des insectes et des mammifères. Il semble que dans ces communautés microbiennes restreintes où la compétition est très forte, le rôle principal des substances antibiotiques soit surtout d'interférer dans le développement d'autres micro-organismes plutôt que d'induire de fortes perturbations dans ces populations microbiennes complexes. En outre, les endophytes ont un impact significatif sur la façon dont leurs hôtes interagissent avec les agents pathogènes, les concurrents, et les herbivores. Nous proposons d'étudier le dialogue microbien dans endophytes foliaires de plantes à la recherche d'agents antibactériens originaux et d'un genre nouveau. Nous allons étudier de deux systèmes modèles connus pour la longévité de leurs feuilles ou tiges, et dans lesquels nous avons récemment découvert des communautés fongiques très diversifiées et originales: Astrocaryum sciophilum, un palmier endémique de la forêt primaire en Guyane française, qui semble héberger une grande diversité de champignons un peu de bactéries, et Posidonia oceanica, une plante dominante des prairies marines de Méditerranée qui semble associée à des champignons spécifiques et typiquement marins. L'objectif sera de répondre aux questions suivantes: 1. Quels sont la diversité et l'identité des communautés endophytes foliaires des plantes choisies comme modèles ? Est-ce que ces écosystèmes sélectionnent un nombre réduit de lignées fongiques et jusqu'à quel point la compétition façonne-t-elle ces communautés ? 2. Quels métabolites fongiques bioactifs peuvent être découverts dans ces systèmes et ces métabolites agissent-ils sur des cibles bactériennes innovantes ? 3. En utilisant en parallèle des approches génomiques et métabolomique, pouvons-nous découvrir les intermédiaires moléculaires et les gènes impliqués dans la biosynthèse de métabolites fongiques antibactériens ?

La cameline s’impose comme une plante oléagineuse alternative de par sa résistance à des conditions de culture défavorables et la qualité de son huile pour la nutrition et la production de biofuel. L’huile de cameline est en effet riche en acides gras insaturés et en particulier en omega-3, bénéfiques pour la santé. Cette espèce cultivée ancienne a été relativement peu sélectionnée, aussi présente t’elle un fort potentiel d’amélioration. Camelina sativa appartient à la famille des Brassicaceae, qui comprend d’autres plantes cultivées d’importance économique, et ses caractéristiques particulières en font une excellente culture de complément. Toutefois, son potentiel de développement agronomique est actuellement limité par la faible disponibilité de ressources génétiques et génomiques. Chez Arabidopsis, espèce proche de la cameline, une augmentation de la teneur en huile a été obtenue par réduction de la production des polysaccharides constituant le mucilage de la graine suite à la mutation d’un régulateur transcriptionnel. Les polysaccharides du mucilage sont accumulés dans les cellules épidermiques du tégument pendant le développement de la graine et ces polymères hydrophiles sont libérés à l’imbibition. Du fait de leurs propriétés émulsifiantes ils séquestrent l’huile, aussi leur absence devrait en améliorer l’extraction. Dans le projet CASOM, notre objectif est d’accroître le contenu en huile des graines de cameline en réduisant la production des polysaccharides du mucilage. Il s’agira d’apporter une preuve de concept, grâce à des mutations spécifiques dans des gènes homologues à deux facteurs de transcription d’Arabidopsis intervenant dans la synthèse du mucilage. Nous tirerons également parti d’un système nouveau de micropresse pour en valider l’effet sur l’extraction d’huile. La caractérisation fonctionnelle d’un des facteurs de transcription, récemment identifié par les deux partenaires, sera menée à bien. En parallèle, des études de transcriptome et d’association à l’échelle du génome (GWAS) viseront à identifier chez la cameline de nouveaux gènes candidats, en vue de modifier la production de mucilage et améliorer l’extraction d’huile. Les données de transcriptome seront obtenues à partir de cellules épidermiques du tégument à différents stades de développement, puis filtrées à l’aide des transcriptomes d’autres tissus. Pour le GWAS, les polymorphismes seront identifiés grâce aux données de reséquençage du génome d’environ 200 accessions de cameline de différentes origines. Ces données contribueront ainsi à la caractérisation de la variabilité au sein de l’espèce cameline. Les données de transcriptome et de séquence seront librement accessibles à la communauté grâce à une interface web et enrichiront l’offre de ressources génomiques pour de futures études chez la cameline. Le projet CASOM implique deux partenaires internationaux, français et allemand, apportant des compétences complémentaires et possédant chacun une solide expérience de recherche sur la graine et les polysaccharides. Les objectifs premiers de CASOM seront (1) de valider que la réduction de la production de mucilage chez Arabidopsis et la cameline, par régulation transcriptionnelle, peut accroître la teneur et l’extraction de l’huile et (2) d’identifier de nouvelles cibles de modulation de la production de mucilage chez la cameline.

La qualité de l’air que nous respirons est une préoccupation majeure des populations des zones urbaines et suburbaines. En effet, des millions de personnes sont exposées quotidiennement à des niveaux élevés de pollution de l’air. Les dommages sanitaires d’une telle pollution sont extrêmement alarmants. L’OMS a répertorié la pollution de l’air, dont celle aux particules fines, « cancérogène certain ». La compréhension fine de notre exposition quotidienne aux polluants de l’air est primordiale pour réduire le risque de certaines maladies graves. Cependant, cela requiert des données précises sur l’exposition individuelle. Actuellement, les mesures fournies par les stations fixes reflètent uniquement la pollution de fond et à proximité de certaines sources de trafic. Par conséquent, les mesures issues de ce type de réseau ne donnent accès qu’à des valeurs moyennes et dans des zones géographiques spécifiques. Elles ne parviennent pas à quantifier avec précision l’exposition réelle des individus en tenant compte de leurs activités journalières, qu’elles soient intérieures ou extérieures, dans différents contextes tels que les transports, le bureau ou le domicile. Depuis peu, des capteurs environnementaux portables et légers ont émergé, et permettent une mesure en continu de l'exposition réelle partout et à tout moment. Une telle évolution a été le principal catalyseur dans l’émergence de nouvelles solutions d'acquisition de données environnementales, à savoir les observatoires participatifs où des citoyens collectent et partagent des données au sein d’une communauté. Cette technologie a suscitée récemment un grand intérêt parmi les acteurs des sciences de l'environnement dans les secteurs public, associatif et privé, ce qui s’est traduit par de multiples projets de recherche à travers le monde. Partant de cette évolution technologique, le projet interdisciplinaire Polluscope vise à réunir des experts de l'environnement, de la métrologie, de l’épidémiologie et des sciences de données dans le but de proposer de nouvelles méthodologies, des techniques et des outils qui devraient changer radicalement la manière de mesurer et l’appréhender l’exposition individuelle et sa variabilité. Ces mesures prendront en compte non seulement des polluants gazeux (ozone, NO2), mais aussi les particules (dont les particules fines et le carbone suie) et les COV, caractéristiques des environnements fermés. Une meilleure connaissance de l’exposition individuelle contribuera à réduire les risques de certaines maladies en amenant les individus concernés à changer leur comportement. Ceci aura un impact sociétal important, en sauvant des vies et en améliorant le bien-être. Pour atteindre les objectifs précités, une nouvelle infrastructure d'acquisition de données d'exposition individuelle réelle, de traitement et d'analyse sera proposée et mise en œuvre dans Polluscope. Pour ce faire, plusieurs défis scientifiques et techniques devront être relevés. Les capteurs produisent des flux de données à une fréquence élevée, et celles-ci peuvent être bruitées et massives. Par conséquent, le système doit être capable de les traiter efficacement, tout en tenant compte à la fois de leur vélocité et de leurs imperfections. Il doit surtout permettre l’enrichissement sémantique des données, notamment en les reliant au contexte géographique et à des connaissances externes. Par exemple, en associant l'exposition aux microenvironnements et aux activités de l’individu, il devient possible d’extraire des profils d’exposition et de les comparer. Pour cela, les techniques avancées de sciences de données sont cruciales dans un tel système. Enfin, Polluscope sera déployé et testé sur le terrain. En particulier, la campagne d'acquisition de données ciblera plusieurs types de population : des sujets malades ainsi que des sujets en bonne santé pour mener une étude épidémiologique ; puis des participants volontaires dans le contexte de collecte participative.

La Société de l’information et de la communication a conduit à la production et la mise à disposition d’un très large ensemble de contenus. Néanmoins, ces contenus sont pour l’essentiel non structurés (textes, images, vidéos) et la promesse d’un Web des connaissances et des données ne s’est ainsi pas vraiment concrétisée jusqu’à récemment. Si la mise à disposition des données structurées progresse (par exemple, les statistiques économiques ou démographiques, ou des ressources telles que DBpédia, ou les infoboxes de Wikipédia), ce n'est pas le cas des connaissances exprimées sous une forme textuelle. Parmi les connaissances touchées par ce manque, celles relatives aux événements offrent un intérêt particulier du fait du développement du journalisme de données. Celui-ci s’est jusqu’à présent beaucoup nourri de données statistiques publiques mais n’a paradoxalement qu’assez peu exploité la matière éminemment journalistique que constituent les événements. Le projet ASRAEL vise à combler ce manque. Pour ce faire, notre proposition s’inscrit dans le cadre scientifique général de l’extraction d’information (EI). Notre but est plus précisément d’extraire l’ensemble des événements apparaissant dans un large ensemble de textes, sans a priori sur leur type et sans connaître à l'avance les schémas et les rôles associés, afin de peupler une base de connaissances événementielles servant de support à un moteur de recherche spécifiquement dédié à la recherche des événements et des informations les caractérisant. La représentation générique d’un événement se fonde sur la règle des “cinq W” - What, Who, Where, When and Why - prévalant dans l’écriture des articles journalistiques “à l’anglo-saxonne” et stipulant qu’une bonne description d’un événement doit obligatoirement expliciter chacune de ces cinq informations. Dans le domaine de l’extraction automatique d’information, les informations "qui", "où" et "quand" sont collectées grâce à un étiquetage traditionnel en entités nommées, d’usage relativement générique (c’est-à-dire utilisable en domaine général) ; le "quoi" est en revanche une information très dépendante du domaine traité. Ceci explique que les systèmes d’EI traditionnels s’appuient sur des schémas définis a priori par des experts pour identifier les instances d’événements dans les textes, que ce soit à l'aide de règles ou de modèles statistiques. En revanche, dans le domaine général, où le très grand nombre d’événements possibles interdit la définition manuelle de ces schémas, des méthodes de recherche d'information de type “sac de mots” prennent le relais mais ne fournissent pas, du fait de leur manque de finesse, une réponse sous une forme structurée. Afin de prendre en compte ce problème, les partenaires proposent dans ce projet : - de découvrir automatiquement, de façon totalement non supervisée et donc sans aucune connaissance a priori sur les thèmes traités, des schémas d'événements et leurs caractéristiques spécifiques dans un large corpus de textes. Le niveau de généricité du problème ainsi traité rend nécessaire cette absence de supervision ; - de nommer, toujours sans supervision, les schémas et les rôles ainsi découvert, dans le but de construire, structurer et remplir une base de connaissance dédiée aux événements. Le nommage est indispensable dans le but de permettre des requêtes ultérieures ; - d'utiliser cette base de connaissances pour construire un moteur de recherche et d'agrégation d'événements, permettant de rechercher à la fois dans la structure ainsi découverte et dans le texte associé (association d’approches de recherche d’information et de web sémantique).

Contrôler des états électroniques fortement corrélés et induire des transitions métal/isolant par un effet de champ électrique est un objectif clé de la Mott-tronique (nommée d’après le Prix Nobel Sir Neville Mott). Conceptualisés par IBM à la fin des années 90, les transistors de Mott surpassent les MOSFETs conventionnels en termes de contrastes ON/OFF et de consommation électrique. Avec des grilles ferroélectriques, ils pourraient aussi donner lieu à des mémoires non volatiles rapides et ultra endurantes. Les tentatives de réalisations de tels dispositifs ont culminé avec le récent rapport (groupe de Tokura à Riken, Japon - Nature 2012) d’une véritable transition métal-isolant induite par effet de champ dans des films de VO2 à grilles de liquide ionique. Cependant, une étude postérieure (groupe de Parkin à IBM, USA - Science 2013) a conclu que des effets extrinsèques de mouvements de lacunes d’oxygènes plutôt que des effets électrostatiques intrinsèques sont responsables des forts changements de résistance du VO2, suscitant de fortes controverses à l’égard de ces dispositifs de VO2 à grilles de liquide ionique. Nous devons répondre à deux défis clés pour parvenir au but de longue date de la Mott-tronique d’une transition entre un état métallique et un état isolant non volatile, réversible, et contrôlée électroniquement : (i) identifier un matériau comme canal dans lequel une transition métal-isolant se produit à très faible dopage ; (ii) combiner ce matériau avec un matériau de grille renversable capable d’accumuler ou de dépléter de larges densités de porteurs. FERROMON s’attaquera à ces deux défis et étudiera un système modèle d’hétérostructures d’oxydes épitaxiés combinant un isolant de Mott, (Ca,Ce)MnO3, avec un ferroélectrique (magnétique), BiFeO3. Les bicouches de BiFeO3/(Ca,Ce)MnO3 sont de haute qualité cristalline et nous avons récemment démontré de forts contrastes électriques induits par le renversement de la polarisation ferroélectrique dans des dispositifs verticaux et horizontaux. Le diagramme de phase très riche de (Ca,Ce)MnO3 offre un fort potentiel pour de nouveaux effets physiques excitants où l’effet de champ ferroélectrique pourrait induire non seulement des transitions de phase métal/isolant mais également des transitions de phase magnétiques. Dans ce cadre, je mettrai à profit mes 7 années d'expérience avec des découvertes significatives dans le domaine des interfaces d'oxydes, des ferroélectriques à l'échelle nanométrique, du couplage magnétoélectrique d'interface et des dispositifs à base de ferroélectriques pour conduire ce projet selon 3 objectifs principaux : - conduire des transitions de phases électroniques et/ou magnétiques dans des oxydes fortement corrélés par un effet de champ ferroélectrique - comprendre à l’échelle atomique l’interaction entre la ferroélectricité et les propriétés électroniques aux interfaces d’oxydes - exploiter la dynamique de domaines ferroélectriques pour contrôler les propriétés électroniques et/ou magnétiques à l’échelle de la nanoseconde.

L’objectif du projet EMOUVAN est de réunir les connaissances fondamentales nécessaires au contrôle de la croissance, du dopage électrique et des propriétés physiques de nanofils d’AlGaN et d’hétérostructures filaires à base d’AlGaN dans l’ultime but de réaliser un démonstrateur pompé électriquement émettant dans la gamme 260-280 nm. La croissance sera réalisée par MBE. La caractérisation des ensembles de fils se fera par diffraction de RX et spectroscopie optique. L’étude sur fils uniques sera menée à bien par une combinaison de microscopie électronique à haute résolution, de photoluminescence, de nano-cathodoluminescence, de mesure des propriétés de transport électriques et de la comparaison avec des calculs théoriques sur la stabilité chimique des alliages AlGaN. La réalisation de diodes à fil unique et de structures pleine plaque fournira la preuve de concept pour le développement futur d’une nouvelle génération de diodes à nanofils émettant dans l’UV.

Ce projet cherche à comprendre et à maitriser les interactions dans les interfaces entre supraconducteurs, ferromagnets et ferroélectriques. Malgré le caractère éminemment fondamental des études proposées, l’objectif ultime c’est d’obtenir des nouvelles fonctionnalités basées dans les interactions entre ces différents matériaux. Ainsi, la réalisation de ce projet devrait ouvrir la porte à des dispositifs qui seraient à la base d’un nouveau type d’électronique supraconductrice. Ce projet est basé sûr des résultats obtenus par quelques uns des partenaires du présent consortium, en partie dans le cadre des contrats ANR précédents. Ces résultats, et le savoir-faire acquis, met ce consortium dans une situation particulièrement avantageuse (au niveau international) pour la réalisation des études proposées. Dans ce sens, l’une des avantages clés de cette proposition c’est de rallier trois équipes d’expérimentateurs, une équipe de spécialistes en nanotechnologie et l’un des théoriciens les plus reconnus dans la matière. Ce projet s’articule autour de deux idées, 1) L’une c’est la possibilité de rallier le transport de charge cohérent et non-dissipatif caractéristique des supraconducteurs et le transport polarisé en spin propre aux ferromagnets. Comme récemment démontre, ceci est possible via la génération de corrélations supraconductrices du type triplet aux interfaces entre supraconducteurs et ferromagnets. Nous allons étudier une séries de questions fondamentales à ce sujet –en cherchant à être capable de contrôler ces effets- ainsi que vérifier la possibilité de transférer ce type de supraconductivité « polarisé en spin » dans des métaux normaux. En plus de son intérêt d’un point de vue fondamental, ces phénomène pourrait ouvrir la porte à des applications dites « spintroniques », dans lesquelles l’information portée par les électrons polarisés en spin serait protégée par les corrélations supraconductrices. 2) L’autre idée c’est de réaliser des Jonctions Josephson dans lesquelles la barrière entre les deux électrodes supraconductrices est un matériau ferroélectrique. Il n’existent quasiment pas d’études sur ce sujet, notamment d’un point de vue expérimental, dû a la difficulté (aujourd’hui surmontée) à obtenir des barrières suffisamment fines pour permettre le couplage Josephson ayant à la fois des bonnes propriétés ferroélectriques. Les effets du ferroélectrique sur le couplage Josephson devraient permettre de contrôler ceci à l’aide d’un nouveau paramètre externe : l’application momentanée d’un champ électrique.

Les technologies de l’information et de la communication (TIC) ont révolutionné notre monde et ont remodelé nos industries. Ainsi, les futurs défis des TIC comprennent le traitement massif de données, le calcul haute performance et la sécurité du monde numérique. Tous ces défis dépendent de façon critique des références de fréquence et de temps. Des horloges précises sont ainsi nécessaires pour l'authentification des transactions financières, pour la gestion des réseaux de communication, ainsi que pour le rétablissement rapide des signaux GPS en situation dense et la synchronisation des systèmes RADAR. Aujourd’hui, les horloges atomiques sont les meilleures références de temps et de fréquence commercialement disponibles, pour des échelles de temps supérieures à quelques secondes. Dans le futur, des lasers métrologiques seront nécessaires pour développer des horloges compactes et ultra-stables. Dans ce contexte, les horloges à piégeage cohérent de population (Coherent Population Trapping, CPT), utilisant deux lasers verrouillés en fréquence et en phase, permettraient d’atteindre les meilleures performances. Cependant, en termes de cout et d’encombrement, cette configuration à 2 lasers limite leur évolution vers un produit industriel. Ainsi, la disponibilité d'un seul laser compact délivrant deux fréquences optiques, ouvrirait la voie à une horloge CPT compacte et performante. Dans ce projet, nous proposons de réaliser un démonstrateur d’horloge Cs CPT compact et ultra-stable basé sur l’utilisation d’un laser bifréquence métrologique et d’évaluer son fonctionnement avec des stabilités de fréquence sans précédent, inférieures à 5x10-13 à 1 s et 2x10-14 à 1 h, dans un volume inférieur à 2litres, l’électronique de contrôle étant dans un module 5U, de format 19’’. Le laser bifréquence sera basé sur l’utilisation d’un ½-VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser), optimisé à 852 nm adressant la raie d’absorption D2 du Césium, dans une architecture de cavité externe innovante (WP2). Une analyse approfondie des sources de bruit, critiques pour atteindre la très grande stabilité de l'horloge finale, sera menée (WP3). La réalisation d'un résonateur atomique dédié et d’un banc électro-optique miniature permettra la démonstration d’une horloge d’une stabilité inférieure à 5x10-13 à 1 s et 2x10-14 à 1 h, dans un volume inférieur à 2 litres(WP4). Ce projet, mené par Thales Research and Technology (TRT), associe les compétences spécifiques et complémentaires de six partenaires dont l'expertise est mondialement reconnue. Le laboratoire Systèmes de Référence Temps-Espace (SYRTE) apportera ses compétences uniques sur les horloges atomiques ultra-stables et Thales Electron devices (TED) apportera son expertise technique et commerciale dans le domaine des horloges. L’expertise laser sera couverte par TRT grâce à ses nombreux travaux sur les lasers bifréquence, et par le Laboratoire Charles Fabry (LCF) grâce à son expérience sur le pompage optique des VECSEL. Le Laboratoire Aimé Cotton (LAC) apportera ses connaissances approfondies sur le bruit et la dynamique des lasers, et le Laboratoire de Photonique et Nanostructures (LPN) sur la conception et la croissance de ½-VCSEL haute performance. CHOCOLA répond parfaitement au défi sociétal « Société de l’information et de la communication », car il démontrera une horloge compacte et ultra-précise, un des éléments clé des futures technologies numériques. Les concepts innovants, développés dans ce projet, permettront de réaliser une avancée importante dans le domaine des horloges aussi performantes qu’un Maser à hydrogène passif, mais dans un format beaucoup plus compact. A la fin du projet, le démonstrateur obtenu aura atteint un niveau de maturité suffisamment élevé (TRL3) pour commencer une phase de levées de risques préparant son évolution vers un produit industriel. Cette phase sera initiée par TED le long de son implication dans le projet et reposera sur son expertise dans le marché des horloges.

Avec les progrès constants des technologies de l'information et de la communication, d'énormes volumes de données doivent être collectés et transformés pour être finalement délivrés à l'utilisateur sous la forme d’information visuelle. Cette dernière étape nécessite des dispositifs d'affichage de haute résolution qui constituent un marché de plusieurs milliards d'euros, dominé par les écrans à cristaux liquides (CL). Le fonctionnement de ces écrans repose sur l’application d’un champ électrique en phase nématique (N) ou nématique chirale (N*) avec des temps de réponse assez lents (> 1 ms). Une commutation plus rapide serait une percée très importante pour l’élaboration d’écrans (écrans 3D) et de composants (commutateurs, coupleurs, filtres) plus performants. Le présent projet est basé sur les phases CL récemment découvertes, semblables aux phases nématiques habituelles, mais spontanément déformées à l'échelle de quelques nanomètres, du fait de la forme courbée des molécules. Ces phases sont fluides, comme N et N*, mais possèdent une structure plus rigide et des temps de relaxation ultra-courts (< 1 µs), ouvrant la voie à de nouveaux types de dispositifs électro-optiques à réponse rapide. Des observations récentes confirment que les molécules à cœurs courbées présentent une nouvelle phase nématique, la phase nématique twist-bend, NTB. Contrairement à la phase N uniforme, le directeur de la phase NTB est spontanément déformé, les molécules suivant une hélice conique avec un pas très faible. Cette organisation chirale a lieu de façon tout à fait remarquable même pour des molécules non chirales, avec des domaines de chiralités opposées dans ce cas. Cette structure et les propriétés principales de la phase NTB ont été prédites en 2001 en utilisant un modèle simple de Landau. Puisque les molécules à cœurs courbées courbent le champ du directeur autour d'elles, la constante élastique de courbure K3 devrait diminuer et pourrait même devenir négative, conduisant à un état spontanément distordu. Cependant, une courbure pure ne peut pas remplir continûment l’espace et des distorsions additionnelles de torsion ou de divergence sont induites, ce qui conduit aux phases prédites: la twist-bend NTB ou la splay-bend NSB, voire des structures plus complexes déformées à 2D ou à 3D. Dans ce projet, nous étudierons théoriquement et expérimentalement les propriétés de ces nouvelles phases nématiques. Le modèle à élasticité négative sera étendu, en tenant compte de l'ancrage de surface et des champs appliqués. Nous proposerons un modèle élastique « à gros grains », par analogie avec les mésophases smectiques. Expérimentalement, nous construirons les diagrammes de phases de nouvelles molécules (déjà existantes ou synthétisées au cours du projet) afin d’identifier les phases NTB et NSB (non encore observée). Les transitions de phases, induites par la température ou par l’application de champs externes, seront étudiées et reliées à la structure moléculaire. Nous effectuerons des expériences de diffusion de rayons X afin de confirmer la nature nématique des phases NTB et NSB et d’étudier l’ordre à courte portée. Nous utiliserons des techniques optiques et électriques pour mesurer les propriétés physiques importantes, telles que le paramètre d'ordre et la période de ces nouvelles phases. En particulier, nous caractériserons et optimiserons les propriétés ayant un impact technologique direct, comme les constantes élastiques et diélectriques, la biréfringence, les temps de relaxation et l'énergie d'ancrage. Nous étudierons en détail les nouveaux effets électro-optiques dans les phases NTB et NSB afin de comprendre leurs mécanismes physiques. Enfin, la société EVOSENS, une PME partenaire du projet, va explorer des applications technologiques potentielles en fabriquant des démonstrateurs de dispositifs nématiques rapides pour les industries d’affichage et de télécommunication.

La plasmonique, ou l’utilisation de plasmons de surface polaritons au lieu des électrons ou des photons dans des circuits miniaturisés, combine les avantages de la photonique (haute fréquence et grande bande passante) avec ceux de l’électronique (miniaturisation et intégration). Pour que les circuits plasmoniques deviennent un jour une réalité, une nanosource intégrée et électrique de plasmons de surface est nécessaire. C’est la réalisation d’une telle nanosource qui est proposée dans ce projet. La nanosource proposée consiste en une jonction tunnel métal-isolant-métal. De telles structures sont connues depuis longtemps comme sources de radiation, mais elles ont été négligées à cause de leur faible efficacité. Le premier objectif de ce projet est donc d’augmenter cette efficacité de plus de deux ordres de grandeurs en utilisant des nano-antennes plasmoniques spécialement conçues pour cette application. L’émission de radiation des jonctions tunnel est généralement attribuée aux fluctuations du courant tunnel. Cependant, cette interprétation reste à confirmer expérimentalement de façon univoque. Pour cela, des mesures corrélées de l’émission des plasmons et des fluctuations de courant sont nécessaires. Ces mesures, proposées dans ce projet, nous permettront de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux des nanosources de plasmons à jonction tunnel. Ceci constitue le deuxième principal objectif de ce projet. Afin de relever ces défis, les étapes suivantes seront abordées. D’abord, des nano-antennes agissant sur la réduction des pertes dans le métal seront conçues, par ex. un nanocylindre sur un film mince métallique. Pour évaluer l’efficacité de cette nano-antenne, une jonction tunnel sera formée entre le haut de l’antenne et la pointe d’un microscope à effet tunnel. L’intensité de l’émission des plasmons de surface sera mesurée en utilisant une configuration dite de « fuites radiatives » et comparée à celle obtenue sur un échantillon de contrôle. L’étape suivante est la réalisation d’une jonction nano-antenne intégrée. Un tel échantillon est constitué de la nano-antenne cylindrique, d’une couche mince d’oxyde, puis d’une électrode métallique. Autrement dit, cette fois-ci la jonction tunnel se trouve intégrée dans la nano-antenne. Afin de tester cette jonction nano-antenne intégrée, la pointe conductrice d’un microscope à force atomique (AFM) complétera le circuit électronique. Deux méthodes différentes seront utilisées pour détecter l’émission des plasmons : la microscopie de fuites radiatives, et une détection « tout-électrique » sur puce avec un fil supraconducteur. Un troisième type d’échantillon en forme d’un réseau 1-D de jonctions nano-antenne sera réalisé comme source directionnel de plasmons de surface. Dans une autre partie du projet, des corrélations entre l’intensité de l’émission des plasmons et les fluctuations du courant tunnel seront mesurées afin de comprendre l’origine de l’émission des plasmons des jonctions tunnel, ce qui pourra mener à une amélioration de leur efficacité. Ces mesures de corrélations seront réalisées de deux façons. Dans un cas, les mesures seront effectuées sur un réseau 2-D de jonctions nano-antenne, qui aura un bien meilleur rapport signal sur bruit par rapport à une jonction planaire. La deuxième mesure de corrélations utilisera une jonction nano-antenne unique avec une détection « tout-électrique » sur puce. L’ensemble de ces études a pour but d’améliorer de manière importante l’efficacité des nanosources de plasmons à jonction tunnel. A court terme, cette efficacité sera améliorée de plus de deux ordres de grandeur grâce à des nano-antennes plasmoniques conçues pour réduire les pertes. À plus long terme, la compréhension des mécanismes fondamentaux d’émission de plasmons dans la jonction tunnel permettra d’imaginer des améliorations supplémentaires de ces nanosources en influant sur les statistiques de transport à partir de l’environnement électromagnétique.

Ce projet a pour ambition de développer un nouveau paradigme de calcul neuromorphique en s'appuyant sur les memristors ferroélectriques dans le traitement des informations visuelles hautes-vitesses. CE projet marquera une rupture dans le domaine des rétines artificielles neuromorphiques. Ces dernières n'utilisent par la trame classique des images en série mais codent les informations visuelles avec une résolution de l'ordre de la microseconde. Les événements (potentiels d'action) en sortie de la caméra seront envoyés à un réseau de neurones composé de neurones sur silicium et de synapses memristives. Cette approche permettra, pour la première fois, de traiter les informations visuelles jusqu'à 100kHZ tout en proposant une solution moins énergivore. Le projet proposé s'appuie sur le champ disciplinaire émergent de l'ingénierie neuromorphique qui rassemble par de fortes interactions les sciences des matériaux, les neurosciences, les mathématiques et la microélectronique. Le projet MIRA contribuera à une avancée des connaissances, des techniques et des applications potentielles de ce champ disciplinaire et de son environnement.

L'intégration 3D est une technologie d’intégration majeure et durable développée depuis le début du 21ème siècle par toutes les grandes compagnies du domaine des semiconducteurs, et par de grands instituts de recherche ,pour les systèmes miniaturisés électroniques, d’imagerie et de capteurs. Elle est fondée sur l’empilement et la soudure de puces/wafers de silicium amincis comprenant des vias électriques verticaux pour assurer les interconnexions entre puces. Ceci permet de bénéficier d’une réduction globale de taille, d’une large gamme de nouvelles fonctionnalités offertes par l’intégration hétérogène, et de nouvelles possibilités de conditionnement (packaging) avec une densité de contacts élevée. L’intégration 3D permet aussi de réduire les difficultés liées à l’intégration 2D et à la réduction de la taille des dispositifs en dessous de 14nm. Une des technologies clés des procédés d’intégration 3D ( ou 2,5D avec interposeurs) des circuits intégrés et de packaging 3D est la fabrication d’interconnexions verticales de rapport d’aspect élevé à travers le silicium (TSV : Though Silicon Vias). Cette technologie engendre de nouveaux besoins en métrologie qui sont des défis à relever. La PME FOGALE nanotech est un des leaders industriels pour la métrologie des procédés d’intégration et des TSV, et beaucoup de compagnies majeures du domaine du semiconducteur et des fonderies dans le monde entier utilisent ou sont en train d’acquérir ses solutions métrologiques. Ces solutions répondent aux besoins courants mais doivent être sécurisées, améliorées et étendues pour les besoins futurs en métrologie des TSV prédits par la feuille de route internationale de la technologie semiconducteur (ITRS). Le projet OLOVIA combine les expertises de FOGALE nanotech, de l’IEF et de l’IOGS en instrumentation optique, techniques interférométriques et modélisation optique pour faire face à ces challenges. L’objectif général du projet sera donc de développer des appareils optiques non destructifs, quantitatifs, précis, faibles et rapides qui soient capables de satisfaire les exigences du contrôle en ligne de procédés industriels de fabrication deTSV. Ces instruments optiques adresseront deux problématiques principales de la métrologie des TSV : i) la mesures des paramètres géométriques de vias gravés (profondeur, diamètres supérieurs et inférieurs, forme, rugosité des flancs, épaisseur de silicium restante) , et ii) la cartographie du champ de contraintes mécaniques autours des vias à différents stades du procédé de fabrication. Plus précisément, i) la géométrie des via sera fondée sur la conception et la mise en oeuvre de nouvelles procédures/versions de techniques de tomographie optique cohérente et de microscopie avancée ii) la mesure du champ de contrainte reposera sur le développement d’un système plein champ de microphotoélasticité avec une modulation de phase rapide pouvant fonctionner à la fois en réflexion et en transmission. Les deux systèmes optiques seront conçus pour être compatible avec un usage industriel. Ils s’appuieront sur des simulations avancées par élément finis des intéractions du faisceau lumineux à l’échelle nanométrique autour du via, sur des analyses en profondeur des performances des systèmes optiques et des techniques de démodulation de phase, et sur des tests extensifs réalisés sur échantillons dédiés. De plus, un système de calibration des constantes photoélastiques sera construit et des mesures comparatives avec des techniques de référence (coupe MEB,/TEM, Spectrométrie Raman,…) seront effectuées pour assurer les performances des systèmes réalisés. Finalement les systèmes seront qualifiés sur des échantillons industriels avec différentes technologies de TSV. D’autres applications potentielles telles que l’inspection des défauts de procédés de scellement de de wafers, ainsi que des mesures locales de contraintes sur des MEMS ou des encapsulations au niveau du wafer seront explorées.

1 - Objectifs : concevoir une nouvelle interface d'air pour Internet-des-objets mobile à intégrer dans les interfaces air futures pour les réseaux mobiles (5G) et les WLAN Notre projet vise à concevoir une nouvelle interface air à l’horizon 2020 pour un Internet-des objets mobile et haut débit. La consommation d’énergie ainsi que le coût additionnels de l'objet, dûes à la connectivité, devront demeurer aussi faible que possible. En comparaison avec les futures interfaces air de base pour les réseaux mobiles (5G) et le réseau local sans fil ( WLAN ), cette nouvelle interface devra:a) supporter la même mobilité avec des appareils petits, à faible coût et robustes ; b) atteindre des débits similaires ou légèrement inférieurs ; c) atteindre une consommation d'énergie plus faible due à la chaine radio fréquence ; d) être plus sobre en termes de radiations. Cette nouvelle interface devra également s’intégrer dans les futures interfaces de base pour la 5G et le WLAN. Elle sera donc compatible avec les modulations multi- porteuses. En effet, utilisera un ensemble prédéfini de sous-porteuses des futures interfaces air de la 5G et du WLAN sans perturber les communications en cours sur les autres sous-porteuses des mêmes interfaces air. 2 - Approche scientifique et défis techniques: modulation spatiale et antennes ajustables localement résonantes Pour atteindre le but fixé, nous allons concevoir un nouvel émetteur / récepteur sans fil pouvant être installé sur les objets mobiles connectés. Nous allons optimiser conjointement l'utilisation de deux techniques disruptives par rapport à l’état-de-l’art: la modulation spatiale (Spatial Modulation Input Multiple Output et multiple ou SM- MIMO) et les antennes ajustables localement résonantes (Tunable Locally Resonant Antenna ou TLRA ). D'une part, par rapport à un système MIMO classique, le SM- MIMO réduit théoriquement le coût en énergie et la complexité de l'objet, par bit de données émis par seconde, en utilisant une seule chaîne de radiofréquence au lieu de plusieurs. D'autre part, une TLRA augmente théoriquement la performance du SM- MIMO grâce à sa grande flexibilité. 3 - Programme de travail : de la conception à la preuve de concept La premier résultat du projet sera une preuve matérielle de concept avec une transmission de données ‘over-the-air’, utilisant une TRLA et le SM-MIMO. Le second résultat du projet sera un ensemble de schémas innovants d’optimisation conjointe de la couche physique et des antennes, s'appuyant sur le SM- MIMO et TRLA. Ces schémas devront répondre aux besoins complexes des réseaux mobiles: grande mobilité, mode duplex en fréquence et la compatibilité avec des formes d'onde à base multi-porteuses. Des indicateurs tels que le coût de l'énergie, de la complexité et du rayonnement par bit transmis par seconde seront évaluées. 4 - Consortium : principalement des universitaires menés par des industriels, et des experts en optimisation conjointe couche physique et antenne Le consortium est composé de 2 sociétés (Orange et TRCOM ) et 4 établissements universitaires ( Institut Langevin , IETR INSA de Rennes , Télécom Bretagne , Supélec ) . Orange dirige le projet. Supélec est la tête de la recherche mondiale sur le sujet SM-MIMO et dirigera les études algorithmiques. Les autres partenaires ont déjà produit ensemble une preuve de concept de Retournement Temporel commune et antennes micro structurés dans le projet ANR TRIMARAN, et ont étudié un système de réception Modulation spatiale de base . Ce consortium a donc les avantages suivants pour atteindre les objectifs de la proposition de projet : a)il existe une forte complémentarité entre les partenaires ; b)il est possible de réaliser des économies en ressources matérielles et de développement de FPGA en réutilisant les plates-formes du projet TRIMARAN, pour relever de nouveaux défis ; c)le consortium a de l'expérience sur la conception conjointe PHY- Antennes pour les petits équipements.

Transcultur@ est un projet de recherche collaborative internationale porté par une équipe franco-brésilienne de spécialistes de sciences humaines et sociales. Il vise à la réalisation d’un Dictionnaire d’histoire culturelle transatlantique : un outil scientifique et technologique innovant, édité en ligne et en quatre langues (anglais, espagnol, français, portugais), pour analyser les dynamiques de l’espace atlantique et comprendre son rôle dans le processus de mondialisation contemporain. À travers une série de notices consacrées aux relations culturelles complexes entre l’Europe, l’Afrique et les Amériques, cette encyclopédie numérique entend mettre en œuvre une histoire connectée de l’espace atlantique contemporain, dans une perspective interdisciplinaire associant historiens, anthropologues, sociologues, politistes, musicologues, spécialistes de littérature, arts, théâtre ou cinéma. Conçu au plus près de la recherche, ce dictionnaire propose une réflexion sur les circulations transatlantiques et la mondialisation culturelle, mais également sur les processus d’identification et les frontières qui ont contribué à la formation et au renouvellement de grandes aires culturelles depuis le XVIIIe siècle. Conçu avec le soutien de la TGIR Huma-Num, Transcultur@ intègrera les apports des humanités numériques pour mesurer, cartographier et analyser les circulations culturelles dans l’espace atlantique. Le projet sera porté par trois institutions principales : l’Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines, l’Université Sorbonne Nouvelle – Paris 3 et l’Universidade de São Paulo.

La concentration d'entreprises et d'emplois dans l'audiovisuel la plus importante en France (45% des établissements et 65% des effectifs de la filière image) est observée dans le Nord parisien (Pôle Média Grand Paris [2013]). Ce territoire est également caractérisé par une forte densité de son tissu culturel alternatif et créatif (communautés artistiques, formations, lieux, associations...). Malgré cette coexistence, les interactions entre ces deux mondes s'avèrent relativement limitées en Seine-Saint-Denis. Or, comme l'ont montré nombre d'expériences à l'échelle internationale, de tels liens sont essentiels et peuvent être mutuellement avantageux pour tous les acteurs d'un territoire créatif. L'absorption de la créativité locale par les sociétés de production audiovisuelle peut accentuer leur différenciation face à une forte concurrence internationale. Symétriquement, les grands acteurs de l’audiovisuel peuvent mettre en lumière des pratiques et des acteurs qui peinent à standardiser leurs pratiques ou à passer à l’échelle. Ainsi, au niveau du territoire, la multiplication des interactions entre les différents acteurs pourrait générer des externalités positives : valorisation accrue des productions artistiques locales, amélioration de la qualité de vie et de la cohésion sociale dans les quartiers, etc. L'objectif de ce projet collaboratif et pluridisciplinaire (économie, gestion, géographie, sciences de la communication, sociologie) est précisément de mettre en évidence les conditions structurelles et comportementales d'un ancrage territorial durable des activités audiovisuelles. Il s'agira pour cela de qualifier et de cartographier les acteurs, les infrastructures, les lieux et les liens s'établissant (ou susceptibles de se nouer) au sein et entre les différentes strates composant le territoire créatif du Nord parisien. Nous mettrons également en place des expérimentations nous permettant d'analyser les conditions d'émergence de structure plus petites (middleground) et susceptibles de stimuler cette intégration et la formation d'un cluster audiovisuel. Le projet est porté par six institutions de recherche [Université Sorbonne Nouvelle-Paris 3 (IRCAV), Université Vincennes-Saint-Denis-Paris 8 (ESTCA), Université de Rennes I (CREM), Université Paris-Sud (RITME), Ecole Polytechnique (CRG) et l'Université Paris Est (LATTS)] et deux partenaires professionnels établis à Saint-Ouen [Commune Image (tiers-lieu) et Fidé (festival de documentaires)]. Les partenaires recherche sont spécialisées dans l'économie du cinéma et de l'audiovisuel (IRCAV, ESTCA), l'économie urbaine et de la créativité (CREM en association avec des chercheurs d'HEC Montréal), l'économie numérique (RITM, CREM), la sociologie et l'aménagement (LATTS, IRCAV) et le management de la créativité (CRG).

La bipléiophylline est l'un des alcaloïdes indoliques les plus complexes isolés à ce jour. Cette molécule est considérée comme « une montagne à gravir » par synthèse totale. Elle est significative de la capacité de la nature à assembler des briques moléculaires très simples en substances extrêmement raffinées et fonctionnalisées. La pléiocarpamine est un intermédiaire-clé dans sa biosynthèse et dans celles de substances naturelles apparentées. Les objectifs de ce projet sont: 1) d’élucider la biosynthèse de la pléiocarpamine qui permettra de lever des zones d’ombre sur des étapes fondamentales et précoces de la biosynthèse des alcaloïdes indolomonoterpénique 2) de réaliser la première synthèse totale bio-inspirée de la pléiocarpamine 3) de réaliser la synthèse totale biomimétique de la bipléiophylline et des alcaloïdes apparentés à partir de la pléiocarpamine. Ce projet collaboratif à l'interface biosynthèse - synthèse totale - méthodologie sera mené par les équipes de G. Vincent (ICMMO, faculté des Sciences) et E. Poupon/L. Evanno (BioCIS, faculté de Pharmacie) de l'Université Paris-Sud.

Le développement de nouvelles stratégies efficaces et stéréosélectives de fonctionnalisation de sucres reste un défi majeur de la communauté des glycochimistes. Dans ce contexte, le but principal de ce projet consiste à développer de nouvelles approches de fonctionnalisation innovantes de la position anomérique de sucres basées sur leur utilisation comme partenaires nucléophiles dans des couplages métallocatalysés (Buchwald-Hartwig-Migita, Ullmann-Goldberg, Chan-Lam-Evans, C-H activation). Ces méthodes permettront de fonctionnaliser une liaison glycosidique (SH, NH2, OH ou C-H) avec un parfait contrôle de la stéréosélectivité indépendamment des groupements protecteurs. De plus, des études mécanistiques seront envisagées si nécessaire, afin de mieux comprendre les paramètres fondamentaux qui gouvernent la réactivité mais aussi la stéréosélectivité de la réaction. Ces méthodes seront appliquées à la synthèse d’hétérosides et de glycoconjugués, outils précieux pour étudier les interactions qui contrôlent les processus biologiques complexes du monde du vivant.

L’imagerie par spectrométrie de masse TOF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) peut être grandement améliorée en utilisant des agrégats massifs d’argon, permettant de pulvériser des échantillons biologiques, qui sont ensuite analysés par un faisceau d’agrégats de bismuth. Des résultats préliminaires récents ont montré que cette méthode d’analyse en profondeur, utilisant deux faisceaux, permet d’acquérir pour des molécules organiques telles que des lipides, des images d’ions en 3-D, une augmentation significative de la sensibilité, ainsi qu’un nettoyage sans endommagement de la surface d’échantillons précieux. Le projet DEFIMAGE est multi- et interdisciplinaire. Il vise à faire une grande avancée en imagerie TOF-SIMS, ouvrant ainsi la porte à des études fondamentales en spectrométrie de masse d’une part, à de la recherche médicale d’autre part, et enfin à l’analyse chimique d’objets du patrimoine culturel. Après l’installation d’une nouvelle source d’agrégats massifs d’argon sur le spectromètre de masse TOF-SIMS existant, qui délivrera des faisceaux d’agrégats constitués de plusieurs centaines à plusieurs milliers d’atomes d’argon, différentes conditions expérimentales seront évaluées pour tester et optimiser le profilage en profondeur sur des échantillons de coupes de cerveau de rat utilisé comme modèle d’étude de référence : la taille et l’énergie des agrégats d’argon utilisés pour la pulvérisation, ainsi que la taille et l’énergie des agrégats de bismuth utilisés pour l’analyse, et les doses relatives de chacun des faisceaux. Cela sera évalué selon trois directions : analyse en profondeur des sections minces de tissus, amélioration de la sensibilité, en sommant le signal ionique sur toute la profondeur de l’échantillon au cours de la pulvérisation (une augmentation d’un facteur au moins 100 est attendue), et nettoyage de la surface des échantillons par une pulvérisation douce des pollutions de surface avec les agrégats d’argon. Une attention particulière sera accordée à la migration possible des lipides pendant la décongélation sous vide des échantillons, ainsi qu’aux possibles effets de matrice induits par certains composés très spécifiques comme le cholestérol. La première utilisation de cette nouvelle méthode consistera à analyser, avant et après les tirs laser, la composition en profondeur de coupes de tissus recouverts par la matrice pour l’imagerie MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption-Ionisation), afin d’améliorer la compréhension des phénomènes de désorption-ionisation impliqués en MALDI, en particulier en imagerie. Puis deux applications sont consacrées à des domaines très différents. Pour chacun de ces cas, des collaborations informelles ont déjà commencé depuis plusieurs années, et des résultats préliminaires ou des preuves de concept ont d’ores et déjà été obtenus. Une première application en recherche médicale se concentrera sur l’acquisition d’images ioniques d’artères remodelées, sélectionnées à partir d’échantillons complexes de poumons humains explantés de patients souffrant d’hypertension artérielle pulmonaire, comparés à des témoins, ainsi que de rats modèles, afin d’aider à la compréhension de la physiopathologie de cette maladie incurable. Enfin, dans le domaine du patrimoine culturel et de l’archéologie, la seconde application étudiera les pigments provenant d’échantillons de tableaux datant de la Renaissance au XXème siècle. Les données acquises aideront à caractériser l’utilisation et le mode de préparation des pigments et liants différents, l’origine des minéraux, la nature des liants, la synthèse chimique des composés, ou le mélange de différentes molécules organiques. Chacune de ces applications a été choisie parce que l’instrumentation actuelle en imagerie TOF-SIMS y a déjà montré des limitations qu’il convient de dépasser. L’objectif final sera de faire de l’imagerie par spectrométrie de masse TOF-SIMS une méthode de choix pour l’analyse chimique localisée à l’échelle du micron.

Ce projet entend développer une nouvelle famille de composés hélicoïdaux, les phosphahélicènes. Il s’agit de structures polyaromatiques ortho-condensées dans lesquelles un cycle phosphoré à cinq chaînons (phosphole ou benzophosphole) serait intégré dans la séquence de noyaux aromatiques. Il a été largement démontré que les hélicènes possèdent des propriétés uniques et des applications dans une variété de domaines tels que les matériaux optoélectroniques, la reconnaissance chirale, la chimie supramoléculaire, la catalyse, etc. Les phosphahélicènes devraient permettre d’élargir et d’optimiser ces applications, grâce aux modulations apportées par la présence du phosphore, avec ses divers degrés d’oxydation et la possibilité de coordination aux métaux de transition. Notamment, les phosphahélicènes pourraient constituer une nouvelle famille de ligands pour les métaux de transition ou d’organocatalyseurs exploitant la chiralité hélicoïdale de leur squelette. En dehors des travaux réalisés par les partenaires de ce projet, il n’y a actuellement dans la littérature que trois articles concernant les phosphahélicènes. On peut donc raisonnablement considérer que le domaine est quasiment inexploré et que cette famille de composés originaux n’a pas encore été développée et encore moins valorisée à hauteur de son potentiel. La condition préalable pour ce développement est la disponibilité de méthodes de synthèse le plus possible diverses, faciles, efficaces et générales, donnant accès à une variété de structures. Notre travail consistera d’abord à définir de telles méthodologies synthétiques, grâce au partenariat entre deux équipes qui maîtrisent des outils synthétiques différents et complémentaires. L’obtention de phosphines hélicoïdales énantiopures sera un objectif prioritaire. Pour la valorisation des propriétés des phosphahélicènes, ce projet associe deux partenaires qui ont des domaines de compétence très différents, respectivement la catalyse énantiosélective et l’étude et l’utilisation de matériaux organophosphorés pour l’optoélectronique. Par conséquent, le développement de méthodes synthétiques sera orienté vers la valorisation des phospha-hélicènes dans ces deux domaines. Des résultats préliminaires encourageants ont prouvé que les phosphahélicènes sont de très bons ligands pour l’Au(I) et peuvent conduire à des catalyseurs hautement énantiosélectifs pour certaines réactions de cycloisomérisation de substrats polyinsaturés. Notre travail sera donc focalisé sur la mise au point de versions énantiosélectives de nouvelles réactions catalytiques d’intérêt synthétique, à l’aide des complexes phosphahélicène-Au(I). Egalement, les propriétés photophysiques et chiroptiques des phosphahélicènes seront évaluées systématiquement et l’étude des composés les plus prometteurs sera poussée jusqu’à l’élaboration de dispositifs tels que les OLEDs émettant lumière polarisée.

Contexte scientifique L’azote joue un rôle fondamental dans les produits de l’industrie pharmaceutique et agrochimique puisque sa présence influence de manière notable les propriétés pharmaco-dynamiques et –cinétiques de ces molécules. Dans ce contexte, des études récentes encouragent les chimistes à explorer de nouveaux espaces chimiques avec la recherche de nouveaux synthons azotés chiraux riches en carbones Csp3. Tout particulièrement, la recherche de nouvelles réactions catalytiques pour la synthèse et la fonctionnalisation d’hétérocycles azotés doit être privilégiée, et ce dans un contexte de chimie durable. L’importance capitale de l’azote dans les sciences du vivant fait que le développement de nouvelles méthodes de formation de liaisons C-N est au cœur de la synthèse organique moderne. L’émergence récente de la catalyse organométallique a abouti à des avancées majeures dans ce but. Ce projet de recherche fondamentale s’inscrit dans ce domaine hautement compétitif de formation de liaisons C-N, avec pour objectif principal l’exploration de la chimie des nitrènes. Ces réactifs peuvent être assimilés à des oxydants à 2 électrons qui permettent d’introduire à façon des fonctions azotées selon un processus assimilable à une «chimie-click». La catalyse organométallique s’est avérée un outil précieux pour la mise au point de réactions intramoléculaires d’aziridination d’alcènes et d’amination C-H, dont l’efficacité est attestée par de remarquables applications en synthèse organique. Mais en dépit de ces résultats significatifs, force est de constater que le champ d’application des transferts de nitrène est très limité en version intermoléculaire. A ce jour, il n’existe pas de méthodes permettant de contrôler l’insertion chimiosélective d’un nitrène dans une liaison C(sp3)-H allylique ou sur la double liaison adjacente. Plus significativement, découvrir des additions intermoléculaires de nitrène catalytiques et asymétriques constitue toujours un défi très ambitieux à relever. Objectifs Via une collaboration entre des groupes dont les expertises reconnues sont centrées respectivement sur la chimie des nitrènes et la chimie hétérocyclique, le projet INTER-NIT vise à découvrir des méthodes inédites ainsi que des nouveaux réactifs et catalyseurs pour mettre au point des additions intermoléculaires chimio- et énantiosélectives de nitrènes. Une fois établies, ces réactions seront appliquées, d’une part à la fonctionnalisation « late-stage » de molécules complexes, éventuellement biologiquement actives, et d’autre part, à la recherche de cascades multicatalytiques. Ces applications devraient permettre de produire des bibliothèques de molécules complexes azotées. Il est important de souligner que le programme de travail repose sur des résultats préliminaires solides qui devront permettre d’atteindre les objectifs ambitieux fixés. Le partenaire 1 a un savoir-faire reconnu dans la chimie synthétique de nitrènes, ayant publié des articles de référence dans le domaine. Le partenaire 2 possède une excellente expertise dans le développement de synthèses d’hétérocycles azotés à visée thérapeutique. La combinaison de ces deux expertises est un solide gage de réussite pour la réalisation du projet INTER-NIT. En conclusion, cette étude vise à améliorer les connaissances dans le domaine de la chimie synthétique des nitrènes, par la découverte de nouvelles réactions intermoléculaires sélectives. Notamment, il est fondamental de rappeler que l’amination catalytique de liaisons C(sp3)-H est un processus inconnu dans la nature. Mettre au point une telle réaction au laboratoire constituera un outil synthétique sans précédent pour le chimiste, avec des retombées éventuelles dans un cadre de propriété intellectuelle. A travers la collaboration proposée par le projet INTER-NIT, nous sommes persuadés que ces études aboutiront à la découverte de réactions innovantes et performantes, permettant à ce consortium de se maintenir parmi les leaders du domaine.

La catalyse asymétrique à base d'ADN nécessite de pouvoir effectuer une réaction à proximité de la double hélice elle-même détenant l’information chirale qui sera transmise au complexe activé. Par analogie avec les métalloenzymes hybrides, la catalyse à base d’ADN requiert l’utilisation de ligands achiraux ancrés dans l’ADN suivant un mode covalent, non-covalent ou datif. Bien que développé depuis quelques années, de nombreux défis restent à relever dans ce domaine. En premier lieu, les réactions doivent être réalisées dans des milieux aqueux en raison de la faible solubilité et stabilité de l'ADN dans les solvants organiques usuels, limitant ainsi le nombre et le type de réactions qui peuvent être envisagées. Deuxièmement, afin d'éviter la dénaturation de l'ADN il est nécessaire de maîtriser les températures de réactions et, corolaire aux solvants aqueux, d’éviter des températures proches du point de congélation de l’eau. Troisièmement, toutes les stratégies signalées à ce jour impliquant d'autres métaux que le cuivre nécessitent des transformations post-synthétiques. Enfin, un cloisonnement permettant des processus multi-catalytiques monotopes n'a jamais réalisé jusqu’à présent. L'utilisation de ligands spécifiques ayant des modes d’ancrages définis nous permettra de comprendre les principaux mécanismes responsables de l’énantiosélectivité et permettra la réalisation de réactions en cascade programmables. Dans ce projet multidisciplinaire, nous souhaitons profiter de la structure tridimensionnelle des acides nucléiques pour créer un environnement chiral autour d'un catalyseur métallique activé. Par ailleurs, afin d’exploiter pleinement le potentiel de la catalyse asymétrique à base d'ADN et traduire la chiralité des séquences d'acides nucléiques au niveau moléculaire, nous devrons développer des stratégies de synthèse et de codage supérieures à celles utilisées jusqu’à présent. Dans cet objectif, nous ambitionnons de 1) développer de nouveaux systèmes d’ancrages spécifiques capables de changer le microenvironnement réactionnel 2) de développer des systèmes catalytiques novateurs et éco-compatibles afin d’augmenter significativement le champ d'application de la catalyse à base d’ADN, 3) d’effectuer des synthèses multi-étapes monotopes par un changement topologique de l'ADN et 4) d’appliquer pour la première fois la catalyse asymétrique à base d'ADN à la synthèse de produits naturels complexes. Ainsi, en affinant les motifs structuraux de l’ADN ainsi que les différents modes d'ancrage, nous nous proposons de développer des nouveaux biocatalyseurs dérivés d'ADN capables de réaliser plusieurs transformations synthétiques en un seul pot avec des niveaux élevés d’énantiosélectivité. Notre approche est modulaire, et à ce titre pourra combiner différentes topologies programmables. Ces assemblages supramoléculaires permettront en outre des études d'optimisation rapides. Enfin, dans un contexte international très compétitif, la collaboration entre trois équipes françaises très complémentaires est un atout considérable pour démocratiser la catalyse à base d’ADN en synthèse organique et en synthèse totale.

Comprendre la véritable nature des verres reste à ce jour l’un des défis les plus importants de la physique de la matière condensée. Bien que les verres soient utilisés dans de très nombreuses applications, on se demande toujours si les verres sont de véritables solides relaxant vers un état thermodynamique, ou bien s’ils sont juste une structure amorphe dont le temps de relaxation est si grand que le système apparait comme un solide expérimentalement. Selon certaines théories, les verres atteindraient un véritable état d’équilibre via une transition du premier ordre à la température TK dite de Kauzmann au-dessous de laquelle un état vitreux « idéal » est atteint, mais ceci est contesté par d’autres théories. Il est très difficile de trancher ce débat –apparemment si simple- du fait que lorsqu’on décroit leur température, le temps de relaxation des verres devient si grand que le système tombe hors équilibre, rendant impossible de faire des mesures à l’équilibre suffisamment près de TK. Très récemment, des avancées théoriques ont proposé une stratégie pour contourner ce problème : l’idée est de figer dans le liquide une concentration c de molécules –par la procédure dite du « clouage »- et d’étudier ensuite comment le temps de relaxation et d’autres quantités thermodynamiques dépendent de cette concentration c. Ce « clouage » devrait révéler des propriétés nouvelles, par rapport au cas usuel c=0. En particulier la transition thermodynamique –si elle existe- devient une ligne de Kauzmann TK(c) possédant des propriétés bien spécifiques, avec des conséquences sur le comportement du temps de relaxation en fonction de T et de c qui devraient être mesurables avant que le système ne tombe hors équilibre. Le but du projet COMET est de tester ces prédictions théoriques en réalisant la première expérience de « clouage » sur un liquide moléculaire. Nos résultats aideront donc à comprendre si oui ou non le ralentissement de la dynamique des verres résulte d’une transition thermodynamique sous-jacente. Notre approche consiste à mélanger un liquide vitrifiable (à base de triazine) avec une fraction c de molécules qui, grâce à une modification chimique mineure, sont rendues optiquement actives, c’est-à-dire que leurs degrés de liberté rotationnels peuvent être figés par une source de lumière. Ceci permet de réaliser expérimentalement le clouage de ces degrés de liberté rotationnels. Nous prévoyons ensuite d’étudier par spectroscopie diélectrique le comportement du temps de relaxation dans le plan T-c. Tout au long de notre projet, nos résultats expérimentaux seront comparés avec des simulations numériques adaptées à notre protocole expérimental, ce qui affermira nos conclusions sur l’existence ou non de la ligne TK(c). Finalement, c’est en combinant la conception sur mesure d’un liquide vitrifiable moléculaire, avec une méthodologie nouvelle exploitant les théories et simulations de pointe, que notre projet COMET ambitionne de réaliser la première expérience testant les idées récemment proposées dans la littérature pour sonder l’existence –ou la non existence- d’une transition vitreuse thermodynamique.

Contrairement aux idées reçues, les supraconducteurs conventionnels hors d'équilibre (SCHE) peuvent être de bons ferromagnétiques et aussi d'excellents matériaux thermoélectriques dépendant du spin, et la fonction d'onde supraconducteur peut être composé de paires d’électrons à spins alignés. Mes dernières expériences démontrant une aimantation hors d’équilibre, la séparation de spin et de charge et la résonance de spin des quasi-particules dans l'aluminium supraconducteur ont révélé que les propriétés magnétiques des SCHE dépendent fortement de courants de spin et de charge, induits par des tensions ou un champ magnétique ; ils peuvent donc être finement réglé. Ce travail a motivé un nombre croissant d’études théoriques des propriétés thermoélectriques de SCHE, qui devraient montrer une sensibilité similaire à des paramètres expérimentaux accessibles. Ainsi, des courants et des distributions de spin hors d'équilibre dans les supraconducteurs promettent une polyvalence améliorée et de nouveaux concepts pour l'électronique à base de spin et de chaleur – respectivement spintronique et caloritronique – en particulier par l’ingénierie des fonctions de distributions dépendant du spin. M’appuyant sur mes travaux précédents, je propose de démontrer et d’établir des techniques pour le fin contrôle de l'inter-conversion de spin courants hors d’équilibre avec les deux courants de chaleur et de charge dans des dispositifs nanométriques à base de supraconducteurs et/ou d’isolants topologiques. Ce faisant, je fermerai le triangle de conversion et contrôle mutuels entre courants de spin, de charge et de chaleur. Cet avancé apportera également de nouvelles techniques à des problèmes fondamentaux mais encore non résolus dans le domaine de la supraconductivité, y compris les mécanismes de relaxation et de décohérence de spin ; et la manipulation des électrons constituants des paires de Cooper pour générer la supraconductivité triplet ou bien des électrons intriqués, sélectionnés en spin et spatialement séparés.

La dernière décennie a été marquée par la redécouverte du couplage spin-orbite (SOC) dans de nombreux domaines. La plupart des exemples viennent de semiconducteurs, peu corrélés, comme Bi2Te3 pour les isolants topologiques ou GaAs pour des applications en spintronique. Un fort SOC est une propriété générale des éléments lourds, mais son impact dans le domaine des systèmes corrélés a été beaucoup moins étudié. Parmi les systèmes corrélés avec un fort SOC, les iridates sont ceux qui attirent le plus l’attention de la communauté. Ils peuvent former différentes structures, où l’Ir garde en général 5 électrons dans sa couche 5d. Ceci permet de former un état demi-rempli de moment angulaire effectif Jeff=1/2, pour lequel les corrélations et les fluctuations magnétiques quantiques sont renforcées. Dans ce projet, nous voulons explorer en détail l’impact d’un fort SOC dans les iridates. La force de notre consortium est de rassembler des compétences dans (i) l’élaboration de nouveaux matériaux, (ii) la combinaison de différentes techniques expérimentales et (iii) des approches théoriques de haut niveau. Nous avons identifié trois directions où le SOC pourrait donner lieu à de nouveaux phénomènes. De nouveaux isolants de Mott – Dans un isolant de Mott, les électrons sont localisés par une forte répulsion Coulombienne. La plupart viennent de métaux de transition 3d (V2O3, cuprates, manganites, etc). Les orbitales 5d sont plus étendues spatialement que les 3d, ce qui réduit cette répulsion et devrait déstabiliser l’état de Mott. Pourtant, beaucoup d’iridates sont isolants, alors qu’ils présentent des bandes partiellement remplies. Ils pourraient réaliser une nouvelle forme d’isolants, les isolants Mott-spin-orbite. Le pérovskite lamellaire Sr2IrO4 est certainement l’exemple le plus étudié. Nous proposons de synthétiser Sr2IrO4 et des composés voisins sous forme de monocristaux, de poudres et de films minces. Nous étudierons différents aspects de leurs propriétés physiques par ARPES, transport, RMN et RIXS. Dans un second temps, nous essaierons de doper ces matériaux pour obtenir des phases métalliques. Très peu de choses sont connues sur les propriétés de ces phases, mais des similarités avec les cuprates ont conduit des théoriciens à prédire que la supraconductivité à haute température y serait possible. Nous testerons cette proposition et clarifierons les similitudes et différences caractérisant ces nouveaux systèmes corrélés. De nouveaux liquides de spin – Les liquides de spin sont des systèmes où des fluctuations quantiques fortes empêchent le système de s’ordonner, même à température nulle. En dimension supérieure à 1, on les trouve souvent sur des réseaux frustrés, comme le réseau kagomé. Un fort SOC enrichit la situation en créant de nouveaux pseudo-spins Jeff = ½, où les degrés de liberté orbitaux et de spin sont intriqués. Nous étudierons un des premiers exemples découvert : Na4Ir3O8 qui a un réseau tridimensionnel frustré « hyperkagomé ». Sa version dopée en trous, Na3Ir3O8, pourrait réaliser l’état longtemps recherché de liquide de spin dopé. De nouvelles phases topologiques – Depuis la découverte du graphène en 2005, la physique des fermions de Dirac a donné lieu à deux nouvelles aires de recherche : les isolants topologiques et les semi-métaux de Weyl. Les deux nécessitent un fort SOC et ont été proposé dans les iridates mais pas encore clairement mis en évidence expérimentalement. Nous essaierons de synthétiser le multicouche Sr2IrRhO6, qui a été proposé comme isolant topologique. L’existence des semi-métaux de Weyl a été proposé pour les pyrochlores. Nous testerons cette proposition expérimentalement par le transport et la spectroscopie Raman. Au niveau théorique, une question ouverte concerne la stabilité de cette phase. Nous étudierons ce point dans le contexte de modèles génériques de liaisons fortes.

Longtemps les bactéries ont été considérées comme des particules colloïdales passives supposées n’avoir aucune influence sur les écoulements fluides hormis une perte visqueuse croissante aux fortes concentrations. Il est maintenant prouvé que la nage des micro-organismes dans un fluide ainsi que les interactions entre les individus, à l’origine de mouvements collectifs, jouent un rôle essentiel sur les propriétés macroscopiques de transport des bactériennes. L'ambition de ce projet est donc : (i) de créer une dynamique scientifique nouvelle autour des problèmes du transport hydrodynamique des fluides bactériens et, en s'attaquant à l'étude de leur comportement en milieux poreux, de déterminer leurs équations de transport à une échelle macroscopique. Une telle thématique s'inclue dans le champ de la «matière active», (ii) de développer des outils spécialement dédiés à la manipulation et à la caractérisation de tels fluides et d'évaluer leur valorisation dans des perspectives d’application. Notre consortium est constitué de trois équipes reconnues dans leur domaine et aux compétences complémentaires; la première équipe est spécialiste de l'hydrodynamique et des fluides complexes, la seconde maîtrise la biophysique des bactéries et les comportements chimiotactiques, et la troisième est experte dans les problèmes de transport et de dispersion hydrodynamique dans les milieux poreux. Un phénomène clé que nous souhaitons étudier explicitement est la réponse d'une population de bactéries à un écoulement. Cela implique de comprendre l’influence de l’hydrodynamique sur les propriétés de nage – incluant les phénomènes de rhéotactisme, les changements d’orientation chimiotactiques et des couplages encore non compris entre la géométrie d’une bactérie et le cisaillement hydrodynamique. En identifiant ces phénomènes à des échelles microscopiques par des techniques de visualisation directe de la nage des bactéries, nous souhaitons déterminer le poids des différentes contributions impliquées dans le transport et la rhéologie des fluides actifs. Aux concentrations plus élevées en bactéries, nous allons mettre en évidence et quantifier l’impact des comportements collectifs sous cisaillement ainsi que leur influence sur les relations constitutives. Diverses géométries seront considérées chacune choisies pour étudier un phénomène particulier: des cellules de Hele-Shaw pour comprendre les échanges fluide/surface, des capillaires ou microcanaux pour analyser l'influence du rhéotactisme sur la répartition des bactéries ou sur la caractéristique de l'écoulement. Pour finir, des milieux 2D désordonnés puis des colonnes poreuses seront considérées afin d'obtenir un jeu de données expérimentales permettant d'élaborer une théorie complète du transport bactérien. Nous avons à notre disposition plusieurs modèles bactériens comme des souches de E. coli sauvages ou mutantes ou bien des souches magnétotactiques dont les caractéristiques de motilité sont sensibles l’action d’un champ extérieur comme le champ magnétique et aux gradients d’oxygène (aérotactisme). Notons que dans le cadre de ce projet, des techniques spécifiques – certaines sont originales dans ce contexte – seront développées. Elles concernent la manipulation des bactéries (microcanaux dans lesquels les gradients d’oxygène sont finement contrôlés, champs magnétiques, pièges acoustiques) ou la caractérisation de leur activité (suivi lagrangien des trajectoires ou bien rhéologie). L'approche que nous proposons allie la physique, l’hydrodynamique et la biologie et devrait permettre d'avoir un regard nouveau et inédit sur des problèmes connus de longue date sur la dispersion hydrodynamique. Nous pensons que des problématiques appliquées, telles que, par exemple, la bio-contamination, pourraient être mieux appréhendées car elles nécessitent une approche nouvelle dans laquelle la motilité des micro-organismes serait prise en compte explicitement.

Nous proposons d'étudier le rayonnement de Hawking émis par des “trous noirs analogues” dans deux systèmes de matière condensée : d'une part, dans un canal à houle et d'autre part, dans un gaz d'atomes condensés (BEC). Dans le premier cas, le rayonnement est constitué d'ondes de surface se propageant à contre courant. Dans le second, il est constitué d'ondes acoustiques (de phonons) dans un condensat en mouvement non-uniforme. Ces deux types d'expériences sont très complémentaires. Les expériences effectuées dans le canal de l'Institut Pprime étudieront le rayonnement de Hawking dans son régime stimulé, à savoir on observera la diffusion d'ondes émises par un batteur et bloquées lorsque le contre-courant atteint une vitesse trans-critique. Pour mettre en évidence l'effet Hawking, on mesurera l'amplitude (relative) de l'onde d'énergie négative produite lors du blocage de l'onde incidente. La principale nouveauté consistera à obtenir des écoulements qui seront trans-critiques et réguliers, ce qui n'a pas encore été réalisé, et qui constitue un prérequis pour que la diffusion des ondes de surface autour du point de blocage corresponde précisément à celle responsable de l'effet Hawking autour de l'horizon d'un trou noir. Une autre nouveauté consistera à comparer les données recueillies à des simulations numériques détaillées concernant la diffusion d'ondes de surface dans de tels écoulements. Dans les expériences des gaz atomiques, on cherchera à atteindre des températures suffisamment basses pour observer la production spontanée de paires de phonons associée à l'amplification des fluctuations du vide. Cette production spontanée conduit à des états bi-partites intriqués. Pour distinguer ces états de ceux obtenus par amplification de fluctuations thermiques, nous mesurerons l'intensité des corrélations entre les deux types de phonons impliqués dans cette amplification paramétrique. Pour valider ces techniques novatrices, nous étudierons dans un premier temps l'effet Casimir dynamique qui est plus simple à réaliser, mais qui est conceptuellement très proche de l'effet Hawking car il conduit lui aussi à la production de paires de phonons corrélés. Dans un second temps, en utilisant les mêmes techniques, nous tenterons d'observer les corrélations entre les paires de phonons émises par effet Hawking. La conception, la réalisation, et l'analyse de ces expériences seront analysées en étroite collaboration avec les deux équipes théoriques. Les théoriciens seront particulièrement impliqués dans le calcul (numérique) des propriétés spectrales attendues, ce qui permettra d'identifier les conditions optimales pour la réalisation des expériences. Ils calculeront également l'intensité des corrélations entre les phonons partenaires créés en paires. Ceci est nécessaire pour déterminer les domaines (très réduits) de l'espace des paramètres donnant lieu à des violations des inégalités de Cauchy-Schwarz. Finalement, ils seront également impliqués dans la conception des obstacles engendrant des écoulements trans-soniques réguliers où apparaissent des effets hydrodynamiques non-linéaires qui n'ont pas encore été pris en compte dans les travaux existants de gravité analogue.

Une jonction Josephson (jonction tunnel entre deux électrodes supraconductrices) est le seul composant électrique non linéaire et non dissipatif connu à ce jour. Ces deux propriétés le placent au cœur de tous les composants électroniques supraconducteurs, des magnétomètres à SQUIDs aux standards du Volt (obtenus grâce à des réseaux de jonctions Josephson sous illumination micro-ondes), en passant par les circuits supraconducteurs développés récemment pour l’information quantique. Notre projet vise à tester la faisabilité et les propriétés d’un autre dipôle supraconducteur non linéaire non dissipatif dont le principe a été proposé par Mooij et Nazarov il y a presque dix ans : la jonction à saut de phase quantique (Quantum Phase Slip Junction QPSJ en anglais) [1]. Une QPSJ consiste en un mince fil supraconducteur reliant deux électrodes supraconductrices, et sensé se comporter comme l’exact dual (au sens quantique) d’une jonction Josephson : leurs comportements sont identiques, à condition d’échanger le rôle de la différence de phase supraconductrice et de la charge accumulées aux bornes du dipôle. De même qu’une jonction Josephson réalise la superposition cohérente d’états caractérisés par le transfert par effet tunnel de différents nombres de paires de Cooper, une QPSJ réalise la superposition cohérente d’états caractérisés par des écarts de phase entre les deux extrémités du fil différant de multiples de 2pi, que l'on peut également voir comme un effet tunnel cohérent de quanta de flux en travers du fil. L’implémentation de QPSJs constituerait une percée majeure en électronique supraconductrice. En irradiant un QPSJ par des micro-ondes, on implémenterait une expérience duale de celle de l’effet Josephson AC: au lieu d’établir une relation métrologique entre la seconde et le Volt, on obtiendrait une relation entre l’Ampère et la seconde. De même, les QPSJ seraient la brique de base d’une électronique supraconductrice de très haute impédance, ouvrant d’innombrables possibilités. Depuis la suggestion de Mooij et Nazarov [1], plusieurs expériences menées dans différents laboratoires ont cherché à sonder la physique des QPSJ, ne confirmant que partiellement les prédictions, apportant plus de questions que de réponses. Plus concrètement, non seulement, le dual de l’effet Josepshon AC n’a pas été observé, mais même quand la superposition cohérente de sauts de phase a été observée [2,3], le temps de cohérence associé était étonnamment court. Enfin, la simple modulation périodique de la charge aux bornes d’un fil supraconducteur n’a pas été clairement observée [4]. Pour conclure, la possibilité de réaliser de façon contrôlée et versatile un composant Josephson dual reste à établir. Nous pensons qu’il est temps de procéder d’une façon plus systématique que dans les expériences ponctuelles réalisées jusqu’à présent, en appliquant les méthodes ayant permis l’implémentation d’une l’électrodynamique quantique en cavité des circuits supraconducteurs. Notre consortium possède les compétences requises pour sonder la physique des QPSJ par cette approche. En combinant nos talents et en progressant de façon systématique, en partant de la caractérisation des matériaux et des problèmes liés au désordre, nous devrions pouvoir obtenir des dispositifs à QPSJ pleinement fonctionnels. [1] Mooij and Nazarov, Nat. Phys. 2, 169 (2006). [2] Astafiev et al., Nature 484, 355 (2012), [3] Peltonen et al. Phys. Rev. B 88, 220506(R) (2013) [4] Hongisto and Zorin, Phys. Rev. Lett. 108, 097001 (2012)

La structure interne des planètes géantes est encore largement inconnue. La présence d'un cœur rocheux au centre de Jupiter est toujours sujet à débat.Son existence revêt une importante capitale pour la détermination du mécanisme à l'origine de la formation du système solaire, mais aussi pour notre compréhension de la physique de la matière sous très haute pression et pour une comparaison de notre Système Solaire avec les planètes extra-solaires. La sismologie de la Terre, la Lune, le Soleil et les étoiles, s'est avéré un outil extrêmement efficace et unique pour étudier la structure interne profonde de ces objets. La possibilité d'appliquer la même méthode sur Jupiter et les autres planètes géantes a été envisagée dès les débuts de l'héliosismologie dans les années 70. Sa réalité a récemment été démontrée par la première détection de modes propres acoustiques par le projet SYMPA et la mesure de la fréquence fondamentale de Jupiter, en parfaite concordance avec les prédictions théoriques. Récemment, des modes ont également été détectés sur Saturne, avec une méthode complètement différente, par l'identification d'ondes de résonance dans les anneaux de la planète sous l'effet de variations périodiques du champ de gravité. La possibilité d'explorer la structure interne des planètes géantes par la sismologie est une porte qui s'ouvre vers un nouveau domaine de recherche en planétologie. Le présent projet JOVIAL (Jupiter: Oscillations en Vitesse radiale par ImAgerie interférométrique multi-Longitudes) est la première étape de ce nouveau champ. Il vise à détecter et identifier les modes acoustiques de Jupiter dans le but de répondre définitivement à la question de l’existence du coeur jovien. De telles mesures nécessitent des observations quasi-continues de Jupiter et de Saturne pendant plusieurs semaines avec un instrument spécifique. JOVIAL constituera un réseau mondial pour ces observations. JOVIAL est basé sur notre expérience avec le projet SYMPA. L'instrument Doppler Spectro Imager (DSI), basé sur le même principe, a fait l'objet d'une amélioration sensible de la sensibilité et la stabilité, résultant d'une étude complète de R&T avec le soutien financier du CNES. Un prototype de l'instrument DSI a été testé d'abord au laboratoire, puis sur Jupiter avec le télescope MEO au plateau de Calern. Ces observations montrent un gain d'un facteur 5 par rapport à SYMPA. Une copie de ce prototype est en cours de réalisation suite au financement par la NASA du projet JIVE, pour une installation à l'Observatoire d'Apache Point au Nouveau Mexique. JOVIAL vise à développer un troisième instrument, plus versatile et avec une meilleure résolution, grâce à un nouveau module d'Optique Adaptative intégré. Cet instrument sera installé au télescope de 1.88 m à l'observatoire d'Okayama au Japon, pour compléter le réseau. Des observations de 3 semaines au moins, avec une couverture temporelle supérieure à 50 %, seront réalisées en Juin 2018 sur Jupiter, puis sur Saturne en 2019. La sensibilité et la résolution de JOVIAL permettront la détection et l'identification de modes d'oscillations d'amplitude supérieure à 5 cm/s jusqu'au degré l=25 au moins. De nouveaux modèles se de structure de l'intérieur de Jupiter seront déduits de ces observations avec une mesure directe de la taille du coeur et l'identification de discontinuités de densité. Il pourra également mesurer la circulation des vents zonaux avec une précision de l'ordre de 2 m/s et une résolution spatiale de l'ordre de 2000 km. Ces premières mesures directes des vitesses de vents seront comparées avec les mesures obtenues par suivi des nuages pour estimer l'influence des ondes dans la structure complexe de la météorologie jovienne. JOVIAL est un jalon indispensable sur le chemin pour de futures missions spatiales vers les planètes extérieures Uranus et Neptune, qui seules permettront d'obtenir des données continues pendant plusieurs mois avec une résolution spatiale suffisante.

L'observation du ciel aux longueurs d'onde millimétriques et submillimétriques a considérablement contribué à la compréhension d'une grande variété de phénomènes astrophysiques, allant de la formation des étoiles dans notre Galaxie, à la formation et l'évolution des structures dans l'Univers, et la mesure des paramètres cosmologiques. Après les satellites Planck et Herschel, l'avènement d'une caméra millimétrique capable de mener des observations combinant une grande résolution angulaire, une sensibilité élevée et un grand champ de vue, permettra de révéler les détails de la formation et de l’évolution des structures dans l'Univers. La caméra NIKA2 est un instrument de nouvelle génération pour l'astronomie millimétrique. Elle fonctionne à 100 mK et sera installée en Juin 2015 au télescope de 30 m de l'IRAM (Institut de radioastronomie millimétrique). NIKA2 va observer le ciel à 150 et 260 GHz dans un large champ de vue (6,5 minutes d'arc) à haute résolution angulaire (nominalement 18 et 12 secondes d'arc, respectivement), en polarisation à 260 GHz et avec une excellente sensibilité (20 et 30 mJy.s1/2, respectivement). Avec sa grande vitesse de cartographie (5000 détecteurs), NIKA2 va révolutionner notre vision de l'Univers froid. Aucun autre instrument existant ou en projet pour les années à venir ne pourra rivaliser avec NIKA2 en termes de sensibilité, résolution angulaire et de temps d’observation disponible. Le consortium NIKA2 rassemble 14 laboratoires (France, Royaume-Uni et Italie) dans une collaboration internationale qui a remporté en 2011 un appel d'offre lancé par l’IRAM pour la prochaine génération de caméra grand champ au télescope de 30 m. La première phase (2011-2015) du projet a été partiellement financée par l'ANR. Elle concerne la conception, la construction et les tests de la caméra NIKA2. Cette phase est achevée et la caméra prend actuellement les premières images en laboratoire dans les deux bandes, y compris le canal de polarisation. Le calendrier de NIKA2 pour l'installation en Juin 2015 au 30 m a été approuvé par l'IRAM. Pendant cette première phase, une caméra prototype (NIKA1: bi-bandes avec 300 KIDs) a également été construite et installée au télescope de 30 m. Les deux campagnes d’observation ont permis d’améliorer ses performances et d’atteindre d’ores et déjà les objectifs de NIKA2 en termes de sensibilité. La deuxième phase (2016-2020) concerne l'exploitation scientifique de cet instrument voué à être le leader mondial en astronomie millimétrique au sol. En effet, 1300 heures ont été attribuées au consortium NIKA2, i.e. le plus grand programme de temps garanti jamais donné par l'IRAM à une unique collaboration. Notre projet NIKA2Sky est centré sur les trois grands programmes menés par des instituts français, qui ont chacun obtenu 300 heures d'observation. Le programme scientifique est dédié à l'étude de la structure interne des amas de galaxies par effet Sunyaev Zel’dovich, de la formation des étoiles dans notre Galaxie, en étudiant le rôle du champ magnétique à l'échelle du dixième de parsec, et dans les galaxies lointaines, en détectant des centaines de galaxies infrarouges (dont plus de 100 à z>3.5) durant leurs épisodes majeurs de formation d'étoiles. Nous demandons un soutien financier pour recruter 4 post-doctorants, et organiser des réunions de collaboration ainsi qu'une conférence internationale afin d'assurer une grande visibilité aux résultats obtenus avec NIKA2. Ce soutien permettra de capitaliser nos efforts instrumentaux, financés en partie par l'ANR, qui ont conduit à la construction d'un instrument unique et leader en astronomie millimétrique.

Un défi vieux de plus d’un siècle en astrophysique est d’expliquer comment les rayons cosmiques sont accélérés à des énergies relativistes et comment ils diffusent dans leur galaxie hôte. Des progrès notables ont été réalisés sur leur production dans les restes de supernova, mais la découverte récente en rayons gamma, avec le satellite Fermi, d'un cocon de jeunes rayons cosmiques de haute énergie dans la superbulle Cygnus X a révélé une importante nouvelle facette du problème: quel est l'impact sur l’accélération (ou réaccélération) des particules et leur diffusion du fort niveau de turbulence générée dans le milieu de la superbulle par l’activité des nombreuses étoiles massives? Cette phase turbulente peut-elle modifier notablement notre compréhension du transport des rayons cosmiques dans la Galaxie puisque la plupart des sources de rayons cosmiques devraient se trouver dans des régions actives de formation d'étoiles? Dans ce projet, nous proposons de comparer deux superbulles, la jeune et bouillonnante bulle de Cygnus X, vieille de quelques millions d'années, et la superbulle un peu plus âgée et calme d’Orion-Eridanus, proche du Soleil. Nous proposons de combiner nos expertises sur le transport/accélération des rayons cosmiques, sur les observations gamma des rayons cosmiques, et sur les observations multi-longueurs d'onde des conditions interstellaires qui existent à l’intérieur de ces bulles, afin de tester un nouveau mécanisme d'accélération et d’étudier l'impact de la turbulence de ces régions sur différents diagnostics observationnels sur les rayons cosmiques, à grande échelle dans la Galaxie et localement dans la Superbubble Locale.

Les straménopiles (ou hétérokontes) forment l’un des principaux phylums eucaryotes et présentent une vaste diversité de formes, la plupart unicellulaires, comme chez les diatomées et des nombreux flagellés hétérotrophes, mais aussi multicellulaires chez les algues brunes. Ils montrent des styles de vie très divers (libres, parasites, photosynthétiques, hétérotrophes) et colonisent tous les environnements, notamment la mer, où ils sont très abondants et occupent des positions clés de la chaine trophique comme producteurs primaires (e.g., diatomées) et prédateurs de bactéries. Récemment, plusieurs nouvelles lignées de straménopiles, appelées MAST (MArine STtramenopiles), ont été identifiées parmi les espèces les plus abondantes du plancton marin. D’autres straménopiles sont des importants parasites d’animaux et de plantes (comme Blastocystis et les oomycètes) et représentent des menaces sanitaires et économiques très graves. Cependant, malgré leur importance écologique et socioéconomique, la génomique de la plupart des straménopiles, leur évolution et les caractéristiques des espèces ancestrales qui pourraient aider à expliquer leur énorme diversité et leur importance écologique actuelles restent très méconnues. Nous allons étudier ces questions avec une double approche : 1) Le séquençage des génomes et des transcriptomes de 20 espèces de straménopiles avec des positions phylogénétiques basales pour inférer le contenu en gènes et les caractéristiques génomiques de leurs ancêtres par génomique comparative et phylogénomique ; 2) L’étude des espèces marines dans la baie de Villefranche à plusieurs profondeurs pendant 2 ans par microscopie, cytométrie en flux et méthodes moléculaires (séquençage massive de gènes 18S rRNA et métatranscriptomique en utilisant les nouveaux génomes comme référence), combinée à des expériences de manipulation du planton pour identifier les paramètres biotiques (e.g., prédation) et abiotiques (e.g., température, pH) qui régulent la taille et la composition des populations de straménopiles marins. Avec ces approches, ANCESSTRAM produira plusieurs types de résultats : 1) Mise en culture de nouveaux MAST ; 2) séquences génomiques complètes et transcriptomes de 20 straménopiles (nouvelles espèces et souches de collection) ; 3) caractérisation de la diversité et la dynamique des straménopiles en surface et en profondeur dans la baie de Villefranche pendant 2 ans ; 4) séquences des gènes exprimés par les communautés planctoniques de surface et de profondeur de Villefranche (métatranscriptomes) ; 5) données qualitatives et quantitatives sur la présence et l’identité des straménopiles dans la baie de Villefranche ; 6) une phylogénie résolue des straménopiles basée sur des centaines de marqueurs conservés ; 7) l’identification des gènes présents dans des nœuds ancestraux de la phylogénie des straménopiles, comme chez les ancêtres des groupes photosynthétiques ou des parasites ; et 8) l’identification des gènes acquis par transfert horizontal qui puissent avoir été impliqués dans des adaptations comme le parasitisme d’hôtes animaux et végétaux ou la photosynthèse. Notre projet produira des connaissances nouvelles sur ces organismes divers et écologiquement importants et aidera à mieux comprendre l’histoire évolutive des straménopiles qui affectent aux activités humaines (les parasites humains et des plantes comme Blastocystis et les oomycètes), et l’origine des gènes qui les différencient des espèces libres. Ces gènes pourront devenir des nouvelles cibles pour les combattre plus efficacement. Les nouvelles séquences génomiques et transcriptomiques donneront des pistes pour expliquer l’extraordinaire plasticité phénotypique de ce groupe et ses multiples modes de vie. Finalement, les études écologiques et métatranscriptomiques serviront à identifier les gènes exprimés sous des contraintes environnementales diverses et nous renseigneront sur les raisons de leur remarquable succès écologique dans les milieux marins.

La coopération est présente à tous les niveaux du vivant, des bactéries aux vertébrés tels que les humains. Selon le consensus actuel, elle s’explique par la sélection de parentèle et secondairement par la sélection naturelle. Les sélections sociale et sexuelle, qui supposent une association préférentielle avec les individus les plus coopératifs, pourraient avoir un rôle tout aussi majeur. Cependant le rôle de ces forces est controversé : on ne comprend pas comment la coopération peut être un critère de choix fiable lié à la qualité et/ou coopérativité future de l’individu. Afin de déterminer si la coopération peut évoluer sous sélection sociale ou sexuelle, nous avons 3 objectifs. (1) Tester 3 mécanismes pouvant assurer la fiabilité de la coopération et donc le fait qu’elle puisse être un critère de choix social ou sexuel. (2) Quantifier les bénéfices sociaux et sexuels de la coopération pour le coopérateur et celui qui s’y associe. (3) Tester les liens entre coopération et compétition afin de déterminer si comme attendu, les bénéfices directs de la coopération conduisent à des conflits pour coopérer. Nous proposons de travailler sur le Républicain social, un oiseau présentant 3 niveaux de coopération : le nourrissage de jeunes qui ne sont pas les siens; la construction collective d’un gigantesque nid communautaire et la défense collective des nids contre les prédateurs. Objectif 1. Nous appuyant sur les théories de communication et des syndromes de personnalité, nous proposons de nouvelles façons de tester la fiabilité de la coopération. L’hypothèse que la coopération puisse être un signal condition dépendant sera testée autrement que dans les études précédentes : les coûts de la coopération seront mesurés physiologiquement (stress oxydant, télomères) et des expériences manipuleront d’une part la condition des coopérateurs et d’autre part la présence de récepteurs (l’audience). Par ailleurs, deux solutions jusqu’alors non considérées seront testées : (i) la coopération est fiable car elle est un trait de personnalité et/ou (ii) car elle est fiable car elle est signalée par des caractéristiques morphologiques. La coopération en tant que trait de personnalité sera étudiée en mesurant sa répétabilité et ses liens avec d’autres comportements comme la socialité, la témérité et l’agressivité. La coopération en tant que trait signalé par la morphologie sera testée en mesurant son association avec les couleurs mélaniques, souvent pléiotropiques. Objectif 2. Nous quantifierons les bénéfices sociaux et sexuels de la coopération pour les coopérateurs et les individus qui s’y associent. Des données à long terme (en partie récoltées) et des expériences à court terme seront utilisées pour relier la coopération au succès d’association social et sexuel et à la survie. Nous déterminerons par ailleurs si les coopérateurs sont de meilleurs partenaires sexuels participant plus aux soins parentaux. En liaison avec les hypothèses des ‘bons gènes’ et pour déterminer si la coopération pourrait être héritable et ainsi choisie car transmise aux descendants, nous chercherons enfin si des liens existent entre la coopération et le gène du DRD4. Objectif 3. Nous analyserons les liens entre compétition et coopération. Des données sur les hiérarchies de dominance et taux de coopération permettront d’établir si les individus sont en compétition pour coopérer. La faisabilité de ce projet est assurée par les connaissances théoriques de la coopération, communication et sélection sexuelle par l’équipe, la connaissance du modèle biologique et les données déjà acquises par C. Doutrelant et R. Covas, ainsi que par les compétences en bioacoustique (F Rybak), captures-recaptures (A Grégoire) et physiologie (B Faivre, F. Criscuolo). Une NERC obtenue (B. Hatchwell) assure en partie le génotypage et l'évaluation complémentaire des bénéfices indirects. Deux post docs (S. Lardy, A. Tognetti), techniciens (S. Perret, E Steimetz) et un doctorant (M. Rat) sont impliqués.

La résolution structurale de petites molécules dans des complexes supramoléculaires est difficilement accessible aux techniques classiques d’analyse. Nous proposons de développer une stratégie conjuguant chimie de marquage, RMN solide notamment du tritium (3HssNMR) et modélisation moléculaire (MM) pour résoudre ces structures. Notre méthode repose sur : 1) l’identification par MM de positions-clés de marquage ; 2) le marquage chimique (3H, 13C, 15N) des petites molécules ; 3) la formation d’un complexe entre ces molécules et un édifice moléculaire ; 4) la mesure par RMN des distances entre atomes marqués ; 5) à partir de ces distances, la reconstruction par MM de la structure des molécules interagissant avec le système supramoléculaire. Développée pour l’étude de nanotubes peptidiques, cette stratégie sera appliquée à des molécules d’intérêt biologique : molécules anti-amyloïdes, peptides antimicrobiens, ligands de protéines intégrales etc...

Les cyanobactéries sont présentes dans les habitats et sous les climats les plus variés, y compris dans les conditions extrêmes des déserts et des lacs arctiques. Elles sont équipées de tous les mécanismes nécessaires à leur survie dans des environnements à la fois extrêmes et fluctuants, ce qui leur permet d'être les espèces prédominantes dans certains écosystèmes. Lors d'un phénomène appelé efflorescence, il arrive que se produise une croissance rapide et soudaine d'une ou plusieurs espèces. Ces proliférations, qui semblent favorisées par l'augmentation des nutriments et les changements climatiques (conséquence directe des activités humaines), perturbent les écosystèmes aquatiques continentaux et l'usage de l'eau (production d'eau potable, activités récréatives). Ces perturbations sont liées en grande partie à la capacité qu'ont certaines cyanobactéries de synthétiser des toxines dangereuses pour l'homme et les animaux. Parmi ces toxines, les microcystines (MCs) sont les plus répandues car produites par les espèces les plus impliquées dans la formation d'efflorescences, Microcystis et Planktothrix (cHAB: cyanobacterial Harmful Algal Bloom). La concentration de toxines varie d'une efflorescence à l'autre car seulement certaines souches d'une espèce synthétisent des toxines et la biosynthèse des toxines dépend des conditions environnementales. Ainsi, bien que la surveillance des cyanobactéries et de leurs toxines soient requises par les agences de sécurité en Europe et en France, il est actuellement impossible de prédire la concentration de toxines à partir des données de biomasse, ce qui conduit à des coûts importants pour les utilisateurs finaux de l'eau et à des risques sanitaires. Il devient donc urgent de comprendre le déterminisme de la production des toxines pendant les efflorescences. Une manière de le faire est de trouver quels sont les facteurs régulant la synthèse des toxines et d'élucider leur rôle fonctionnel. Plusieurs stress augmentent la synthèse de cyanotoxins mais on ne sait pas si les stress influent directement sur la synthèse des toxines, ou si l'effet est indirect via la photosynthèse et/ou la photoprotection. On sait aussi peu de choses sur la raison pour laquelle les souches produisant les cyanotoxines résistent mieux aux stress. Les toxines, ont-elles un effet direct ou indirect via un mécanisme de photoprotection? Pour comprendre les cHAB, il est essentiel d'examiner les fluctuations des sous-populations de cyanobactéries toxiques et la synthèse des toxines en relation avec les taux de photosynthèse et les mécanismes de photoprotection de souches isolées à partir de ces environnements. Ceci est l’objectif principal de CYPHER. Nous nous proposons d’étudier les relations entre la production de toxines, les microcystines, et les changements redox des cellules en lien avec les mécanismes de photosynthèse et de photoprotection chez Planktothrix en utilisant des souches avec divers phenotypes et habitant différents écosystèmes. Le rôle de ces toxines pour les cyanobactéries et le caractère compétitif que cela leur confère sera particulièrement étudié en conditions de stress. L'originalité de notre proposition est de faire travailler ensemble des experts de différents domaines: écologie, synthèse et modification des toxines, transcriptomique (partenaire 1), génomique comparative et métabolites secondaires (partenaire 2), photosynthèse cellulaire et mécanismes de photoprotection (partenaire 3) pour faire une étude qui doit permettre de mieux prédire la concentration des souches produisant des cyanotoxines dans les efflorescences associées en particulier au changement climatique et à une pollution accrue. Ainsi les nouvelles connaissances fondamentales obtenues serviront aux écologues et aux utilisateurs finaux de l'eau pour les développements futurs concernant la qualité et la surveillance des plans d'eau.

La production croissante des déchets impose de proposer de nouvelles solutions de gestion afin d’assurer un développement durable. Il existe un consensus entre les scientifiques, économistes, politiciens et acteurs de la société civile sur la nécessité de recycler les ressources qui se raréfient. Le recyclage agricole permet d'utiliser efficacement des déchets variés. Du point de vue de la gestion des déchets organiques (OW), la digestion aérobie (compostage) et la digestion anaérobie sont les traitements les plus efficaces. Le compostage des OW est une méthode qui permet de réduire le volume des déchets, d’éliminer les pathogènes et de créer un produit stable adapté à une application sur les sols cultivés. La digestion anaérobie s’est développée rapidement en Europe et offre la possibilité de convertir les OW en biogaz et en engrais organique (le digestat). Le choix d’utiliser un OW brut, composté ou méthanisé devrait être basé sur une évaluation globale de l’ensemble des avantages et des inconvénients de la pratique de recyclage agricole. Notamment, en raison de la présence de contaminants toxiques et d’agents pathogènes microbiens dans les OW. Grâce au projet DIGESTATE, nous proposons de relever plusieurs défis scientifiques. En effet, de nombreuses inconnues subsistent sur l’évolution de la spéciation des contaminants (inorganique et organique), la sélection de bactéries pathogènes et l’émergence de résistance antibiotique au cours des traitements des OW. De même, très peu d’études évaluent la dynamique et la phytodisponibilité des contaminants après l’épandage de déchets organiques méthanisés et/ou compostés. L’objectif de DIGESTATE est de développer une méthode d’évaluation environnementale des traitements des OW et des scénarios de recyclage agricole. Nous allons concentrer nos efforts sur l’éco-dynamique de trois catégories de contaminants: (i) les éléments traces: Cu, Zn, (ii) les polluants organiques: HAP, nonylphénols, pharmaceutiques et (iii) les agents pathogènes microbiens ainsi que l’émergence de résistance antibiotique. Nous allons comparer l'impact des deux principaux traitements de digestion (compostage, digestion anaérobie et leur combinaison) sur (i) la spéciation de ces contaminants, la sélection de certains groupes microbiens et leurs propriétés génétiques dans les OW, et (ii) le comportement des contaminants après épandage de ces OW. Le programme scientifique est articulé entre des expériences de laboratoire, des outils de modélisation et des compétences pluridisciplinaires. La quantification et la spéciation des contaminants seront évalués pour une sélection de déchets bruts et traités (WP1). Les phases porteuses des contaminants et leur comportement (mobilité, phytodisponibilité) seront caractérisés dans des systèmes simplifiés pour affiner notre connaissance des mécanismes mis en jeu (WP2). Suite à l’apport au sol d’une sélection de OW, nous quantifierons la proportion de contaminants absorbés par les plantes ou transportés à travers le sol (WP3). L’ensemble des résultats expérimentaux et de modélisation acquis dans les WP 1, 2 et 3 alimentera l’évaluation environnementale qui permettra une comparaison des bilans agro-environnementaux depuis la filière de traitement jusqu’au recyclage agricole des OW (WP4).

Le projet INVENTHEA ambitionne de proposer un dispositif autonome, non intrusif et réversible pour instrument à anche. Son objectif est, à la manière du piano Yamaha « Silent », d’une part de pouvoir rendre l’instrument silencieux lorsque cela s’avère nécessaire pour sa pratique et d’autre part d’étendre ses capacités grâce à la captation de gestes et la synthèse sonore. Le défi scientifique consiste à développer un dispositif capable de déterminer l’état ouvert/fermé des trous sans avoir à instrumenter directement les clefs. Il s’agit également de réussir l’intégration mécatronique d’un bec capable de mesurer les paramètres du flux d’air contrôlé par le musicien ainsi que l’intégration logicielle d’algorithmes de synthèse à très bas coût de calcul. Pour rendre le dispositif abordable, le troisième volet du projet se focalise sur l’intégration logicielle de la synthèse et de son contrôle réaliste compatible avec la puissance de calcul des tablettes et smartphones.

La sécurité des biens et des personnes face au risque terroriste NRBC-E constitue une orientation de recherches d'intérêt public, confirmée par l'édition 2013 du "Livre blanc de la Défense et de la Sécurité Nationale". En particulier, les risques nucléaires ou radiologiques constituent une menace à la fois probable et grave, en fonction de l'émergence de nations suffisamment développées et propices à utiliser de façon malveillante ce genre d'armement. Dans ce contexte, il est important de pouvoir d"tecter efficacement les rayonnements ionisants. Dans notre cas, nous nous intéressons particulièrement à la détection des neutrons, signature immuable de la présence des matériaux permettant la préparation des armes nucléaires. En plus de l'aspect social, l'aspect économique est crucial parce que de tels détecteurs, contenant le gaz 3He, existent actuellement, mais leur pénurie empêche dorénavant leur déploiement dans de nombreuses infrastructures critiques. Nous souhaitons ainsi développer des matériaux polymères permettant la détection de ces neutrons aux coûts inférieurs, ainsi qu'un prototype contenant ces matériaux.

Le projet VIORAMIL répond à la thématique de « la radicalisation violente des individus ou groupes d’individus », qui constitue un élément de l’axe 1 « Sécurité des citoyens, lutte contre le crime et le terrorisme » du Défi 9 « Liberté et sécurité de l’Europe, de ses citoyens et de ses résidents ». Il entend explorer les violences et radicalisations militantes en France des années 1980 à nos jours, grâce à une analyse pluridisciplinaire innovante combinant les regards d’historiens, de politistes, de sociologues, de juristes et de spécialistes de l’information et de la communication. Cette étude porte aussi sur les représentations de ces violences dans l’opinion et les médias. Elle s’intéresse enfin à l’évolution de leur gestion, en amont comme en aval (campagnes de prévention, traitement policier, suivi judiciaire), par des pouvoirs publics qui doivent associer recherche d’efficacité et respect du cadre légal. En cela, le dossier fait aussi écho à l’axe 6 « Sécurité, liberté, respect de la vie privé et des droits individuels » du même Défi mais nous avons privilégié l’axe 1 en raison de sa thématique de la radicalisation au cœur du projet. L’étude des radicalités se prête aux approches croisées. Le Défi 9 insiste d’ailleurs sur la nécessaire pluridisciplinarité de toute réflexion portant sur la sécurité globale et appelle à « une participation accrue de la part des acteurs de la recherche en SHS ». Le projet VIORAMIL répond à cet appel. Le projet s’inscrit dans l’axe « sécurité des citoyens et lutte contre le terrorisme » en « identifiant et en prévenant les risques et menaces » que fait peser « la radicalisation violente des individus et groupes d’individus » (axe 1 du défi 9 de l’appel à projet générique de l’ANR). Il s’attache aux manifestations diverses de la violence militante (idéologique, indépendantiste, religieuse, etc…) sous plusieurs formes et à différents niveaux (des débordements lors de manifestations à la planification d’attaques terroristes) et mobilise des universitaires en sciences sociales (spécialistes des violences politiques) en liaison avec les pouvoirs publics. La production consiste en un corpus inédit des violences militantes sous forme de tableaux statistiques/graphiques/cartes, en une analyse des organisations concernées et des déterminants de la radicalisation, en une étude de l’évolution du contrôle policier et du cadre juridique ainsi que des modèles pratiques de déradicalisation. L’ensemble améliorera les techniques de détection/gestion des radicalisations violentes. Elle définira des modèles de sortie de la violence pouvant inspirer les acteurs sociaux et décideurs politiques. Conformément au Défi 9, le projet associe « des partenaires académiques et des utilisateurs finaux » ici publics. Nous avons en effet obtenu le partenariat de l’Institut National des Hautes Etudes de la Sécurité et de la Justice (INHESJ), établissement public national à caractère administratif placé sous la tutelle du Premier ministre, qui intervient dans la formation, les études et l’analyse stratégique en matière de sécurité intérieure et de justice. L’INHESJ intégrera les activités du projet dans son programme de formation.

Traditionnellement, la conception et l'analyse d'algorithmes supposent qu'un algorithme a la connaissance parfaite et complète sur des données. Cependant, dans de nombreux contextes, les données sont révélées en ligne au fil du temps sous forme des requêtes, et l'algorithme a besoin de prendre des décisions irrévocables sans la connaissance du futur. Tels contextes apparaissent dans plusieurs situations, de l'ordonnancement des tâches en ligne, la gestion du portefeuille des actions à la prédiction de la météo, etc. Ainsi, la question principale dans l'algorithmique en ligne est d'obtenir de bonnes performances dans un contexte d'incertitude due aux données arrivant séquentiellement. En outre, l'émergence des problèmes de données massives nécessite des algorithmes qui résolvent les problèmes avec un seul passage sur les données dans le sens de l'algorithmique en ligne. L'algorithmique en ligne est un domaine actif et bien établi. De nombreux algorithmes intéressants avec performance garantie, de nombreuses techniques profondes ont été conçus. Toutefois, l'ensemble actuel des techniques ne fournit pas de moyens efficaces pour étudier les problèmes dans lesquels la nature est non-linéaire ou bien non-convexe comme la minimisation de l'énergie en optimisation combinatoire ou l'optimisation des fonctions sous-modulaires en apprentissage. Le développement des nouvelles méthodes est crucial pour l'avancement du domaine. L'autre aspect principal, bien identifié en l'algorithmique en ligne, est la faiblesse de l'analyse du pire des cas. Résumer le comportement d'un algorithme en se basant sur une instance pathologique ne reflète pas nécessairement sa performance. De nombreux algorithmes comportant très bien en pratique admettent paradoxalement une garantie théorique médiocre et vice versa. Plusieurs modèles ont été introduits avec le but de donner des mesures plus précises sur les algorithmes au-delà de l'analyse du pire des cas. Chaque modèle réussit à expliquer les performances des algorithmes dans certains contextes, mais rencontre des difficultés dans d'autres. Un point commun de ces modèles est qu'ils ne possèdent pas d'outil approprié et en général utilisent les mêmes outils comme dans l'analyse du pire des cas. L'absence d'outils appropriés est un obstacle majeur pour le développement de ces modèles. Dans le projet, notre premier objectif est d'établir de nouvelles méthodes pour la conception et l'analyse d'algorithmes en ligne au-delà des techniques actuelles. Nous visons à développer des approches pour étudier les problèmes convexes et non convexes. Le deuxième objectif est d'étudier de nouveaux modèles mesurant précisément les performances des algorithmes au delà de l'analyse du pire cas. En particulier, nous sommes intéressés à la fondation d'un modèle général de l'augmentation des ressources unifié des modèles précédents qui semblent non-reliés. Afin de réaliser ces deux objectifs, nous proposons de nouvelles approches basées sur le paradigme de la dualité de la programmation mathématique comme un outil traversal. A côté des intérêts théoriques, l'avancement du projet apporterait des idées et des améliorations dans la conception d'algorithmes de manière significative dans le domaine du développement durable (par exemple, la minimisation d'énergie en ordonnancement) et dans le contexte des données massives (par exemple, l'optimisation des fonctions sous-modulaires).

The development of all-graphene spintronic devices requires that, in addition to its passive capability to transmit spins over long distances, other active properties are incorporated to graphene [1]. Recent advances by some of the partners have led to the generation of long range magnetic order and spin filtering in graphene by molecular functionalization [2] as well as the introduction of giant spin-orbit coupling (SOC) in the electronic bands of graphene by intercalation of Pb [3]. The SOGraph proposal incorporates these developments as the base for designing novel nanoarchitectures targeting the investigation of the role and the control of SOC in graphene as a source of large chiral exchange interaction, commonly known as Dzyaloshinskii?Moriya interaction (DMI), leading to stabilization and manipulation of magnetic skyrmions, and/or as efficient source of large pure spin current by Spin Hall Effect (SHE). Magnetic skyrmions are topologically protected spin structures on the nanometer scale that hold promise as information carriers in ultradense memory and logic spintronic devices [4], owing to the extremely low spin-polarized currents needed to move them [5]. The SHE, a SOC-induced phenomenon allowing the conversion of charge current into spin currents, is promising for the creation of spin currents in spintronic devices. It has been demonstrated recently for the first time that it can be obtained by introduction of SOC in graphene [6]. The combination of high charge mobility and large induced SOC in graphene results in a room-temperature (RT) gate-tunable SHE [7], a crucial ingredient in realizing spintronics paradigms such as the spin field effect transistor [8], potentially even the quantum spin Hall insulator [8]. So far, the search of these magnetic functionalities related to SOC into graphene is scarce. The SOGraph proposal aims to i) create, ii) characterize, iii) image, and iv) test all-graphene spin-orbitronic systems/devices functional at RT by exploiting the advantages of combining ferromagnetic (FM) and/or non-magnetic (NM) heavy metals underneath of a graphene (gr) layer. In particular, the following stack sequences gr/Pb/Co/NM2 and gr/Pb/insulating will be explored. Different issues will be addressed: a) induce large interfacial chiral interactions and skyrmions in perpendicular magnetic anisotropy (PMA) ultra-thin Co layers in proximity with Pb, b) induce SOC and SHE in graphene by the proximity of Pb; and c) the combined proximities of graphene with Pb and Co to imprint skyrmionic textures into graphene. For the three cases, the gate-tunability of graphene would, in addition, allow electric field control of such interface-induced effects. In view of practical applications, SOGraph will open the way for the development of the next generation of low-power, faster and smaller spin-orbitronic devices in 21st century.

An inter- and trans-disciplinary framework based on a European-South American research cooperation is proposed to underpin climate services inSouth America. Climate variability patterns linking the South American Monsoon region, including Amazonia, with southeastern South America,influence climate extremes and impact several societal sectors. More than 200 million people live in the region that is one of the world largest agricultural producing region and where the second world largest hydroelectric power plant is situated. Besides recent progress, further efforts are needed to better understand and predict regional climate variability. Project objectives are: 1) to better understand the combined role of remote andlocal drivers on South America climate variability from sub-seasonal to decadal timescales, and its impact on the occurrence and intensity of extremeevents. Special focus will be placed on an improved understanding of the effects of land use changes from the Amazon to the subtropics and theirimpact on extreme precipitation events; 2) to assess the predictability levels associated with regional climate pattern from sub-seasonal to decadal time scales; 3) to develop innovative regional prediction tools not only of climate variability but also of climate impact on both agriculture and hydrology in SSA on subseasonal and seasonal time scales; 4) to analyze climate knowledge co-production in order to revise how climate data are used by various stakeholders in their socio-cultural contexts; and 5) to analyze communication conditions of interdisciplinary and trans-disciplinary process of knowledge co-production that determines the usefulness of climate information in the process.Innovative technologies will be codeveloped to produce products and tools by the project for the SSA-RCC, agriculture and hydropower sectors. The project will be implemented in the context of the southern South AmericaRegional Climate Centre, and will include actors from the national meteorological services, agriculture and energy stakeholders and organizations.

Monsoon systems influence the water supply and livelihoods of over half of the world. Observations are too short to provide estimates of monsoon variability on the multi-year timescale relevant to the future or to identify the causes of change on this timescale. The credibility of future projections of monsoon behavior is limited by the large spread in the simulated magnitude of precipitation changes. Past climates provide an opportunity to overcome these problems. This project will use annually-resolved palaeoenvironmental records of climate variability over the past 6000 years from corals, molluscs, speleothems and tree rings, together with global climate-model simulations and high-resolution simulations of the Indian, African, East Asia and South American monsoons, to provide a better understanding of monsoon dynamics and interannual to multidecadal variability (IM). We will use the millennium before the pre-industrial era (850-1850 CE) as the reference climate and compare this with simulations of the mid- Holocene (6000 years ago) and transient simulations from 6000 year ago to ca 850 CE. We will provide a quantitative and comprehensive assessment of what aspects of monsoon variability are adequately represented by current models, using environmental modelling to simulate the observations. By linking modelling of past climates and future projections, we will assess the credibility of these projections and the likelihood of extreme events at decadal time scales. The project is organized around four themes: (1) the impact of external forcing and extratropical climates on intertropical convergence and the hydrological cycle in the tropics; (2) characterization of IM variability to determine the extent to which the stochastic component is modulated by external forcing or changes in mean climate; (3) the influence of local (vegetation, dust) and remote factors on the duration, intensity and pattern of the Indian, African and South American monsoons; and (4) the identification of paleo-constraints that can be used to assess the reliability of future monsoon evolution.

Notre société de l'information est très largement basée sur le développement de composants électronique où le spin joue un rôle prépondérant et est utilisé comme une brique de base des composants électroniques pour le stockage de données ou la logique élémentaire. La miniaturisation constante des composants nécessite de développer de nouvelles approches pour manipuler l'aimantation dans des nano-structures individuelles. Ce projet multi-disciplinaire réunira des équipes de théoriciens et expérimentateurs en physique et chimie pour étudier de nouveaux mécanismes pour manipuler le spin à l'échelle atomique en vue de moduler le transport électronique (ou le magnétisme intrinsèque) de nano-composants élémentaires en leur conférant des propriétés nouvelles ou exacerbées. Les systèmes considérés seront en général des molécules organiques (ou organo-métalliques) entre deux électrodes inorganiques (magnétiques). Les techniques expérimentales utilisées seront basées sur la microscopie tunnel et la modélisation des systèmes utilisera grandement les méthodes ab-initio de transport électronique hors d'équilibre. Notre objectif final étant d'identifier les jonctions moléculaires pouvant fonctionner dans des conditions réalistes et les plus prometteuses la nano spintronique du futur.

La recherche sur les espèces animales domestiques est cruciale à la fois pour l'acquisition de connaissance scientifique mais aussi pour les nombreuses retombées socio-économiques qui y sont associées. Elle contribue notamment au développement de nouveaux modèles pour la recherche biomédicale, à l'amélioration de la santé et du bien-être des animaux d'élevage et de compagnie et permet d'augmenter durablement la productivité des filières de productions animales. Identifier les éléments fonctionnels des génomes d'animaux d'élevage est une étape essentielle pour définir le lien ente génotype et phénotype et pour le développement de la biologie prédictive. De nombreuses recherches ont été menées depuis des décennies pour comprendre le lien entre l'architecture génétique et les caractères quantitatifs et la publication récente des génomes de référence de ces espèces est un atout pour en comprendre le fonctionnement. Cependant, chez les espèces d’élevage, l'annotation de la séquence de référence est limitée à l'utilisation de données d’expression (cDNA, ESTs, RNAseq) et de polymorphismes (SNPs, CNV). Ce manque de connaissance est une limite forte à la compréhension du lien entre génotype et phénotype chez ces espèces ainsi qu'à l'exploitation de ces données pour des études de génomique comparatives et évolutives. C'est pourquoi de nombreux laboratoires de la communauté scientifique ont entrepris de se fédérer autour d'une initiative commune internationale nommée FAANG (Functional Annotation of ANimal Genomes). FAANG vise à produire des cartes des éléments fonctionnels des génomes des animaux d'élevage et de compagnie et s'inspire de projets antérieures similaires comme ENCODE ou IHEC ( International Human Epigenome Consortium). Ces projets ont démontré qu'il était possible d'améliorer l'annotation fonctionnelle des génomes collectivement, sur la base de grands consortia respectant des protocoles et procédures communes. L'objectif principal de FAANG est le développement de modèles prédictifs basés sur les mécanismes biologiques et génétiques sous-jacents, notamment épigénétiques, au cours de la différenciation et la réponse à des perturbations environnementales en lien avec les caractères de santé et de production, et comment ces mécanismes sont modulés par la variation génétique. L'article concrétisant cette initiative a été publié récemment (Andersson et al. Genome Biol. 2015; PMID: 25854118); le coordinateur de ce projet est co-auteur de correspondance et les partenaires de ce projet sont tous des contributeurs principaux. Ce projet (FAANG-ForE) est le résultat de cette collaboration étroite entre les principaux partenaires européens, aussi bien sur des projets nationaux soumis ou en cours de réalisation et reflète leur participation à la coordination de FAANG. Des contacts récents établis avec la commission européenne nous ont permis d'identifier un plan d'action pour consolider le leadership européen dans FAANG et permettre la création dans le long terme d'un Consortium International de Recherche (ICR). Cette structure est justifiée par la nécessité d’améliorer les génomes de référence et les connaissances des éléments fonctionnels de ces génomes animaux mais aussi par l’importance de l’analyse de la biodiversité pour des recherches appliquées et fondamentales. FAANG-ForE va ainsi permettre de renforcer la position leader de la France et de l’INRA dans la création de ce consortium. La première étape est de proposer pour FAANG une infrastructure européenne au prochain appel d'offre européen "EU Infrastructure proposal for Integrating and opening existing national and regional research infrastructure of European interest" dont la publication est prévu en octobre 2015. L’infrastructure FAANG permettra ensuite de faciliter le dépôt de projets pour les futurs appels d'offre H2020.

Nous envisageons d'organiser un consortium de partenaires européens pour soumettre un projet à l'appel FET OPEN en septembre 2017. Le but du projet FET sera de rassembler et adapter des résultats mathématiques récents en systèmes dynamiques et en théorie des valeurs extrêmes pour modéliser l'apparition et la dynamique d'événements climatiques rares ou extrêmes, et permettre à des décideurs et des acteurs économiques d'utiliser de tels résultats pour l'adaptation au changement climatique. Le projet FET open valorisera les simulations climatiques obtenues dans le projet CMIP5 (du précédent rapport du GIEC), et les simulations CMIP6 à venir. La détermination des extrêmes et leurs incertitudes sera effectuée dans le cadre de ces simulations numériques. La valeur ajoutée du projet, par rapport aux avancées théoriques, sera l'inférence des grandeurs mathématiques importantes pour les extrêmes, dans le cadre de données finies (en temps), à partir de simulations de contrôle, historiques et scénarios. Ce projet d'ANR a pour but d'organiser des réunions d'échanges pour construire le réseau de partenaires, formuler les défis et verrous scientifiques, et proposer un plan de dissémination des résultats scientifiques auprès de décideurs et acteurs économiques. Des groupes d'acteurs économiques seront invités aux réunion pour permettre une co-construction d'outils d'évaluation d'événements extrêmes.