Projects

Le spin des électrons et des noyaux peut être vu comme un nombre quantique caractéristique pouvant être utilisé comme bit d’information dans le domaine de l’information quantique. D’autre part le Si et ses alliages SiGe, matériaux par excellence de l’industrie microélectronique, offre des propriétés particulièrement attractives pour la spintronique. On peut citer: 1) un temps de cohérence de spin de 3 ordre de grandeur plus long que dans GaAs; 2) la possibilité d’intégrer des opérations logiques, de communication et de mémoire avec la même technologie; 3) un temps de cohérence de spin permettant d’envisager des opérations à la fréquence du temps de précession du spin des électrons (du GHz au THz); 4) la possibilité de varier le couplage spin orbit grâce aux alliages SiGe offrant des possibilités de manipuler la polarisation en spin dans des blocs SiGe et de transporter sur de grande distance l’information en spin dans Si (faible couplage spin orbit). La difficulté actuelle réside dans la possibilité conjointe d’injecter et de détecter de manière efficace un courant de spin. L’objet de ce projet est d’étudier les possibilités de fabriquer par collage moléculaire des empilements alternés de couches ferromagnétiques et de semi-conducteur. Le principe à déjà été validé sur des transistors à électron chaud. Ceci doit nous conduire à explorer de nouveaux effets de magnetotransport dépendant du spin. Ce travail inclus la caractérisation du transport dépendant du spin dans Si, Ge et les alliages SixGe1-x du régime balistique au régime diffusif ainsi que le transport dépendant du spin sur des états confines, puits quantique ou boite quantique de SiGe. De plus la possibilité de transférer de manière efficace un courant de spin fortement polarisé doit permettre d’étudier la possibilité d’inscrire l’information de spin des porteurs sur la polarisation nucléaire des dopants de Phosphore du Si via l’interaction hyperfine. Ce projet devrait aboutir à des avancées significatives dans le domaine de l’information quantique (écriture et lecture d’un état codé sur le spin nucléaire) ainsi que dans le domaine de la spintronique (traitement et stockage de l’information).

Ce projet prend pour objet les interceptions internationales de communications. Leur ampleur reconfigure les logiques de surveillance, interroge leurs discours de justification, redéfinit les limites des démocraties et questionne la souveraineté des États. La diversité de ces enjeux appelle une approche transdisciplinaire entre les sciences humaines et sociales (SHS) et celles de l’ingénieur (SPI) comparant les usages sociaux de ces technologies en France, Grande-Bretagne, Allemagne et Espagne ainsi que leur usage au niveau des agences de l'Union Européenne et de certains réseaux transatlantiques (Five Eyes). Pour réaliser les objectifs du projet, nous avons déterminé trois étapes. La première étape est de s’interroger sur l’ampleur de la controverse contemporaine qui touche à la nature de la surveillance quand celle-ci s’effectue par l’interception de communications téléphoniques et de l’Internet qui ont été collectées en vrac et sans mandat individualisé. Change-t-elle de nature si la collection des données s’effectue à grande échelle ? Celle-ci est-elle une surveillance de masse qui menace la vie privée de l’ensemble des internautes, et encore plus de ceux qui ne sont pas citoyens du pays qui intercepte les données, ou reste-t-elle une surveillance ciblée au sens où elle se limiterait à l’analyse du contenu des données ? La réponse est loin d’être donnée immédiatement, malgré les discours de certitude qui alimentent la polémique actuelle. Il est donc important de se mettre à distance des “révélations” et prises de position récentes et de mener une étude approfondie de ce phénomène central qui ne sera pas réglé par une série rapide de décisions techniques. La seconde étape consistera à éclairer la valeur des justifications apportées à ce type de surveillance où le recueil des données se fait en vrac et sans mandat spécifique mais parfois avec une autorisation par des législations ou des décisions de Cours nationales de les pratiquer de cette manière. Nous spécifierons les modalités dans chaque pays ainsi que les autorisations ou recommandations données à l’échelle européenne, transatlantique et mondiale. Comment s’organise le rapport entre les différents services sous la double dimension de l’usage des données collectées et de leur finalité ? Le schéma n’est pas identique selon qu’il s’agisse de la lutte antiterroriste, de la lutte contre le crime organisé, ou de la collecte d’informations sur la situation économique ou sociale d’un allié. Même si la transmission entre services d’information et services répressifs se pare du secret, les fins opérationnelles sont différentes et les régimes de légitimation également. La troisième étape sera alors de comprendre comment cette question de la sécurité nationale et sa relation aux droits fondamentaux est transformée par la transnationalisation des échanges d’information, par la globalisation de l’Internet, par les possibilités de captation des données à des fins de surveillance, et par les échanges entre différents services de données qui seront soit personnelles soit anonymisées mais répondant à des profils spécifiques. C’est en effet à ce niveau que se joue sans doute la question de la nécessité et de la proportionnalité entre le risque encouru et les effets négatifs de la surveillance en terme de discrimination et de droits fondamentaux. La collecte comme la rétention de données ne sont plus simplement nationales et publiques, elles supposent un échange de données à l’échelle mondiale entre différents services de renseignement et des opérateurs privés travaillant dans des zones régionales particulières ou selon des systèmes d alliances plus ou moins asymétriques et une transnationalisation des formes de rétention des données par les opérateurs privés qui risquent de dépendre d’autres autorités nationales que les leurs. C’est pourquoi cette hybridation des rapports publics et privés sera au cœur de notre investigation.

Le projet Descitech explore comment une alliance entre Sciences et Design peut ouvrir de nouvelles voies pour la formulation et l’appropriation des savoirs scientifiques par les différents acteurs de la société. Pour cela, le projet est organisé sur la confrontation de disciplines de la conception (design et ingénierie), discipline des sciences dures (physique), disciplines des sciences humaines et sociales. Les trois disciplines adoptent une posture réflexive sur leurs modalités d’expression des données scientifiques. Cette posture réflexive est rendue possible par la création de terrains spécifiques qui permettent aux chercheurs d’expérimenter et d’observer les démarches sur la base de projets communs. L’hypothèse est que designers et scientifiques, en associant leur démarche de création, concourent à une objectivisation de l’activité de symbolisation et ainsi travaillent à une plus grande puissance d’innovation. Elle s’ancre dans l’idée que l’activité de symbolisation précède et organise l’activité de connaissance. Ainsi on en vient à considérer les acteurs en présence comme des « faiseurs de monde » engageant des régimes de signification multiples et variés. L’analyse se déplace donc sur le terrain de la construction de mondes signifiants et sur la variété des ressources symboliques (images, son, diagrammes,...) mobilisables. Ainsi interroger le dialogue Sciences&Design au travers de l’activité de symbolisation permet de les placer sur un terrain commun d’investigation. Il permet en outre de clairement situer la question des non-savoirs : les objets complexes ici en jeu vont finalement se construire dans un entre deux où chacun doit admettre qu’il ne maîtrise qu’une partie des savoirs et des compétences mobilisées. Une question est ici de penser les dynamiques épistémiques qui permettront d’articuler savoir et non savoir de chacun. D’un point de vue pratique, les rapports entre science et design nous semblent majeurs pour construire des sociétés innovantes (préparer la rupture scientifique ou technologique), intégrantes (prendre en compte la singularité des usagers et des publics) et adaptatives (donner du sens et faciliter l’appropriation dans la société). La méthode repose sur une forme de recherche-action. Les participants du projet doivent réaliser des productions qui permettent d’explorer le sens et les matérialités des savoirs. On cherchera donc: i) l’objectivation des processus à l’œuvre entre sciences et design ; ii) à faire émerger les clés génériques de la mise en œuvre de cette collaboration Les deux ateliers-terrains abordent la question de la symbolisation à deux moments différents. L’Atelier 1 porte sur la Physique quantique et sur les questions de lumière et matière. L’atelier pose la question fondamentale de l’appropriation des nouveaux savoirs et des nouvelles technologies par le design qui les réinsère dans des artefacts et qui, de ce fait, change la façon dont ils font sens. Cette démarche suit le travail entrepris par L’ENSCI et Orsay sur la physique quantique ces dernières années. L’Atelier 2 porte sur les « Quantified environment et smartphones ». L’idée de l’atelier est de complétement détourner des technologies (ici des smartphones) pour construire des représentations scientifiquement fondées de notre environnement personnel en lien avec des questions globales. Le CIME Nanotech a commencé à développer un environnement numérique, iMecaProf. Il détourne à la source, différentes données de mobilité pour enseigner la physique. L’hypothèse est qu’on ne peut penser les savoirs sans en penser les médiations. Le travail de recherche consistera à analyser comment cette production est, elle aussi, « expansive », c’est-à-dire comment les savoirs sont augmentés (et non pas « seulement » vulgarisés) dans différentes situations de communication et différentes modalités médiatiques.

Le projet DEF19 a pour objectif principal de combler un manque dans le champ de l’histoire de l’édition, en élaborant un dictionnaire des éditeurs français du XIXe siècle. Un tel outil n’existe pas à ce jour pour cette période, contrairement à l’époque moderne qui en possède plusieurs – ou à d’autres pays comme l’Italie ou l’Autriche, qui se sont déjà dotés de tels répertoires. Toutes ces réalisations ont nettement fait la preuve de leur utilité. Il s’agira donc de constituer un dictionnaire à la fois traditionnel, sous forme de livre imprimé – afin de satisfaire les préférences de nombres d’amateurs et de spécialistes attachés au format classique des supports de lecture et d’information – et en même temps innovant, avec une base de données consultable en ligne et participative et un carnet de recherche, conçus comme des outils d’échange avec la communauté des chercheurs. Ce projet réunit des compétences diverses, tant celles de chercheurs, jeunes ou expérimentés, dans le domaine de l’histoire du livre et de l’édition (autour d’une équipe issue des universités de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines et Paris-Ouest-Nanterre-La Défense, tous membres du Centre d’Histoire Culturelle des Sociétés Contemporaines) que de professionnels de la documentation et des archives qui pourront mettre au service du projet à la fois leurs collections (celles de la Bibliothèque nationale de France, des Archives nationales, du CHCSC), leur pratique quotidienne de tels outils et leur expertise dans la domaine de la réalisation de répertoires, de dictionnaires, et de bases de données. Le projet, prévu pour quatre ans, sera jalonné par des manifestations scientifiques indispensables à sa bonne marche et à l’élaboration d’un cadre méthodologique rigoureux, tant pour la collecte des données que pour la constitution et l’édition de la base de données et du dictionnaire papier. Elles permettront également de mettre en avant les pistes de recherche originales que la réalisation d’une telle enquête, qui se veut la plus exhaustive possible sur un champ balisé de façon encore partielle, sera à même de faire émerger. Entreprise biographique – c’est l’objet même d’un dictionnaire de ce type – le projet DEF19 se veut aussi prosopographique et permettra de faire progresser notre connaissance de l’histoire sociale, économique et culturelle du XIXe siècle, ainsi que des conditions d’émergence et de perpétuation du système culturel moderne dans lequel évolue toujours notre société, celui de la culture de masse et de la civilisation de l’imprimé dans lesquelles les éditeurs ont joué et jouent toujours un rôle central.

Les assemblages moléculaires hélicoïdaux sont considerés comme les structures les plus fascinants trouvé dans la nature. Une des exemples principaux sont des cristaux liquides nématiques chiraux qui portent une immense importance technologique en raison de leur utilisation généralisée dans des dispositifs de commutation optiques. Le haut niveau de complexité et performance des matériaux hélicoïdaux est lié à la symétrie du pas de l'hélice qui est responsable de leurs fonctions optiques, thermodynamiques et mécaniques extraordinaires. Un contrôle précis de l'amplitude et la symmetrie de la pas d'hélice mésoscopique est indispensable pour comprendre les propriétés fondamentales des matériaux chiraux. Cette proposition vise à développer de nouveaux itinéraires théoriques pour démêler les origines microscopiques de chiralité. Le projet spécifiquement vise la question comment des forces chiraux moléculaires prolifèrent à la méso-échelle. À cette fin des modèles génériques pour des objets hélicoïdaux rigides seront considérés comme des efficaces prototypes pour modeliser des mésogènes biomacromoléculaires hélicoïdales telles que l'ADN, des particules virales chiraux (comme fd), des fibres de cellulose ainsi que des objets chiraux synthètiques, tels que des nanotubes de carbone. L'auto-assemblage de ces composants hélicoïdaux sera étudiée théoriquement en utilisant des outils numériques de la physique statistique, y compris la simulation de Monte Carlo et la théorie de la fonctionnelle de la densité. L'approche proposée devrait apporter des éclaircissements importantes sur la question suivante: Comment la structure hélicoïdale de la mésophase cholestérique dépend-il des propriétés microscopiques (comme la forme ou le pas hélicoïdal interne) ainsi que des quantités thermodynamiques telles que la température et la densité de la materière. Une application envisagée potentiellement importante est le réglage précis du sens hélicoïdale des materiaux chiraux par des paramètres de contrôle externes comme la température. Une telle niveau de contrôle pourra être très prometteur pour la conception d'une nouveau classe de dispositifs optiques avec une vitesse et une fonctionnalité fortement amélioré.

Les propriétés électroniques du graphène ont suscité un très vif intérêt du à son spectre électronique décrit par des cônes de Dirac. Il en résulte des propriétés de transport spectaculaires pour ce nouveau matériau bidimensionnel abondamment étudiées sur le plan expérimental. Par contre le magnétisme orbital du graphène n'a jamais encore été exploré expérimentalement alors qu'il existe des prédictions théoriques montrant que cette quantité thermodynamique permet de révéler des propriétés non accessibles à travers des mesures de transport. En particulier, il a été montré que le graphène présente un très grand diamagnétisme orbital à demi-remplissage alors que la densité d'états s'annule. Le signe et la nature de la singularité de ce diamagnétisme orbital sont reliés aux propriétés topologiques des fonctions d'onde et en particulier à la phase de Berry. Ce magnétisme orbital et sa dépendance en fonction de la position du niveau de Fermi n'ont jamais été mesurés expérimentalement. Le but de ce projet de recherche fondamentale est d'explorer ce magnétisme orbital sur les plan théorique et expérimental, aussi bien sur le graphène que les composés analogues à spectre de Dirac. Outre les effets de structure de bandes et de phase de Berry, il est aussi envisagé d'explorer les effets de cohérence quantique et d'interactions coulombiennes.

Ce projet de recherche vise à développer un nouveau modèle de densité électronique résolue en spin dont les paramètres sont communs, issus d’expériences de Diffraction des Rayons X ( XRD), Diffraction Magnétique des rayons X (XMD), neutron (n), neutrons polarisés (PND) ,et de Diffusion Inélastique Compton Magnétique (M-ICS). Grâce aux développements de méthodes de modélisation de ces données, auxquels certains d’entre nous ont participé, XRD et PND sont devenus des outils quasi routiniers pour déterminer soit la densité de charge soit la densité de spin; XMD est une méthode alternative intéressante, qui doit compléter les neutrons polarisés puisqu’elle permet de séparer la contribution magnétique de spin de celle de type orbitale. M-ICS donne accès à la densité de spin dans l’espace des moments. Lors d’un précèdent contrat ANR (CEDA 2007-2011), nous avons montré que la densité résolue en spin pouvait être modélisée par un affinement joint de neutrons polarisés et RX en adaptant le modèle multipolaire de densité. Ce travail nous a permis pour la toute première fois de faire la distinction expérimentale entre spin up (a) et spin down (ß) (Deutsch et al, IUCrJ à paraitre Mai2014). Or, PND ne peut pas distinguer entre les contributions orbitalaire ou de spin pour les atomes possédant ces deux types de moments magnétiques si bien que la composante orbitale est estimée par un calcul théorique. Afin d’avoir un modèle uniquement basé sur des données expérimentales nous avons décidé d’utiliser XMD. Ces trois expériences de diffraction donneront donc un modèle plus précis de la densité résolue en spin dans l’espace des positions. Pour compléter ce modèle les électrons très délocalisés seront plus précisément déterminés par les expériences de diffusion Compton magnétique (mais dans l’espace des moments). Puisque ces expériences pourront être conduites sur le même système, ce qui veut dire que l’on regarde le même objet sous différents angles, notre objectif principal est de construire un modèle physique commun unique, qui exploite toutes les richesses de chacune de ces expériences. Le dénominateur commun de toutes ces expériences est la matrice densité réduite à 1 électron (1RDM): nous en déterminerons les éléments (dans une base adéquate de fonctions d’onde) à partir d’un affinement joint contre l’ensemble des données XRD, XMD, PND et ICS. Le problème principal de cet projet d’affinement joint est de définir une paramétrisation unique commune à toutes ces techniques et de trouver la manière d’utiliser le mieux possible toutes ces données de nature et précision diverses. Le schéma de pondération et les stratégies d’affinement sont particulièrement importants pour ne pas perdre d’informations sur chaque expérience. La stratégie et la pondération seront définies et testées en utilisant un cristal de YTiO3, une perovskite qui montre un ordre orbital encore à expliquer. Dès que la méthode sera bien validée, le programme de calcul résultant sera amélioré pour le rendre ‘users friendly‘ afin de le distribuer aux physiciens, chimistes et cristallographes intéressés.

L’information quantique est un domaine de recherche qui offre de nouvelles perspectives pour les télécommunications et le traitement de l'information par l'intermédiaire de la manipulation cohérente de systèmes quantiques. Si ce domaine relativement nouveau a déjà montré son potentiel à travers de nombreuses démonstrations de faisabilités, nous sommes encore loin d'exploiter pleinement toutes les possibilités offertes par l’information quantique: de nombreux progrès sont encore nécessaires pour avoir des taux d’émission plus élevés, de meilleures fidélités, et la maîtrise d’états et d’opérations quantiques complexes. Dans ce cadre, l'optique quantique offre de nombreux avantages pour un grand nombre d'applications , y compris la métrologie quantique et l'informatique quantique. Par exemple, on peut efficacement mettre en œuvre le calcul quantique avec de l'optique linéaire, à condition que l'information soit codée sur des états cohérents, et à condition que les états « chat de Schrödinger », qui sont une ressource de base pour ces protocoles, puissent être générés de manière efficace. Le projet a pour objectif principal la conception de nouveaux outils pour l'optique quantique et les systèmes d'information quantique afin d'ouvrir la voie à une nouvelle génération de démonstrateurs quantiques. Des cavités optiques synchrones, fonctionnant en régime impulsionnel, seront ainsi développées avec différents objectifs clés : - d’une part, de tels systèmes optiques permettent d’augmenter la puissance du faisceau pompe utilisé dans des interactions non-linéaires telles que la génération de seconde harmonique, ou la génération d'états comprimés ou de paires de photons ; ceci permettra notamment de produire des états comprimés en temps, avec des applications en métrologie; - d’autre part, ces systèmes se trouvent être une solution simple et efficace pour le stockage d’informations quantiques, et pour la mise en œuvre de protocoles itératifs qui peut en découler. Ils peuvent ainsi être utilisés comme un outil efficace pour générer des états « chat de Schrödinger ». Ces nouveaux outils vont ouvrir de nouvelles perspectives dans le domaine de l’information quantique avec une percée technologique majeure permettant de mettre en œuvre expérimentalement des concepts qui sont encore dans le domaine de la théorie. Le projet SPOCQ réunit le groupe “d’Optique Quantique” du Laboratoire Charles Fabry (partenaire 1, LCF, coordinateur), le groupe “d’Optique Quantique” du Laboratoire Kastler Brossel (partenaire 2, LKB), et l’équipe “d’Information Quantique avec la Lumière et la Matière” du Laboratoire de Physique de la Matière Condensée (partenaire 3, LPMC). Le partenaire LCF a obtenu la première generation d’états “chats de Schrödinger optiques” en espace libre, et a une longue expérience de l’optique quantique en régime impulsionnel. Le partenaire LKB a été le premier à développer des cavités synchrones pour l’optique quantique, et le partenaire LPMC a une expérience de premier plan des sources de photons uniques à taux de répétition élevé. Ces compétences très complémentaires sont un atout pour le succès de ce projet. Cette proposition se situe au-delà de l'état de l’art tout en restant pleinement et dans les compétences et les capacités actuelles des partenaires.

Un spin classique plongé dans un supraconducteur induit des états liés dits de Shiba à l’intérieur du gap supraconducteur. Une concentration finie d'impuretés magnétiques peut ainsi former une bande d'impureté à partir du recouvrement entre les états de Shiba. Il a récemment été prédit qu'une chaîne d'impuretés magnétiques à la surface d'un supraconducteur peut réaliser un supraconducteur topologique unidimensionnel hébergeant des états de Majorana à ses extrémités. L'objectif principal de cette proposition est de fournir une étude systématique à la fois expérimentale et théorique d'un tel système complexe. Nous prévoyons de développer une meilleure compréhension de l'interaction entre un atome magnétique unique et un supraconducteur. Une attention particulière sera accordée à la dépendance spatiale des états liés et à leur signature spectrale mesurée par spectroscopie tunnel. Nous aborderons ensuite la question cruciale de l'interaction magnétique entre deux impuretés séparées par une distance r avant d'aller vers la limite de réseaux ordonnés d'impuretés magnétiques.

La découverte des fractionnements isotopiques indépendants de la masse (MIF) du soufre et de l’oxygène (S-MIF et O-MIF) a profondément bouleversé les domaines de la (géo)chimie et a produit notamment une des figures les plus emblématiques de la géochimie moderne, à savoir l’existence d’anomalie S-MIF dans des roches anciennes, avant 2.3 milliard d’années, suivi d’une quasi disparition depuis. En ce qui concerne O-MIF, la majorité des anomalies observées sur terre proviennent d’une manière ou d’une autre de l’anomalie de l’ozone transférée à des molécules contant des atomes d’oxygène. Si il reste de nombreuses zones d’ombre quant aux mécanismes de transfert des O-MIF, cela n’est rien en regard des mécanismes de formation des S-MIF. De plus, la pertinence des résultats de laboratoire est de plus en plus remise en question. Il n’y a pas de consensus général sur l'origine exacte des anomalies S-MIF dans l'atmosphère et les mécanismes proposés sont encore très largement débattus en géosciences. Récemment, la NASA a placé la résolution cette énigme comme une de ces grandes priorités dans le domaine de l’astrobiologie, reconnaissant l’important potentiel des MIF pour la compréhension de l’origine de la vie et de ses interactions avec l’environnement planétaire. L’identification et la compréhension quantitative des processus impliqués dans la création et le transfert des anomalies MIF et MIF, conditions préalables à l’exploitation des données isotopiques, conduirait certainement à des avancées majeures dans notre compréhension de l’histoire géochimique et environnementale de notre planète, depuis sa plus primitive existence jusqu’à nos jours. Dans ce projet, nous proposons une approche pluridisciplinaire pour réexaminer les sources d’anomalies MIF dans les sulfates, à l'aide d'un programme intégré de nouvelles expériences de laboratoire (pour les conditions actuelles et conditions anciennes présupposées de l'atmosphère), des campagnes de terrain dédiés et de la modélisation photochimique multi-échelle innovante (y compris O-MIF and S-MIF comme variables pronostiques). Premièrement, en utilisant la méthodologie isotopique appliquées avec succès aux sulfates issues des carottes glaciaires et neige, nous évaluerons le potentiel des sulfates lessivés de cendres volcaniques comme traceurs des processus d'oxydation. Deuxièmement, nous procéderons à de nouvelles série d'expériences en laboratoire sur la production de S-MIF liée à la photochimie de SO2 en considérant des conditions environnementales qui soient aussi proches que possible de celles de la stratosphère et de l’atmosphère archéenne présupposée. Troisièmement, pour la première fois, des schémas chimiques des S-MIF et O-MIF seront couplés et intégrés dans des modèles (un modèle boîte/panache photochimique et un modèle global de chimie-transport). Comme O-MIF a déjà en grande partie démontré sa capacité à sonder les mécanismes d'oxydation de soufre dans l'atmosphère, l’analyse combinée des O-MIF et S-MIF devrait représenter une approche puissante pour mieux contraindre les études sur l'origine des S-MIF. Un des objectifs est d'améliorer notre compréhension quantitative de l'oxydation du soufre volcanique et anthropique et de la production associée d’aérosols. Nous allons également évaluer le potentiel de cette approche novatrice pour sonder la chimie atmosphérique dans le passé lointain. Dans l'ensemble, en offrant une base bien plus solide pour des inférences quantitatives à partir de données combinées S-MIF et O-MIF, le projet fournira de nouvelles contraintes sur des questions fondamentales relatives au passage d'une atmosphère pauvre en oxygène à un environnement oxydant, à l’apparition de la vie, et à la reconstruction de l'impact des éruptions volcaniques et des activités humaines sur la capacité oxydante atmosphérique et le climat.

L'origine des particules hautement relativistes et du rayonnement secondaire associé dans les sources astrophysiques de haute énergie, comme les restes de supernovae, les pulsars, les quasars, les micro-quasars, les noyaux actifs de galactiques, les sursauts gamma ... représente une des principales questions de l'astrophysique d'aujourd'hui. Il est généralement admis que l'accélération des particules et la production de rayonnement non-thermique sont associés à la dissipation de l'énergie dans les ondes de choc sans collisions, qu'elles soient non-relativistes, moyennement relativistes, voire ultra-relativistes. Les développements récents, tant sur le plan théorique que sur le plan expérimental ont conduit à la conclusion que l'accélération de particules, la structure du choc et la génération de turbulence forment un triptyque interdépendant de sorte que l'on doit aborder les processus physiques à partir des échelles microscopiques jusqu'aux grandes échelles, une situation plutôt inhabituelle en astrophysique. Pour atteindre l'auto-cohérence, le modèle doit en outre intégrer les couplages non-linéaire de ces différentes échelles. Il faut donc réunir les connaissances de plusieurs disciplines - astrophysique des hautes énergies, physique des plasmas spatiaux, physique des plasmas laser - et développer des outils numériques efficaces et fiables. C'est précisément l'objectif du projet MACH, qui propose de combiner des études analytiques avec l'état de l'art des simulations numériques et des expériences de plasma afin de procéder à une étude multi-échelle auto-cohérente des chocs astrophysiques, des mécanismes d'accélération de particule et la génération de rayonnement. A la fin du projet, nous allons livrer à la communauté française deux codes numériques dans l'état de l'art: un code relativiste Particle-In-Cell 3D pour des études auto-cohérentes de la physique des chocs relativistes et un code hybride relativiste PIC-MHD 3D qui traitera des phénomènes pertinents sur de plus grandes échelles spatiales et temporelles. Les deux codes seront utilisés pour les études de divers scénarios de formation des chocs et l'interprétation des données d'observation de l'accélération de particules; les codes PIC seront également utilisées pour planifier et orienter les expériences de laboratoire de formation de chocs avec des lasers de forte puissance. Ce projet est évidemment interdisciplinaire car il implique des physiciens de ces trois disciplines. Il combine leurs visions complémentaires correspondant aux outils méthodologiques: des simulations numériques, des études analytique, des expériences plasma de formation de choc. MACH contribuera à placer la communauté astrophysique française à la pointe de la recherche dans un domaine qui est actuellement dominé par des équipes américaines et japonaises. Le projet MACH est organisé en trois tâches scientifiques parallèles: (1) mise à niveau des codes PIC existants issus de la communauté des plasmas de laser (2) simulations PIC adaptées aux conditions requises dans les chocs moyennement relativistes et relativistes avec un support par des études analytiques permettant la préparation d'expériences laser plasma; (3) le développement d'un code hybride PIC- MHD relativiste en parallèle avec l'exécution de simulations MHD d'ondes de choc avec maillage adaptatif. Pour atteindre ces objectifs, nous demandons à l'ANR de financer deux postes de niveau postdoctoral de deux ans chacun, et la moitié d'un doctorat, de financer des missions ainsi que des équipements de petite échelle.

L’accès aux soins ambulatoires est une responsabilité essentielle des systèmes de protection sociale. Malgré une augmentation de la densité médicale on assiste pourtant à l’accroissement du nombre de territoires sous dotés en médecins, en particulier pour les soins de premier recours. Les prévisions à moyen-terme vont dans le sens d’un renforcement de ce problème. Ce projet analyse, dans une perspective comparative, les politiques menées, pendant la période qui va du début des années 2000 jusqu’à aujourd’hui, pour prendre en charge cet enjeu, dans quatre États providence ouest-européens (Allemagne, France, Royaume-Uni, Suède). Trois questions principales sont posées : 1. Quels objectifs et instruments caractérisent les politiques de santé menées au cours de cette période pour répondre au problème de l’insuffisance de l’offre locale de soins médicaux ? 2. Quels facteurs expliquent la formulation des objectifs et le choix des instruments ? 3. Dans quelle mesure ces politiques s’inscrivent-elles dans une dynamique de changement de la régulation des systèmes de santé et de l’organisation des soins dans les pays analysés ? Le travail de recherche mené à partir de la première question vise à accroître la connaissance empirique des politiques de santé à partir des données et des documents recueillis et à élaborer une typologie des modalités de construction du problème de l’insuffisance de l’offre locale de soins médicaux et de formulation des politiques publiques visant à y répondre. Le travail de recherche mené à partir de la deuxième question vise à accroître la connaissance théorique, en termes de comparaison des transformations de l’État et des politiques de santé, à partir d’analyses empiriques qualitatives et d’explications du changement. Nos hypothèses théoriques visent à analyser les liens de causalité entre systèmes de santé et stratégies de politiques publiques. Nous nous intéressons tout particulièrement à la façon dont les acteurs impliqués construisent les problèmes, à leurs ressources de pouvoir et aux structures institutionnelles des systèmes de santé. La troisième question est centrée sur l’enjeu clef du changement des systèmes de santé. Nous nous demanderons si la formulation des politiques régionales de soins ambulatoires et le choix des instruments conduisent à la mise en place de nouvelles formes institutionnelles de régulation (en termes d’hybridation) ou si les réponses apportées s’inscrivent dans les dispositifs et structures préexistants (dépendance au sentier). Par là est également problématisée, en termes comparatifs, la question de la convergence (ou non) des systèmes. Le travail d’enquête se base sur l’analyse qualitative du contenu de documents en lien avec les politiques de santé (rapports, prises de position de acteurs, textes de lois et débats parlementaires …) et des entretiens avec les acteurs impliqués. L’analyse des stratégies définies nationalement sera complétée par des études de cas locales. En plus de ces objectifs scientifiques ce projet a aussi une finalité plus opérationnelle, en particulier pour les deux pays partenaires, en termes de transferts d’expériences transnational afin de répondre au mieux à cet enjeu.

Due to expectations of more ambitious GHG mitigation goals to be agreed on internationally in the future, climate policy will have to target households. Households in high-income-countries influence some 50 % of GHG emissions. Thus, targeting them in climate policies implies including emissions embedded in private consumption which so far has largely been outside the scope of current climate policies. The EU roadmap for a competitive low carbon economy calls for reducing GHG emissions by 80-95% until 2050. Thus, we apply a long-term goal of reducing household GHG emissions in the range of 50 % by 2050 compared with 1990, in which we will develop possible pathways for households to contribute to reach this goal. The HOPE project will generate new knowledge in three areas (1) the drivers behind current household emission (2) households choices to achieve imposed GHG reduction targets (3) economic costs amp; benefits as well as health co-benefits of each choice. The four study countries offer different contexts in climate policy, GHG-emission profiles and energy supply. We study a representative urban household sample in each country. The study comprises three stages: (1) A household interview survey including the assessment of the current household footprint of direct and indirect GHG emissions. (2) An on-site simulation, in which household will be guided through a GHG reduction simulation of 60 GHG saving options. For each behavioral change, the resulting savings (GHG reduction), costs and health co-benefits will be shown. (3) A semi-structured qualitative follow-up interview addressing household views on potential barriers and motivation for the measures chosen in stage 2 will be applied to a carefully chosen subsample based on the results of stages 1 and 2. Engaging with policy-makers from the start we will develop possible innovations in current climate policy regimes at EU, national and local level of governance to support households in their consumption choices.

The goal of the ScenNet project is to strengthen national and international ties between researchers working on scenarios of biodiversity and ecosystem services. The project involves researchers from a wide range of disciplines covering all aspects of scenarios including modeling of impacts of global change on biodiversity and ecosystem services, scenarios of socio-economic development that take into account biodiversity and ecosystem services, and feedbacks of changes in biodiversity and ecosystem services on decision making. At the global level, this project will support the newly initiated Intergovernmental Platform for Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES) and reinforce the recently launched interdisciplinary global change program, Future Earth. Strong ties and coherence with these are ensured through significant participation of researchers involved in both IPBES and Future Earth. ScenNet focuses on networking and capacity building in all eight countries participating in the Belmont Forum call for proposals. Networking and capacity building in ScenNet is based on i) international workshops, ii) development of national networks, iii) a large international conference on biodiversity and ecosystem scenarios to be held in 2016 and vi) a web-based networking tool. The project also builds on and brings added value to a number of other research programs and networks at national and international levels. Substantial participation by nonfunding countries has been ensured by linking ScenNet to on-going international projects with similar objectives; for example, the EU-COST Action Harmbio project that focuses on harmonizing global biodiversity modeling and the Eur-oceans project that includes the harmonization of regional and global marine systems modeling.

Un élevage durable suppose de produire des animaux robustes et résilients, adaptés à une grande diversité d’environnements changeants et à même d’assurer une production efficace de bonne qualité pour les générations présentes et futures. Dans un contexte d’augmentation de la demande en produits animaux, l'efficacité reproductive apparait comme un facteur clé de l'efficacité globale des filières bovines car elle conditionne au moins deux fondamentaux de la durabilité : l’économie, en augmentant la compétitivité, et l’environnement, en limitant l’utilisation et le gaspillage des ressources tout comme l’empreinte environnementale des élevages bovins. La semence utilisée en insémination artificielle (IA), est le vecteur principal de diffusion du progrès génétique en élevage bovin (7 millions de femelles inséminées ; plus de 2 millions de doses exportées). La qualité de la semence et la fertilité des taureaux constituent ainsi un enjeu majeur. En effet, l’utilisation de taureaux sub-fertiles influence directement la durabilité des élevages en entraînant des pertes de production (veaux et lait) et une augmentation du taux de réforme des génisses pour infertilité. Chaque étape se traduit par des pertes économiques importantes et un gaspillage des ressources naturelles et énergétiques. Le Labcom «Qualité de la semence et fertilité chez les bovins: développement de nouveaux outils moléculaires de diagnostic », qui associe l’UMR INRA-ENVA 1198 et l’UNCEIA, a pour objectif la caractérisation moléculaire fine de la semence pour en analyser la variabilité en fonction de multiples paramètres génétiques, biologiques et environnementaux. Une approche intégrative sera menée à l’aide des dernières générations d’outils « omiques » afin d’acquérir des connaissances fondamentales sur la variabilité de la composition de la semence et de l’épigénome spermatique. Ces travaux permettront l’identification de nouveaux mécanismes ou gènes clé essentiels à la fécondance et apporteront aussi des données fondamentales sur l’impact de la transmission paternelle sur le développement embryonnaire et la descendance. Ces connaissances seront mises à profit pour développer des prototypes de méthodes et d’outils technologiques permettant de valider à la fois la faisabilité des approches et les hypothèses biologiques. Forte de son expérience en transfert technologique, l’UNCEIA optimisation ces outils et diffusera ces innovations dans les centres de production de semence de ses adhérents et plus largement au niveau international. Une sélection des futurs reproducteurs ou des lots de semence pourra ainsi être mise en œuvre sur la base de ces informations afin d’éliminer les taureaux sub-fertiles ou les lots de semence de qualité insuffisante. Le Labcom pérennisera son activité de recherche ultérieure en analysant l’impact des biomarqueurs de fertilité/qualité de l’embryon sur la compétence au développement de l’embryon après transfert et en étudiant le rôle des petits ARN non codants et les processus biologiques perturbés par les modifications de l’épigénome.

Le projet NirvAna vise à réaliser la mise en évidence des anapoles (qu’on appelle aussi dipoles toroidaux) dans la physique de la matière condensée et plus particulièrement dans les supraconducteurs à haute température critique à base d’oxydes de cuivre. Un état de boucles de courants spontanés, qui est un exemple de phase d’anapoles, est proposé comme moteur de la physique de ces matériaux. En étudiant ces composés par diffraction de neutrons polarisés, nous avons précédemment découvert un nouvel état magnétique dans la partie la plus mystérieuse de son diagramme de phase, la phase dite de « pseudogap ». Il est largement admis dans la communauté que la compréhension de ce « pseudogap » est la clé de l’origine de la supraconductivité à haute température critique. Nous nous proposons maintenant d’établir la correspondance entre l’ordre magnétique observé et la prédiction théorique des moments magnétiques orbitaux générés par les boucles de courants microscopiques décrites plus haut. Pour ce faire, nous construirons un montage de précision pour réaliser des expériences de diffraction de neutron polarisés dans le but de déterminer le facteur de structure magnétique de ce nouvel état. En effectuant ces mesures dans plusieurs composés supraconducteurs d’oxyde de cuivre, il sera ainsi possible d’identifier les anapoles. Le projet abordera aussi la question fondamentale du mécanisme de la supraconductivité à haute température critique, un problème qui reste entier à ce jour. En effet, il a été prédit que la supraconductivité devrait apparaître à partir d’un tel nouvel état dans lequel les fluctuations de basse énergie serviraient de colle pour former les paires de Cooper supraconductrices. Nous allons développer des mesures de diffusion de neutrons polarisés de grande sensitivité afin de révéler la présence de fluctuations critiques quantiques qui seraient responsables de la supraconductivité à haute température critique dans cette approche. Le projet NirvAna révèlera les anapoles dans la physique de la matière condensée ainsi qu’un nouveau mécanisme de la supraconductivité à haute température critique. Une implication finale de ce projet sera de rechercher d’autres composés à fortes corrélations électroniques où le même type d’ordre anapolaire pourrait avoir lieu.

We are an international consortium formed by six leading research institutes in the field of green economy. Our GOAL is to develop robust evidence on green growth in both EU and Chinese cities and to draw lessons to facilitate a transition towards sustainable development in EU and Chinese cities. Our team has brought strong and multi-disciplinary expertise into this project from aspects of urban development, environmental economics, economy-energy-environmental modelling,carbon accounting and policy analysis for technology transfers. Green growth means shifting to a development model where environmental protection and economic growth complement each other, rather than being contradictory. Generating 85% of Europe's GDP, 80% of energy consumption and 75% of carbon emissions, cities have a central role to play in this process. European cities are striving for green growth. They are adapting local regulation and raising citizen awareness. Recently, the EU has launched the Europe 2020 strategy that sets out sustainable growth as one of its priorities, alongside smart and inclusive growth: 'making our production more resource efficient while boosting our competitiveness' . On the other hand, China will play a pivotal role in the fight against climate change given due to its immense size and need to develop. Shifting Chinese cities to a green growth path is a critical part of the fight. Chinese cities home 46% of the population and contribute 75% of the Chinese national economy and nearly 85% of CO2 emissions. The nexus between urban evolution and emission mitigation is the key in China's green growth. While the green-growth debate is becoming more prominent at the international level, understanding how to operationalise green-growth strategies is still lacking at more local levels. The key challenges remain: Challenge 1: What are the dynamics of emission trends in Chinese cities at different urbanisation and industrialisation stages? Energy and greenhouse gases (GHGs) emission inventories are usually built at national level. But no such international framework exists requiring measurements of city emissions or providing detailed methodological guidance for conducting an urban emissions inventory. We will construct city level emission inventories. Challenge 2: What factors are driving emission growth in cities? Quantification of emission driving forces has been extensively studies at the national level. Few studies have found at the city level. Understanding the key factors in driving the emission growth, one can target the problem more specific to reduce emissions in cities. Challenge 3: What are the sources of green growth in cities and how can we support green growth? Green growth can open up new sources of growth through increasing resource efficiencies and economic productivities, supporting technology innovations, creation of new market, boosting business confidence in green growth and enhance economic stability. Institutional arrangements and economic incentives are the key to sustain the sources of growth in cities. New institutional arrangements will need to be established to guide the development of green growth strategies and to overcome the institutional inertia and silos that exist around economic and environmental policy making. Challenge 4: How to use interventions to transform cities to green growth? Cities are the centre of transitioning towards green economy. Green growth is already underway in both European and Chinese cities. We identify available interventions for green growth and examine the effectiveness of those interventions.

Le projet BERCOM traite une problématique importante de toute infrastructure critique à savoir une alimentation continue et sure en énergie et des moyens de communication opérants en tous types de circonstances. Le projet s'intéresse à un scénario type consistant en une attaque progressive sur une infrastructure de production d'énergie. Dans ce scénario les interdépendances entre le système de production d'énergie et le système de communication sont analysées et des solutions de riposte multidisciplinaires sont développées. Le projet étudie une composante clé pour assurer la résilience de l'infrastructure critique en question à savoir une infrastructure de communication sans-fil basée sur les dernières technologies cellulaires, 4G ou LTE, en la munissant de mécanismes de blindage au niveau matériel, protocolaire et logiciel. Le projet BERCOM est réalisé par un consortium équilibré incluant toutes les composantes de la chaine de valeur allant des utilisateurs finaux, les PMEs, les grands groupes industriels et les instituts de recherche. Le projet BERCOM se propose de produire une approche globale, valable au niveau européen pour la résilience des infrastructures critiques utilisant LTE comme moyen de communication pour leurs systèmes de supervision. Bien que le projet focalise ses efforts sur les infrastructures de type production d'énergie, son approche est suffisamment générique pour prendre en considération les besoins des autres infrastructures telles que celles de transport ou de l'eau. La collaboration franco allemande dans ce projet offre un gain significatif et un avantage compétitif pour ses partenaires aux niveaux européen et international.

The Research Unit UMR8122 led by the Project Coordinator has identified within the envelope protein of oncoretroviruses a domain endowed in vivo with immunosuppressive activity (IS domain). The IS domain has been mapped and mutations that inactivate its immunosuppressive functions while preserving the “mechanical” properties of the envelope protein have been discovered. Introduction of these mutations into a model mouse leukemia retrovirus (Friend virus) enabled us to demonstrate that the IS domain is absolutely required for induction of a persistent viremia in vivo: whereas immunodeficient mice are infected to the same level by both the mutant and wild-type virus, only the wild-type virus can induce viremia in immunocompetent mice. Moreover, we have shown that envelope proteins whose IS domain has been inactivated by mutation are powerful immunogens, with immunogenicity levels 10 to 100-fold higher than those of the wild-type protein, leading to the design of performing vaccine approaches, notably the implementation of an “optimized” veterinary vaccine against the feline leukemia virus FeLV (marketed in mid-2012, under a license granted to Mérial by Viroxis), and the elaboration of prototype prophylactic vaccines against the feline and human immunodeficiency retroviruses (FIV and HIV) that have previously been allocated funding by an ANR-RPIB grant (LENTIxIS, ending September 2014) and presently undergoing preclinical trials and on their way for further developments. The purpose of the present project –at variance with the previous one of a preventive nature (prophylactic vaccines)- is now to design an approach of a therapeutic nature (“medication” molecules) against retroviruses, based on the same theoretical substratum. The basic research studies conducted by UMR8122 having indeed demonstrated that a retrovirus whose IS domain has been inactivated can ultimately be cleared by the host immune system, we are planning to develop molecules capable of neutralizing the effects of this domain, through the screening of chemical libraries carried out in vitro to identify “hit” molecules able to block either the binding of the IS domain to its receptor or the downstream transduction pathways. The proposed work project draws on both the expertise of UMR8122 in the fields of the molecular and cellular biology of the IS domain and the skills of Viroxis to bring to completion high-throughput screenings of chemical libraries, as well as in vivo assays on animal models (mouse and monkey). A fruitful interaction has already taken place previously between these two organizations that led to the filing of patent applications in common and to successful developments ending in the marketing of a vaccine (see above). A first step will consist in identifying IS domain interactants, and this through different approaches, on the one hand, “proteomic” ones involving covalent labeling of molecules targeted by the IS domain, itself “labeled” with photoactivatable amino acids, and their identification by mass spectrometry after purification, and on the other end, “molecular genetic” approaches bringing into play expression libraries and their screening. Among the latter, a double hybrid screen conducted by the company Hybrigenics has already provided candidate genes, whose products are presently being assayed in vitro for direct binding to a labeled IS domain (e.g. co-immunoprecipitation, biacore) and which can already be regarded as basic components for the screening of chemical libraries. Screening of lentiviral expression libraries followed by iterative selection rounds using cell sorting and reseeding in culture will also be carried out. The screening of chemical libraries will be performed in collaboration with labs from the Labex LERMIT, of which UMR8122 is one of the founding teams.

L'aquaculture se développe depuis 30 ans pour répondre à la demande croissante en poissons pour la consommation humaine qui ne peut plus être couverte par les captures de pêche. Cet essor de l'élevage a engendré une forte demande en huile et farine de poisson (HP et FP), les ingrédients traditionnels majeurs des aliments aquacoles. Or les volumes produits sont restés stables depuis plus de 20 ans pour protéger les ressources naturelles marines. Ces matières premières ont été de plus en plus substituées dans les aliments aquacoles par des produits végétaux, plus disponibles et moins chers. Cette évolution doit impérativement se poursuivre pour affranchir l'aquaculture des produits de la pêche. Cependant, les essais conduits avec des aliments dépourvus de farine et huile de poisson ou très fortement substitués par des produits végétaux ont mis en évidence des limites des capacités physiologiques des poissons à s'adapter à ces aliments pourtant formulés pour couvrir leurs besoins. Ce constat a conduit à considérer un nouveau paradigme : l'adaptation des poissons aux nouveaux aliments. Après avoir démontré l’existence de variabilité génétique pour la capacité d’adaptation de la truite arc-en-ciel à l'aliment tout végétal, nous disposons maintenant (i) de lignées isogéniques fortement divergentes pour leur réponse à des aliments végétaux et (ii) d'une population que nous avons sélectionnée pour son aptitude à survivre et grandir avec un aliment tout végétal. Cependant les mécanismes qui permettent à ces animaux de s'adapter aux aliments végétaux ne sont pas élucidés. L'ambition du projet AGREENFISH est de (i) décrypter les mécanismes d’adaptation, à court et long terme et (ii) trouver des marqueurs de l’adaptation qui renforceront l’efficacité de la sélection pour obtenir des poissons adaptés aux nouveaux aliments. Il s'appuie sur un consortium réunissant des experts en génétique, nutrition, physiologie, comportement, pathologie, immunologie et microbiologie des poissons ainsi que des représentants de l’industrie aquacole. Les réponses des différents groupes de poissons nourris avec un aliment tout végétal ou avec HP et FP seront comparées pour décrypter les mécanismes d’adaptation à court et long terme. Les lignées isogéniques, utilisées comme un modèle de forte divergence pour les capacités adaptatives, seront caractérisées avec une approche sans a priori et avec une approche ciblée sur les étapes clés de l'efficacité alimentaire: ingestion, tractus digestif et microbiote associé, métabolisme hépatique, et croissance. La comparaison des lignées sélectionnées (3ème génération) et témoin concernera les critères sélectionnés (croissance, survie), les verrous nutritionnels potentiels mais aussi les réponses aux stress et la résistance aux pathogènes pour évaluer les conséquences de la sélection sur la robustesse du poisson, déterminant majeur de l’efficacité de l’aquaculture. D’autre part, les biomarqueurs physiologiques et moléculaires de l’adaptation trouvés chez les lignées isogéniques seront testés dans les populations témoin et sélectionnée. Une analyse haut débit de l'ADN d'individus de la 4° génération de sélection sera réalisée pour rechercher des signatures de sélection et les résultats combinés avec ceux des analyses transcriptomiques des lignées isogéniques pour identifier des gènes candidats. Les signatures de sélection les plus pertinentes seront testées dans le cheptel d'un éleveur participant au projet. Enfin, toutes les données seront intégrées pour obtenir une représentation de l'ensemble des altérations fonctionnelles induites par l’aliment et des mécanismes adaptatifs selon les groupes génétiques. Cette connaissance et les nouveaux outils générés permettront d’optimiser la sélection pour une meilleure adaptation des poissons face aux changements majeurs des aliments et d’améliorer les formulations des aliments. Leur dissémination vers l’industrie aquacole sera facilitée par l'implication du Sysaaf.

Le changement climatique, les contraintes économiques et les préoccupations sociales pour une agriculture durable vont fortement influencer les systèmes de production animale. La volaille est une source majeure de protéines pour l'alimentation humaine partout dans le monde. Améliorer les capacités d'adaptation des poulets à la variabilité du climat et de l'alimentation est une exigence pour nourrir en 2050 une population humaine en croissance constante, en particulier dans les pays chauds, asiatiques et africains. Même si la tolérance à la chaleur chez les poulets a été étudiée depuis de nombreuses années, il manque une compréhension globale du contrôle génétique de l'adaptation et des critères de sélection ciblés. Une variation de la prise alimentaire est connue pour influencer la tolérance à la chaleur chez les poulets, et la variabilité génétique de la consommation alimentaire doit être prise en compte dans l'analyse des mécanismes de tolérance à la chaleur. Par ailleurs, la qualité des aliments est susceptible de fluctuer en raison de contraintes notamment économiques. Les liens possibles entre mécanismes d'adaptation à la chaleur et d'adaptation aux modifications d'alimentation doivent être soigneusement étudiés. Nous proposons d'utiliser les méthodes génomiques actuelles pour étudier les mécanismes d’adaptation à la chaleur (épisodes caniculaires notamment) ou aux changements alimentaires (utilisation de co-produits de céréales ou d'oléagineux par exemple) d'un ensemble de génotypes contrastés, afin de couvrir une large gamme de variations génétiques et épigénétiques, intra et inter-populations. L'étude porte sur la poule pondeuse parce qu'elle a un cycle de production long et est particulièrement exposée au risque de coups de chaleur saisonniers. Le projet s'appuie sur différentes lignées de poules, pour fournir un ensemble de connaissances fondamentales sur les mécanismes adaptatifs de tolérance à la chaleur et au changement alimentaire d'un oiseau domestique. Quatre lignées expérimentales maintenues à l'INRA seront étudiées : des pondeuses à œufs bruns sélectionnées pour une consommation alimentaire résiduelle faible (R-) ou élevée (R +), des poules de la race égyptienne Fayoumi, connue pour être tolérante à la chaleur et résistante aux maladies, et une lignée de pondeuses portant les gènes majeurs "Cou Nu" et "Nanisme" qui diminuent les effets de la chaleur sur les performances. Une lignée commerciale de Novogen (partenaire du projet) sera étudiée en liaison avec un projet en cours sur la sélection génomique (ANR UtOpIGe) où les mâles sont génotypés et testés sur descendance. Des familles de père différant en termes d'adaptation aux changements de régime alimentaire seront produites pour tester leur tolérance à la chaleur. Le programme de travail est organisé en 6 tâches : coordination, tests et phénotypages, transcriptomique, épigénétique, intégration des données, diffusion. Tous les génotypes seront testés par un stress thermique juste après le pic de ponte. Les lignées R-R+ et Novogen seulement seront testées sur le régime alimentaire suboptimal déjà utilisé pour la lignée commerciale. Un groupe témoin, non stressé, sera maintenu pour chaque génotype. L'hypothalamus, le foie et les leucocytes (à différents stades) seront recueillis pour des extractions ADN/ARN. Les mesures de performance et indicateurs physiologiques seront combinés aux données transcriptomiques et d'analyses de méthylation de l'ADN pour identifier les voies de régulation de l'adaptation. L'héritabilité du taux de méthylation d'un sous-ensemble de loci sera estimée sur la lignée commerciale. Les analyses bénéficieront de données génétiques produites dans des projets connexes (génotypes pour Novogen, séquence génomique pour R-R+). L’intégration de toutes ces données hétérogènes (génétique, génomique fonctionnelle, physiologie, production) dans des génotypes contrastés nous permettra de mieux comprendre les phénomènes d'adaptation chez la poule.

L’objectif général du projet ECOTERA est de produire des connaissances multidisciplinaires et d’élaborer des outils permettant aux acteurs locaux d’un territoire confronté aux changements globaux de concilier leur objectif de développement durable avec la mise en place de systèmes productifs et d’utilisation des terres éco-efficients. Il travaillera sur un territoire d’Amazonie Brésilienne, le municipe de Paragominas. En effet, les changements globaux affectent particulièrement la région amazonienne, imposant de redéfinir les relations entre production de biens agricoles et forestiers et environnement. En Amazonie brésilienne, l’expansion agricole sur la forêt, moteur du « développement du territoire » depuis cinq décennies, n’est plus possible. Cette rupture, imposée par une intervention forte de l’état fédéral, a abouti à une très forte réduction de la déforestation. Dans cet espace désormais limité, les territoires amazoniens doivent planifier et promouvoir une transition agraire rapide tout en répondant à des demandes sociales et productives croissantes. Face à ce défi, un nouveau discours politique émerge, porté par des leaders agricoles et élus locaux. Ils souhaitent promouvoir l’écoefficience des systèmes de production, qui deviendraient plus compétitifs et leurs produits plus valorisables grâce à une image verte, permettant ainsi une nouvelle voie de développement des territoires. Dans ce contexte, Paragominas est emblématique par la mise en œuvre d’un modèle de la « Municipalité Verte ». Toutefois un diagnostic réalisé en 2012 montre que si les objectifs de réduction de la déforestation sont atteints, les connaissances et les outils pour promouvoir les écoefficiences dans le territoire restent limités et que les risques de ségrégation au sein du territoire sont élevés. Le projet est organisé autour d’une tâche de coordination (tâche 1) et de trois tâches scientifiques, qui articulent chacune les niveaux des exploitations agricoles et du territoire. La tâche 2 évaluera les écoefficiences des systèmes de production et du territoire avec la construction d’indicateurs spatialisés et d’outils cartographiques. La tâche 3 analysera les proximités géographiques et organisées (groupes d'acteurs, réseaux) et la manière dont elles influencent les dynamiques d'innovation territoriale (construction et appropriation de modèles techniques et organisationnels) relatives à l'écoefficience et à l'adaptation aux changements globaux. La tâche 4 intégrera les résultats des deux précédentes pour construire les enjeux de développement du territoire et des scénarios de développement territorial s’articulant à ceux des exploitations agricoles. Dans un souci de mise en œuvre opérationnelle des résultats, cette construction repose sur une démarche de modélisation d’accompagnement (Commod) où les acteurs envisageront diverses hypothèses de réalisation de politiques publiques et d’évolution des contraintes et opportunités liées aux changements globaux. Cette démarche permettra de construire et explorer des stratégies d’action territoriale et individuelle qui pourront inspirer d’autres communes, permettant de concilier la recherche d’écoefficiences et un développement territorial durable. Le projet EcoTera s’appuie sur un collectif pluridisciplinaire de quinze chercheurs français et brésiliens travaillant et collaborant pour la plupart depuis une décennie en Amazonie. A ce cœur d’équipe s’ajoutent des institutions françaises de référence sur les approches clés du projet : l’écoefficience (UMR ESO) et les proximités (UMR SADAPT). L’équipe bénéficie en outre de relais stratégique auprès du CIFOR et de différents réseaux scientifiques.

Pour faire face à la diversité des changements globaux, un profond changement des systèmes agricoles est nécessaire. Il apparaît indispensable d’accroitre l’efficience d’utilisation des ressources et la résilience des agroécosystèmes face à une augmentation des aléas climatiques, à la raréfaction de certaines ressources, à l’occurrence de stress biotiques et abiotiques et aux changements économiques. Cette recherche d’efficience et de résilience passe par une intensification écologique via la valorisation des services écosystémiques, en particulier les services d’approvisionnement et de régulation. Plusieurs synthèses soulignent le rôle prépondérant des légumineuses dans l’obtention de ces services, grâce à la fixation symbiotique, à leurs effets sur les cultures suivantes de la rotation, et à leurs intérêts nutritionnels pour l’alimentation animale et humaine. Si la diversité des espèces et de leurs modes d’insertion dans les systèmes de culture offre une gamme variée de productions et permet de s’adapter aux conditions pédoclimatiques locales, la quasi-disparition des légumineuses des systèmes agricoles actuels interroge. Plusieurs études mettent en avant la trop faible connaissance par les acteurs de leurs impacts environnementaux, mais également l’insuffisante valorisation économique de ces espèces dans le système agro-industriel, verrouillé en faveur des espèces dominantes. Comme pour d’autres cultures nouvelles, dont le développement est rendu possible grâce à une combinaison de facteurs techniques et organisationnels, des voies de déverrouillage combinant une connaissance partagée des services écosystémiques des légumineuses et l’organisation des acteurs autour de nouvelles filières et nouveaux débouchés sont à explorer en tenant compte des spécificités des territoires. L’objectif du projet est d’étudier et de construire, avec des acteurs directement concernés, les conditions d’une plus grande insertion des légumineuses dans les systèmes agricoles, et d’en évaluer les effets attendus, dans l'optique d'une gestion durable des territoires et des ressources. Le cœur du travail consistera à construire et à évaluer, avec les acteurs locaux dont trois coopératives agricoles (partenaires-projet) représentatives de trois territoires aux caractéristiques variés, des scénarios territoriaux d’insertion de légumineuses, qui répondent à des débouchés économiquement viables. Ce projet s’inscrit dans une démarche de recherche-action participative. La construction de ces scénarios d’assolements de systèmes de culture adaptés aux conditions des territoires étudiés s’appuiera sur une connaissance partagée des performances agronomiques et impacts environnementaux d’une diversité de légumineuses et des leviers socio-économiques mobilisables à l’échelle des exploitations agricoles et des filières pour relancer ces espèces. Ce travail combinera donc des approches agronomiques, économiques et sociales (par des collaborations étroites entre disciplines) et concernera différentes échelles (la parcelle, l’exploitation agricole, le territoire, et les filières). Il impliquera les acteurs concernés par l’évolution de l’agriculture dans leurs territoires. Ses objectifs sont (1) l’analyse historique des raisons de la disparition des légumineuses et l’identification de voies de déverrouillage du système sociotechnique actuel, au niveau des exploitations agricoles et des filières, (2) l’acquisition et la synthèse de connaissances sur les performances et les services écosystémiques attendus des légumineuses au sein des systèmes de culture des territoires d’étude, en vue de les mobiliser dans les scénarios territoriaux et les filières à construire, (3) la conception et l’évaluation ex ante de scénarios territoriaux de systèmes de culture incluant différentes légumineuses cultivées pour différents débouchés et dans différents modes d’insertion, et l’identification des bénéfices attendus pour le territoire par rapport aux systèmes actuels et passés.

L'expansion mondiale des plantations d'arbres engendre une rapide simplification de la mosaïque paysagère au détriment de l’environnement (sols, ressources en eau, érosion de la diversité fonctionnelle microbienne). Les effets conjugués du développement économique, de la démographie et des changements climatiques tendent à aggraver les conséquences indésirables de cette conversion. TecItEasy est un projet exploratoire de 3 ans dont l'originalité repose sur (i) la collecte simultanée flux interdépendants hydrologiques, géochimiques et microbiologiques dans un observatoire de recherche en environnement (SOERE-RBV, EQUIPEX-Critex) situé au Nord du Laos, (ii) l'analyse et l’intégration progressive et de ces données au moyen d’approches cartographiques et de modélisation, et (iii) la traduction des résultats en directives pratiques pour la gestion raisonnée de l’usage des terres dans les contextes globaux d’expansion des plantations et du changement climatique. Le projet vise à clarifier 1) la réponse hydro-sédimentaire d'un bassin versant dont l'agro-écosystème est converti en plantations d'arbres, 2) les types de mosaïques paysagères susceptibles d’optimiser conjointement productivité et durabilité, 3) si une typologie des assemblages bactériens aquatiques peut servir d'indicateur de la santé des écosystèmes agricoles et de leurs dynamiques. Pour relever ce défi scientifique, nous avons formé un consortium interdisciplinaire impliquant des spécialistes reconnus en agronomie, pédologie, hydrologie, microbiologie et biogéochimie, de quatre laboratoires français et d’un laboratoire laotien : GET (Géosciences Environnement Toulouse); BIOEMCO (Biogéochimie et écologie des milieux Continentaux), LEM (Laboratoire d'Ecologie Microbienne) ; LSCE (Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement) ; Centre de Recherches sur l’Usage des Terres (ALUPC), placé sous l'autorité du Ministère de l'Agriculture et des Forêts. TecItEasy est divisé en trois axes de recherche: 1) analyse intégrée de données hydro-sédimentaires et sur l’usage des terres, recueillies depuis 1998 dans le cadre de l’observatoire MSEC, 2) travail interdisciplinaire de terrain sur les flux hydro-sédimentaires et la diversité microbienne; 3) modélisation à base physique (KINEROS2, WEPP et OpenFOAM) et tests de scénarios de changement climatique et d’organisation des mosaïques paysagères. Des outils de traçage innovants (radionucléides, isotopes stables, marqueurs génétiques ...) seront utilisés pour étudier l'origine spatiale et les temps de transfert de l'eau et des particules qu’elle véhicule dans un réseau de bassins versants imbriqués. ALUPC assurera par ailleurs la dissémination des résultats auprès des parties impliquées dans l’accompagnement de la transition forestière, tant au niveau local, que régional et national (du village au ministère). Les attendus du projet sont doubles. Tout d'abord, TecItEasy produira de nouvelles connaissances qui amélioreront notre compréhension (i) des déterminants et des processus responsables du comportement hydro-sédimentaire à l'échelle du bassin versant moyen (~ 0,1-10 km2), et (ii) de la variabilité des assemblages de bactéries aquatiques le long des zones rivulaires ainsi que des bactéries détachées de la surface du sol et transportés par les eaux de ruissellement. Par ailleurs, TecItEasy établira des indicateurs microbiologiques de la «santé» des agroécosystèmes, afin de définir des recommandations pratiques pour la gestion durable et le développement intégré des agroécosystèmes tropicaux, avec un focus sur l’optimisation des mosaïques paysagères. Ces recommandations viseront spécifiquement à limiter l'érosion des sols et les pertes de nutriments le long des versants; maintenir les fonctions de filtrage des zones rivulaires; atténuer la contamination des cours d'eau et des systèmes de production; et préserver la diversité fonctionnelle des communautés bactériennes aquatiques le long des chemins de flux.

L’agriculture a connu des gains majeurs de productivité du fait d’une homogénéisation et d’un usage intensif d’intrants, clés du modèle agricole dominant. Ce modèle est menacé par le changement global, la stochasticité environnementale grandissante et par la nécessité d’une agriculture plus durable. Un nouveau paradigme émerge. Il est fondé sur l’idée que la biodiversité et les mécanismes sous-jacents sont une condition nécessaire à une agriculture durable bénéficiant du fonctionnement écologique des agroécosystèmes. La diversité génétique devrait jouer un rôle primordial dans ce contexte, comme une caractéristique contribuant à la multifonctionnalité de l’agriculture. Cependant, la mise en œuvre d’une augmentation de la diversité génétique fait face à des défis écologiques, socio-économiques et organisationnels. Le but principal du projet est de mieux évaluer le rôle possible des associations variétales intra-champ pour renforcer la multifonctionnalité et la résilience des systèmes agricoles dans le contexte du changement global. WHEATAMIX se focalise sur la production de blé dans le bassin parisien. Le projet développe une approche pluridisciplinaire impliquant des généticiens, agronomes, écophysiologistes, écologistes, économistes, chercheurs en sciences de la gestion et des acteurs de la filière (chambre d’agriculture, agriculteurs). Il est structuré en 4 parties : - WP1 caractérise la diversité génétique pour des traits morphologiques et écophysiologiques clefs du blé ainsi que leur plasticité sous l’effet d’une compétition intra- et inter-genotypes. Nous testerons comment la complémentarité entre traits affecte les performances des génotypes en association, en nous appuyant sur l’expérimentation et la modélisation. -WP2 quantifie les services écosystémiques fournis par les associations variétales : production de grain, sa qualité et sa stabilité, régulation des maladies foliaires, bio-contrôle des insectes et des mauvaises herbes, maintien de la fertilité des sols et conservation de la biodiversité. Nous analyserons de possibles trade-offs et synergies entre ces services et les liens entre des groupes particuliers de services et les traits des variétés. -WP3 étudiera l’intérêt et l’acceptabilité technique et économique des associations variétales et des services écosystémiques associés pour les acteurs de la filière. Nous explorerons les bases organisationnelles et économiques du choix des variétés en mélanges par la filière (des semenciers aux minotiers) dans le bassin parisien. Les possibles blocages pour l’utilisation des associations variétales seront analysés. Ces 3 WP utiliseront des dispositifs expérimentaux communs et complémentaires : i) une expérience de phénotypage de 50 variétés pour caractériser les traits et leur plasticité ; ii) une expérience principale manipulant la diversité variétale (65 parcelles de 100 m2 avec 1,2, 4 ou 8 variétés et peu d’intrants) pour quantifier les services écosystémiques ; iii) des réplicats de cette expérience dans 5 sites français avec des parcelles plus petites (7 m2), en comparant agriculture intensive et bas intrants. Cela permettra de tester la robustesse des effets des associations variétales dans des conditions environnementales variées ; iv) un réseau de 50 fermes couvrant la variabilité agro-climatique du bassin parisien pour comparer la performance écologique et technico-économique des associations et des monocultures en lien direct avec les acteurs de la filière. -WP4 combine les résultats des WP1-3 en une synthèse interdisciplinaire et mobilisera les acteurs de la filière pour construire des scénarios de développement des associations variétales dans le bassin parisien en considérant des contextes climatiques et économiques variés. L’opportunité et l’impact de l’introduction des associations variétales seront évalués en se basant sur ces scénarios. Finalement, une stratégie de diffusion et vulgarisation des résultats du projet sera mise en œuvre.

Les systèmes alimentaires durables, en limitant leur impact sur l’environnement doivent contribuer à la sécurité alimentaire et nutritionnelle ainsi qu’à maintenir le bien être. Dans ce contexte, les objectifs de BAKERY sont de fournir une description fine de la diversité biologique et socio-culturelle d’un écosystème agro-alimentaire « Blé/Homme/Levain » à faibles intrants afin de permettre une meilleure compréhension des interactions et des services rendus. Ce projet de recherche pluridisciplinaire et participatif vise à (i) décrire la diversité socio-culturelle des pratiques de boulangerie et la perception qu’en ont les consommateurs (ii) étudier les effets des variétés de blé, du terroir et des pratiques des boulangers sur la diversité du microbiome levain, la qualité sensorielle et nutritionnelle du pain ainsi que les préférences des consommateurs (iii) analyser les interactions microbiennes au sein du levain et leurs conséquences sur le fonctionnement du levain et sur la qualité du pain (iv) intégrer toutes les données pour identifier les déterminants de la diversité biologique et socio-culturelle dans la chaîne de boulangeries, (v) envisager des stratégies pour la conservation de la diversité biologique et de la diversité socio-culturelle en boulangerie. Nous enquêterons auprès de 30 boulangers français et paysans-boulangers qui font des pains au levain, utilisent des farines issues de pratiques agro-écologiques et distribuent leurs produits localement et nous interrogerons en détail trente consommateurs de certains de ces produits. Nous recueillerons des informations sur les pratiques de boulangerie ainsi que sur l'origine des semences de blé (pour les paysans-boulangers), sur les échantillons de farine, le levain et le pain. Les semences de blé, les farines et le microbiome des levains seront caractérisés avec des approches de métagénomique. Les caractéristiques biochimiques des levains ainsi que les propriétés organoleptiques et sensorielles des pains seront analysés. L’ensemble de ces résultats serviront à mettre en évidence les liens éventuels entre biodiversité des levains, qualité du pain, diversité des pratiques des boulangers et perceptions des consommateurs. En parallèle, profitant des travaux antérieurs des partenaires du projet sur la sélection participative du blé, nous allons analyser l'effet du terroir, des variétés de blé et des pratiques boulangères sur le microbiome du levain et la qualité du pain. En outre, nous allons étudier les interactions microbiennes au sein du levain en analysant la fermentation et la dynamique des populations dans des communautés reconstituées composées de bactéries lactiques et de levures. Cette approche permettra de caractériser les interactions entre les espèces microbiennes (facilitation écologique, ou sélection) et leurs conséquences sur les services du levain (caractéristiques de la pâte et qualité du pain). L'analyse de l'ensemble des expériences contrôlées permettra d'identifier les déterminants potentiels de la diversité des écosystèmes agro-alimentaires « Blé / Homme / Levain ». Le projet BAKERY permettra : (i) d'accroître nos connaissances sur la diversité des pratiques des boulangers et des paysans-boulangers et des perceptions des consommateurs, (ii) de caractériser et de conserver la diversité microbienne des levains français (iii) de mieux comprendre l'impact des différents facteurs le fonctionnement de l’écosystème agro-alimentaire «Blé / Homme / Levain» (iv) de considérer la complémentarité des conservations ex situ et in situ des ressources génétiques analysées ici (v) de déterminer les mesures favorisant des pratiques durables en boulangerie.?Cet ambitieux projet est basé sur l'intégration d'approches novatrices et de nouveaux outils (recherche participative, inter-disciplinaire, modélisation mathématique, données de post-génomique) et bénéficiera de la forte complémentarité entre les partenaires.

Ce projet ASTRID a pour objectif la réalisation de simulations numériques de l’interaction d’un actionneur plasma avec un écoulement. Trois groupes d’actionneurs plasma ont été identifiés. Le premier concerne les dispositifs générant des plasmas par des microondes ou des lasers : ils visent à déposer de l’énergie thermique dans un écoulement subsonique ou supersonique. Le second utilise le principe des DBD (Décharges à Barrière Diélectrique) où une quantité de mouvement est déposé près de la paroi. Le troisième regroupe les jets synthétiques par plasma qui induisent des micro-jets pouvant atteindre 300m/s à l‘issue d’une décharge électrique dans une microcavité. L’enjeu scientifique de SINAPS est de modéliser l’interaction plasma/fluide, point clé de l’identification de stratégies de contrôle. Des outils de calcul (modèles, modules de code,…) permettant de réaliser des expérimentations numériques fiables seront développés au cours de ce projet. Ils doivent permettre d’améliorer la conception de nouveaux actionneurs plasma dans des configurations aérodynamiques d’intérêt et ainsi de contribuer significativement à l’optimisation des performances aérodynamiques des avions. Cette proposition ASTRID s’appuie sur les travaux du groupe de Recherche et Technologie de l’OTAN intitulé Advanced Vehicle Technology (AVT 190) auquel plusieurs partenaires du projet participent et dont l’un des objectifs est d’établir une base de données fiable de travaux expérimentaux et numériques pour les actionneurs plasma, sur des cas tests standardisés et réalisés conjointement par différents laboratoires américains (US) et européens. Les travaux proposés dans SINAPS bénéficieront ainsi d’un cadre d’échanges internationaux nécessaire à la validation de calculs numériques complexes que ce soit par l’expérience ou par comparaison avec d’autres modélisations. Les applications visées dans SINAPS sont duales : elles concernent l’amélioration de performances des aéronefs militaires et civiles telles que la réduction de la traînée de pression ou de frottement et l’amélioration de la manoeuvrabilité. Elles concernent plus globalement l’industrie aéronautique civile et militaire face aux défis environnementaux des vingt prochaines années.

Le projet NUTS (New UltravioleT laser System) a pour but de développer une source laser solide pompée par diode dans l'ultraviolet "profond" (à 236,5 nm). Les lasers émettant en dessous de 250 nm ont de nombreuses applications en détection (chimie ou biologie) et dans le domaine du traitement des matériaux. En particulier, un laser à 236,5 nm peut servir à détecter les molécules de NO, par fluorescence ou par spectroscopie Raman. Ces molécules sont présentes dans des explosifs comme le TNT. En dessous de 250 nm, les lasers à gaz sont très utilisés malgré leurs inconvénients: encombrement, faible rendement électrique-optique, prix, toxicité (pour les excimères). Les lasers à solides classiques pompés par diode ont du mal à les remplacer dans cette gamme de longueur d'onde car ils sont complexes, avec 3 étages de conversion non linéaire. Dans le projet NUTS, nous proposons le développement d'un laser à solide impulsionnel pompé par diode émettant à 236,5 nm avec deux étages non linéaires seulement. Le laser fondamental est une fibre cristalline en Nd:YAG émettant à 946 nm. L'ambition du projet est d'atteindre une puissance moyenne dans l'UV de l'ordre du watt, soit 50 fois plus que l'état de l'art. Pour relever ce challenge, le Laboratoire Charles Fabry (LCF) de l'Institut d'Optique et ses partenaires industriels, Fibercryst et Cristal Laser proposent deux clefs. - La première concerne la source à 946 nm grâce à l'utilisation de fibres cristallines en Nd:YAG. Cette nouvelle technologie laser utilise des milieux longs et fins (diamètre 1mm, longueur 50mm) qui permettent une très bonne gestion de l'échauffement induit par le pompage et un très bon confinement de la pompe à l'intérieur du milieu. Ces propriétés sont très importantes pour un laser Nd:YAG à 946 nm, sensible à la thermique dans le milieu et à la densité de puissance de la pompe à cause de la proximité entre le niveau du bas de la transition et le niveau fondamental. Les premiers résultats obtenus avec les fibres cristallines Nd:YAG à 946 nm placent déjà le LCF en position de leader. Cependant, pour relever le défi du projet NUTS (1W à 236,5 nm), il est nécessaire de pousser encore plus loin la technologie des fibres cristallines. Le projet propose d'explorer un pompage à faible défaut quantique (885 nm au lieu de 808 nm) qui va réduire l'échauffement de plus d'un facteur deux. L'ambition est de réaliser un laser fonctionnant en régime déclenché émettant une puissance moyenne de 20W avec une cadence comprise entre 20 kHz et 100 kHz. Une attention particulière sera portée à la qualité spatiale du faisceau émis et à la qualité de sa polarisation : ces propriétés sont importantes pour réaliser des conversions de fréquence efficaces. - La deuxième clef concerne les étages de conversion non linéaire. Il s'agit de deux doublements de fréquence en cascade : le premier amenant à 473 nm, le second à 236,5 nm. Les rendements publiés ne dépassent pas 2% pour les deux étages. Le projet NUTS vise un rendement de l'ordre de 5%. Ce dernier sera atteint grâce à la qualité de la source à 946 nm et grâce à aux innovations proposées dans le projet sur la mise en oeuvre des cristaux non linéaires. Le potentiel de ce travail concerne autant les applications militaires que civiles : - La détection à distance d'explosifs ou d'agents chimiques dangereux par spectroscopie UV fait explicitement partie des priorité de l'appel à projet. - les sorties bleues et UV de la source peuvent être utiles pour des applications médicales, pour la détection sous-marine et pour le traitement des matériaux. - Pour Fibercryst, le projet NUTS offre l'opportunité de pousser la technologie des fibres cristallines Nd:YAG à ses limites et de monter en puissance sur ses modules amplificateurs TARANIS. - Pour Cristal Laser, le projet NUTS pourrait donner de nouvelles opportunités de développement pour ses cristaux non linéaires (LBO, RTP, KTP).

Ce projet vise un concept original et novateur de biocapteur hautement spécifique, comportant un système microfluidique combinant deux modes de détection, optique et magnétique, impliquant également des nanoparticules magnétiques bio-fonctionnalisées avec des anticorps. Nous proposons de lever plusieurs verrous en vue d’obtenir un système microfluidique intégré, utilisable à terme sur le terrain, employant des nanoparticules. Le système proposé vise explicitement à améliorer les capacités d’analyse et de détection dans le domaine des risques biologiques (axe thématique 7 de l’appel à projets). Nous proposons d’utiliser des nanoparticules magnétiques immuno-fonctionnalisées qui. offrent la possibilité (i) d’une intégration aisée dans un dispositif micro-fluidique, (ii) d'une extraction simple et spécifique de la cible (molécule ou pathogène) dans un grand volume, (iii) puis la pré-concentration sous champ magnétique des complexes antigène cible-NP au niveau des capteurs du dispositif, (iv) une détection sensible par des capteurs susceptibles de mesurer des faibles variations de réflectivité de lumière et de champ magnétique liées à la présence de ces nanoparticules immobilisées. Ces NPs peuvent, de plus, être éliminées facilement, lorsque le champ magnétique est supprimé, assurant la réutilisation de la plateforme d’analyse avec de nouvelles matrices et NPs. La grande originalité de ce projet repose sur la double utilisation des propriétés magnétiques (pour la préconcentration et la détection) et optiques des NPs immobilisées dans le biocapteur dans un seul système microfluidique intégré, permettant une analyse rapide, simple, redondante pour l’élimination de faux-positifs, et potentiellement transportable à terme. Ce projet interdisciplinaire basé sur la reconnaissance biologique, va pouvoir être appliqué à la détection d’un grand nombre de protéines, de microorganismes tels que les virus et les bactéries. Nous avons choisi de cibler la détection de micro-organismes (bacillus atrophaeus) et de protéines (ovalbumine) modèles dans le contexte de la bio défense.

Les piles à combustible microbiennes (PCM) permettent de transformer directement en énergie électrique l’énergie chimique contenue dans une grande variété de composés organiques. Une PCM utilise les micro-organismes qui adhèrent spontanément sur la surface de l’anode et forment un biofilm qui oxyde des composés organiques en transférant directement les électrons à l’électrode. Grâce à ce nouveau type d’électrocatalyse, découvert au début des années 2000, les PCM produisent de l’énergie électrique en oxydant toute sorte de composés organiques (acétate, acides gras volatils, alcools, (poly)saccharides…) contenus dans les environnements naturels ou qui peuvent être obtenus à partir de biomasses. La majorité des PCM est constituée d’une bioanode microbienne associée à une cathode à air abiotique. Cette configuration produit de l’électricité en oxydant le plus souvent de l’acétate et en utilisant la réduction de l’oxygène de l’air à la cathode. Ces PCM ont vu leurs performances croître rapidement puis stagner à partir de 2008 à quelques Watt par mètre carré de surface d’électrode. Il semble que l’ingénieur se trouve maintenant dépourvu de piste sérieuse pour dépasser ce seuil de quelques W/m2. Pourtant quelques groupes, dont les partenaires réunis dans le projet antérieur AgriElec (ANR-08, BioE-001), ont conçu des anodes microbiennes qui produisent des densités de courant au-delà de 50 A/m2. A titre de comparaison, la densité de courant fournie par les panneaux photovoltaïques est de l’ordre de 100 à 200 A/m2. Les partenaires du projet antérieur Agrielec ont également produit des cathodes à air abiotiques et des biocathodes microbiennes au niveau de l’état de l’art, mais ils n’ont réussi qu’à hausser la limite actuelle en densité de puissance de quelques W/m2. L’expérience acquise au cours du projet antérieur amène plusieurs constats : les bioanodes et les cathodes biotiques ou abiotiques conçues séparément de façon optimale ne fonctionnent pas en harmonie lorsqu’elles sont réunies au sein d’un module de PCM ; les analyses de types physico-chimique ou ingénierie des PCM sont rares et se cantonnent à l’un ou l’autre des éléments de la pile mais n’embrassent son fonctionnement global; enfin les cathodes représentent un verrou majeur, les cathodes à air abiotiques ont des performances limitées, les biocathodes microbiennes semblent prometteuses mais leur potentiel a été assez peu investigué. Le projet Bioelec veut initier une démarche d’ingénierie « dans le bon sens ». Le fonctionnement des PCM sera d’abord analysé en termes de thermodynamique, transferts de matière et cinétiques électrochimiques pour en tirer les conditions opératoires optimales pour chacun des éléments. Ce sont ces conditions, extraites de l’analyse de l’ensemble, qui seront ensuite imposées à la conception des électrodes. Un premier prototype sera construit avec une cathode à air abiotique assemblée avec un séparateur (ou membrane) et une bioanode. Cet assemblage séparateur-électrodes devra assurer une puissance de 1 Watt. Un second prototype aura pour objectif de lever le verrou de la cathode en développant une biocathode microbienne à air. Il s’agit là de coupler les concepts de cathode à diffusion gazeuse et de cathode microbienne pour franchir l’obstacle de la faible solubilité de l’oxygène en solution. C’est un objectif exploratoire plus ambitieux. Le consortium est composé de cinq par partenaires : une société industrielle qui fabrique des piles à combustible hydrogène-air, trois laboratoires qui apportent des expertises en ingénierie, microbiologie et physico-chimie des surfaces et une société d’accélération des transferts de technologie.

Le but de ce projet est de renforcer les interactions entre la théorie des modèles d'un côté, la théorie de la valuation, la combinatoire et la géométrie de l'autre. La théorie des modèles moderne analyse la catégorie des ensembles définissables dans une structure du premier ordre ou dans une classe de structures. Certaines classes de structures appelées stables possèdent une notion d'indépendance utile pour obtenir des informations algébriques. Les outils théoriques ainsi développés s'appliquent alors à la géométrie algébrique ou arithmétique par le biais de certaines théories de corps avec opérateurs, et ont parfois des résultats spectaculaires comme dans les preuves par Hrushovski des conjectures de Mordell-Lang et de Manin-Mumford. Les cinq dernières années ont vu trois développements importants qui ont élargi le spectre de la théorie des modèles. Le premier est l'étude de l'indépendance dans les théories dépendantes puis dans les théories NTP2, qui permet de généraliser les techniques de la théorie de la stabilité à un contexte très large englobant tous les exemples déjà connus. Le second est l'analyse détaillée de certaines classes de corps valués munis d'un opérateur et dont la théorie est NTP2 ; elle devrait conduire à des applications géométriques intéressantes et nouvelles. Le troisième est le transfert par Hrushovski d'idées venant de la stabilité à la combinatoire additive, par le biais de l'étude d'une dimension et d'une mesure sur des structures profinies, et aboutissant en une caractérisation par Breuillard, Green et Tao des sous-groupes approximés. Nous avons divisé notre projet en quatre tâches principales : 1.Théorie des modèles des corps valués et espaces de Berkovich ; 2.Applications à la géométrie algébrique et arithmétique ; 3.Structures pseudofinies, mesures et combinatoire additive ; 4.Méthodes de théorie des modèles et néostabilité (étude de phénomènes stables dans un contexte instable). Le rôle de la quatrième tâche est de poser les fondations théoriques communes : nous étudierons les théories NTP2, des sous-classes importantes, ainsi que des extensions à la logique infinitaire ou continue. La deuxième tâche est celle qui a été la plus étudiée, mais d'importantes questions restent encore ouvertes, que nous aborderons notamment avec les nouveaux outils théoriques développés pour les théories dépendantes et NTP2. Le but de la première tâche est de développer la théorie des modèles des corps valués avec structure additionnelle, en utilisant une élimination relative des quantificateurs ou bien la logique continue, et de comprendre la relation entre la catégorie des ensembles définissables dans des corps valués algébriquement clos et les espaces de Berkovich. La troisième tâche est la plus novatrice et audacieuse, car l'utilisation de la théorie des modèles en combinatoire additive est très récente. Nous étudierons les structures profinies et leurs mesures et dimensions d'un point de vue néostable, avec pour but des applications asymptotiques en combinatoire additive. Les quatre taches sont fortement liées : les structures algébriques ont aussi une facette géométrique, et les techniques développées dans le contexte de la quatrième tâche (pure) pourront être utilisées dans les trois autres (appliquées), et les mesures et dimensions sont sous-jacentes aux quatre thèmes. Nous voulons donc combiner les compétences en théorie des modèles pure de Lyon avec celles plus appliquées des logiciens d'Orsay et de Paris, et avec celles des algébristes, géomètres et combinatoriciens qui nous ont rejoint, dans un projet commun qui utilisera les quatre tâches de façon transversale : les exemples concrets permettront de formuler des principes abstraits qui amèneront à de nouveaux résultats théoriques, ceux-ci à leur tour produisant des nouveaux outils qui seront utilisés pour étudier des exemples bien précis, peut-être même dans des domaines d'applications entièrement nouveaux.

Ce projet est centré sur les problèmes d'équations aux dérivées partielles d'évolution dans lesquelles la dispersion est dominante, par rapport à d'autres phénomènes comme la diffusion. Il est motivé par des applications physiques dans lesquelles la diffusion est en effet négligeable et l'énergie totale est donc, dans une certaine mesure, conservée, ainsi que par des considérations numériques qui concernent l'approximation d'équations hyperboliques avec le moins de diffusion numérique possible. Les équations dispersives typiques qui sont visées sont, entre autres, l'équation de Korteweg-de Vries, les équations de Schrödinger non linéaires, de Kadomtsev-Petviashvili, de Kawahara, et celles de Davey-Stewartson, mais aussi les systèmes plus complexes d'Euler-Korteweg pour les fluides capillaires et le modèle de Green-Naghdi pour les vagues. Toutes ces équations et ces systèmes sont considérés sous la forme qu'on appelle «généralisée», c'est-à-dire avec des non-linéarités quelconques (pas forcément algébriques), si bien que l'on ne peut pas se reposer sur la notion d'intégrabilité. De plus, ce projet entend traiter des problèmes dans lesquels les frontières jouent un rôle important, qu'elles soient « physiques » comme les frontières fixes de type paroi ou extrémités de tuyaux pour des écoulements de fluides, ou que ce soient des frontières artificielles introduites par exemple pour des besoins numériques, ou encore des frontières mobiles comme les ondes de choc dans les fluides compressibles ou la surface libre de fluides incompressibles soumis à la gravité (océans notamment). Si le projet ne contient pas d'analyse numérique au sens strict (comme démontrer la convergence de méthodes numériques), les question numériques y sont cependant omniprésentes, avec la volonté des partenaires de développer des méthodes numériques innovantes et de comprendre, analyser certaines de leurs propriétés qualitatives. D'où le nom du projet. L'une de ses originalités est que, pour diverses raisons, il se situe à l'interface entre les équations aux dérivées partielles hyperboliques et dispersives. Une première tâche concerne l'analyse, au niveau continu mais aussi discret, de problèmes dispersifs aux valeurs initiales et au bord. Les problèmes discrets peuvent provenir de l'approximation de problèmes hyperboliques et doivent alors s'appuyer sur une généralisation de la théorie de stabilité de Gustafsson-Kreiss-Sundström. Dans ce cadre, le développement et l'analyse de conditions aux limites artificielles pour les modèles mentionnés ci-dessus est un problème difficile qui fait partie intégrante du projet. Un autre axe est l'analyse qualitative de diverses solutions particulières de ces équations modèles, que nous appellerons «motifs dispersifs». Parmi celles-ci, les ondes périodiques, qui sont des ondes progressives avec un nombre généralement grand de degrés de liberté, et les chocs dispersifs, qui sont des «motifs» non stationnaires. Leur compréhension est étroitement liée à la théorie de la modulation introduite par Whitham dans les années 1970. Pour aller dans cette direction, il est nécessaire de faire de l'analyse asymptotique ; c'est aussi le cas pour l'analyse des trains d'ondes de petite amplitude, autre sujet d'étude du projet. Enfin, d'un point de vue plus appliqué, il s'agira d'obtenir de nouveaux modèles prenant en compte des effets multidimensionnels, par exemple pour les phénomènes remarquables que sont les mascarets et les «roll waves». Pour résumer et bien que ce soit un peu caché dans ce qui précède, si l'on devait ne retenir qu'un mot pour ce projet, ce serait le mot «stabilité».

Ces dernières années ont vu un développement très rapide et profond dans le domaine des équations aux dérivées partielles d'évolution (et tout particulièrement les équations dispersives). Ces avancées majeures permettent des perspectives qui auraient pu sembler complètement hors de portée il y a seulement quelques années et ouvrent la perspective très excitante de pouvoir étudier des propriétés dynamiques profondes des solutions des équations aux dérivées partielles. D'un coté, les spécialistes des systèmes dynamiques on réussi à étendre les méthodes et les idées développées pour l'étude des systèmes de dimension finie au cadre des modèles de dimension infinie. Cette approche a conduit à des résultats spectaculaires sur le comportement en temps long de certaines solutions d'EDP, en particulier en dimension 1 d'espace. D'un autre coté, les outils développées dans le domaine des EDP pourraient aussi permettre des avancées majeures si on les combinaient avec des propriétés dynamiques. Finallement, l'étude des EDP en présence d'aléatoire, un domaine dont les origines remontent aux idées de mécanique statistique a aussi vu récemment des développements spéctaculaires. L'objet de ce projet est de combiner ensemble des idées venant de ces différents points de vue, et de les appliquer à l'étude du comportement des solutions d'EDP dans certains régimes asymptotiques: -- Comportement en temps long -- Existence, Diffusion, -- Stabilités ou instabilités de solutions particulières -- Explosions.

Nous proposons dans ce projet d'étudier l'utilisation de méthodes bayésiennes non paramétriques en traitement statistique du signal et de l'image. Comme pour les méthodes paramétriques bayésiennes, cet ensemble de méthodes concerne le choix de lois a priori et le calcul de distributions a posteriori, mais sur des espaces de dimension infinie. Bien que ces méthodes soient devenues très populaires en statistiques et apprentissage au cours des 15 dernières années, leur potentiel est largement sous-exploité en traitement statistique du signal et de l'image. L'objectif de ce projet, qui rassemble des chercheurs en probabilités appliquées, statistiques, apprentissage et traitement du signal et de l'image, est de développer un nouveau cadre pour le traitement statistique du signal et de l'image. En se basant sur des résultats issus des statistiques et de l'apprentissage, nous allons développer de nouveaux modèles, méthodes et algorithmes. Des applications à l'imagerie hyperspectrale, segmentation d'images, localisation GPS, restauration d'images ou reconstruction tomographique spatio-temporelle permettront d'obtenir diverses illustrations concrètes des avancées théoriques et la validation sur des données réelles dans des contextes réalistes.

Ces dernières années ont vu émerger de véritables concepts de rupture dans le domaine de l’invisibilité optique*. Le succès considérable de ces concepts a conduit à leur extension à d’autres domaines disciplinaires comme l’acoustique, la mécanique des fluides ou l’élasto-dynamique. Ainsi sont apparues des capes de « silence », des capes « à vagues », des capes « antisismiques »… Les enjeux sociétaux sont bien évidemment considérables, notamment pour certaines applications phare liées à la protection contre les tsunami et les séismes, mais aussi plus simplement pour la protection ou la furtivité optique, acoustique, mécanique… L’extension rapide de ces outils optiques à plusieurs domaines de la physique résulte de la similarité des différents systèmes d’équations pour les ondes, du moins sous certaines approximations. Il était moins naturel, dans ce contexte, de se pencher sur le problème de la chaleur, compte tenu de son caractère diffusif eu égard à la propagation des ondes. Le présent projet a ainsi pour objectif d’étendre ces concepts d’invisibilité et les méthodes associées au domaine de la thermodynamique, et plus exactement au contrôle des flux de chaleur. Il s’agit ici de donner plus de souplesse aux équations spatio-temporelles de la chaleur (diffusion/conduction/convection) pour permettre la conception de géométries bi- et tri-dimensionnelles permettant le contrôle ciblé des écoulements de flux : contournement d’une zone spécifique, concentration ou « aspiration » dans ces zones, déploiement des flux, rotation et guidage multidirectionnel… L’analogie optique/thermique n’est pas immédiate mais trouve son sens dans le plan de Fourier pour des milieux optiquement absorbants. Ceci nous amènera, plus généralement, à analyser la pertinence de la transposition d’un ensemble de concepts optiques aux applications thermodynamiques, notamment les notions de résolution, de réseau, d’exaltation et de microcavités. La réalisation de démonstrateurs, pour différentes échelles de longueur et de temps, jalonnera chaque étape du projet, pour valider les concepts proposés. Les applications potentielles concernent les échanges thermiques, l’intégration de puissance et la microélectronique, voire l’habitat ou l’énergie, la défense. Ce projet apparaît exploratoire et novateur, dans un contexte où le terrain scientifique était encore quasi-vierge en 2012 à l’échelle internationale (régime spatio-temporel). Depuis la publication en 2012 (Optics Express) par les auteurs de ce projet, 2 équipes étrangères, à Harvard et Karlsruhe, ont validé expérimentalement quelques-unes des premières idées publiées. *Pour mémoire, la notion d’invisibilité est définie ici relativement à un mode de détection donné ; cela signifie par exemple que le signal perçu par le détecteur en sortie de système n’est pas modifié par la présence de l’objet, alors invisible, à l’intérieur du système. Cette opération est réalisée à l’aide d’une « cape d’invisibilité » mettant en jeu des méta-matériaux.

Ce projet vise à mettre en place les fondations d'une science du contrôle des molécules et des matériaux pour commuter avec la lumière leurs propriétés physiques (magnétiques, optiques...) sur des échelles de temps ultra-rapides. L'Institut de Physique de Rennes (IPR, Partenaire 1) joue un rôle majeur dans ce champ émergent de la dynamique structurale ultra-rapide des transitions de phases photoinduites, représentant une avancée en science des matériaux. Ce projet à l'interface physique-chimie doit avoir des conséquences directes pour le développement de nouvelles technologies utilisant la lumière, si nous pouvons comprendre comment contrôler les matériaux. Ceci nécessite des analyses expérimentales avancées en science ultra-rapide, puisque les réorganisation moléculaires jouent un rôle clef dans la stabilisation de l'état photoinduit. Nous installerons une expérience d'absorption X femtoseconde sur la source bétatron du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA, Partenaire 2), particulièrement adaptée aux cas scientifiques étudiés ici. Ce projet de recherche se focalise sur les matériaux moléculaires bistables ou multi-stables, formés de centres métalliques possédant différents états de spin. Les matériaux à spin-crossover et les Analogues du Bleu de Prusse développés à l'ICMMO (partenaire 3) et l'ICMCB (partenaire 4) sont des systèmes photo-magnétiques prototypes. La littérature riche autour de ces matériaux concerne principalement la réponse à une excitation laser continue, où les mécanismes fondamentaux sont cachés dans une moyenne statistique, rendant inaccessibles les mécanismes élémentaires à l'échelle moléculaire. Les rares études ultra-rapides concernent les molécules en solution, où le principe général du croisement inter-système a été établi. Mais ce processus impliquant un couplage entre les degrés de liberté électroniques et structuraux n'est pas vraiment compris ni contrôlé. De plus, dans les solides le milieu constitué de molécules commutables est actif. Nous voulons tirer avantage des interactions entre molécules for obtenir des réponses efficaces. Nous avons observé récemment, à l'aide d'XAS au X-FEL et de spectroscopie optique, que la stabilisation de l'état photo-excité implique plusieurs phonons intramoléculaires et qu'une réponse coopérative prend place aux échelles ultra-rapides, où un photon transforme plusieurs molécules durant le processus de relaxation. Afin de comprendre les aspects universels et spécifiques de ces processus, nous étudierons une riche variété de systèmes pour lesquels les origines du photo-magnétisme diffèrent: -les matériaux spin-crossover: nous avons observé des échelles de temps assez différentes pour des composés de Fe(II) et Fe(III) (50-250 fs). Ceci est certainement associé à différents couplages électron-phonon ou phonon-phonon car plusieurs modes sont impliqués. -les matériaux Ligand-Driven light-induced spin change: le but est de contrôler l'état magnétique sur des échelles ultra-rapides via une modification du Ligand. Rien n'est connu sur ces processus, où l'énergie n'est pas déposée sur le centre métallique mais sur le Ligand. -les analogues du bleu de Prusse, où le changement d'état magnétique est piloté par le transfert d'électron entre deux sites métalliques et accompagné du relaxation structurale. Ces cas scientifiques nécessitent de développer l'état de l'art des techniques ultra-rapides, sensibles aux changement d'état électroniques et structuraux: - Diffraction et absorption X femtoseconde sur X-FEL (LCLS) et sur une source de laboratoire (Betatron au LOA) - spectroscopie optique 10 fs et IR à l'IPR Ces retour d'analyses aiderons les chimistes à construire des matériaux plus efficaces puisque les paramètres de contrôle seront identifiés. Ce financement est un essentiel pour soutenir une activité de recherche en France autour du champ extrêmement compétitif au niveau mondial des transitions de phases photoinduites et de la science structurale ultra-rapide.

Au cours des cinq dernières décennies, notre mode de vie et de travail ont subi de profondes évolutions, liées à l’essor des composants issus de la microélectronique. Mais la technologie du silicium pourrait bientôt atteindre ses limites, nous forçant dès à présent à explorer de nouvelles voies. Ainsi, l’élaboration de films et d’hétérostructures d’oxydes dotées de hautes performances en transport pourrait marquer bientôt l’avènement d’une électronique alternative s’appuyant sur ces matériaux. En 2004, Ohtomo and Hwang ont mis en évidence l’existence d’un état métallique, dans une hétérostructure formée de deux isolants de bande à grand gap, SrTiO3 (STO) et LaAlO3 (LAO). Selon les conditions de croissance, on peut obtenir un gaz d’électrons bidimensionnel (2DEG), ce qui présente un fort intérêt, eu égard à l’appartenance de STO à la famille des perovskites d’oxydes de métaux de transition (TMO). Celles-ci présentent de remarquables propriétés, telles la supraconductivité à haute température critique (HTSC) pour les cuprates, la magnétorésistance colossale (CMR) pour les manganites, la multiferroélectricité pour les ferrites de bismuth. On peut imaginer former des hétérostructures associant ces matériaux pour faire émerger de nouvelles fonctionnalités aux interfaces. Dernièrement, notre consortium a mis en évidence, par des mesures de photoémission résolue en angle (ARPES), un 2DEG à la surface de STO isolant, clivé sous ultravide. Le processus d’obtention du 2DEG par ce procédé pourrait ainsi être générique aux perovskites d’oxydes. On pourrait alors créer des TMO fonctionnels où le 2DEG aurait hérité des fortes corrélations des constituants, menant à un transport remarquable, comme notre consortium se propose de l’investiguer. Nous chercherons à créer des tels gaz bidimensionnels dans des ferroélectriques, manganites et multiferroiques. En outre, ceux-ci pourraient présenter des états polarisés en spin, avec un fort potentiel pour le développement des dispositifs pour la spintronique. Nous chercherons également a produire des 2DEGs ayant des propriétés topologiques non triviales, nous basant sur des résultats préliminaires encourageants que nous avons obtenu très récemment. Par ailleurs, dans le but d’optimiser leurs fonctionnalités ou créer des nouvelles, nous envisageons de contrôler in-situ les propriétés physiques de ces 2DEGs, en combinant des techniques de pointe de préparation et étude spectroscopique de ces systèmes. Acquérir la maîtrise de ces états métalliques de surface requiert une étude approfondie du rôle des lacunes d'oxygène, dans la mesure où celles-ci apparaissent lors du clivage. Il est en effet crucial d'identifier les mécanismes de formation et de stabilisation de ces défauts et d'être en mesure de les manipuler à volonté si l'on veut pouvoir développer une ingénierie du transport à la surface des TMO. A cette même fin, et également en vue d'applications technologiques, nous proposons de trouver des façons de protéger la conduction de ces 2DEG contre toute cause de dégradation de la surface. Nos résultats préliminaires établissent clairement l'universalité du processus de formation de 2DEG dans plusieurs familles de TMO, et ouvrent des pistes pour l’utilisation de ces 2DEGs dans des potentielles applications technologique. Ce projet ouvre la voie au développement d'une ingénierie électronique de nouvelle génération tout oxyde. Le savoir-faire des membres du consortium le place dans des conditions particulièrement favorables pour mener à bien le programme de recherche objet de la présente demande d’ANR. Le travail ayant mené à la découverte du 2DEG à la surface de STO clivé sous ultravide et les résultats préliminaires, décrits dans le projet, obtenus sur d'autres composés TMO, sont de forts signaux positifs validant le bien-fondé et le potentiel technologique de notre approche pour créer et contrôler des 2DEGs à la surface des TMO.

Nous proposons l'étude d'un nouveau concept de laser à électrons libres dans le domaine des rayons X. En associant la physique des lasers à électrons libres en régime Compton, des lasers à rayons X mous (XUV) conventionnels basés sur l'interaction laser/plasma, et de l'optique non-linéaire , nous avons prédit la possibilité de déclencher un effet Raman stimulé lors de l'interaction entre un paquet d'électrons libres modérément relativistes, et deux impulsions lasers intenses ultra-rapides, interférant transversalement pour former un réseau optique à haute intensité, par l'effet Kapitza-Dirac. Des études analytiques et numériques ont démontré la possibilité d’atteindre des valeurs de gain très élevées, avec des longueurs de gain dans la gamme sub-millimétrique, et des nombres de photons élevés (~10^8 à 10^9). Ses spécificités, en particulier la robustesse attendue vis-à-vis de la dispersion en énergie des électrons, suggèrent que ce processus est idéalement adapté à un couplage avec l’accélération d’électrons par sillage laser. Ce nouveau schéma est donc très prometteur, car il pourrait fournir des faisceaux de qualité laser dans le domaine X, ce qui n'était concevable jusqu'à présent que grâce à de grandes infrastructures de XFEL, mais avec un dispositif très compact. Des impulsions X d'une durée de l’ordre d’une femtoseconde semblent tout à fait possibles, avec des applications passionnantes en cristallographie de protéines. Nous prédisons également la possibilité de créer des faisceaux cohérents d' X-durs (au delà de 40 keV), voire même des faisceaux laser de rayons gamma, dans le cadre des futures infrastructures de lumière extrême. Des performances aussi marquantes ne pourront cependant être réalisées sans efforts importants. Il est indispensable de définir des étapes préalables, aussi bien pour résoudre des points clés techniques, que pour explorer et apprendre à contrôler la physique à la base de ce processus. La prédiction des caractéristiques finales de la source devra aussi être affinée. Dans cet objectif, nos travaux ont déjà permis un certain nombre d’avancées importantes sur le plan théorique. Nous avons rédigé un nouvel outil numérique dédié, le code particulaire EWOK. Ce code nous a permis de démontrer numériquement l’existence d’une forte amplification des rayons X par des électrons relativistes au sein d’un réseau optique [PRL 109, 244802]. Cet outil numérique sera également à la base des travaux suivants portant sur les caractéristiques essentielles des faisceaux X : divergence, durée d’impulsion, largeur spectrale, nombre de photons… fournissant ainsi une estimation du flux et de la brillance de la source. EWOK permettra enfin tous les travaux de conception puis d’interprétation des expériences. Sur le plan expérimental, des verrous scientifiques et techniques ont été identifiés, visant à contrôler la dynamique des électrons relativistes dans le réseau optique intense. Le premier point clé concerne l’irradiation synchrone transverse formant ce réseau optique, ce qui nécessite de concevoir, mettre en œuvre puis caractériser des dispositifs optiques originaux. Le second point clé concerne l’optimisation spécifique des paquets d’électrons issus de l’accélération par sillage, dans la perspective du processus de laser X Raman. Sur le socle permis par ces développements expérimentaux et les modélisations numériques, nous nous intéresserons alors à deux nouveaux processus prédits dans l’interaction entre un réseau optique intense, et des électrons rapides : l’effet Kapitza-Dirac relativiste, l’émission de rayonnements bêtatron à la fréquence de résonance du réseau optique. Ces étapes permettront de valider la physique et les techniques expérimentales, et ainsi d’avancer vers une future démonstration d’un Laser à Electrons Libres Raman, ce qui ouvrirait un grand nombre d’applications marquantes de cette source X compacte, cohérente et ultra-brève, depuis la physique, la biochimie jusqu’à la médecine.

Récemment, la communauté des sciences des matériaux s’est particulièrement intéressée (i) à l’effet magnétoélectrique décrivant le couplage entre propriétés électriques et magnétiques, (ii) aux composés dits multiferroïques, présentant, le plus souvent, des ordres électriques et magnétiques qui peuvent apparaître simultanément ou bien successivement. L’effet magnétoélectrique dynamique, dont l’interprétation reste inachevée, a pu être détecté sous forme d’excitations couplées spin/réseau appelées électromagnons, ceci dans quelques composés multiferroïques/magnétoélectriques. Une motivation importante pour ce type d’études vient du projet d’utiliser les excitations magnétiques en tant que vecteurs d’information ouvrant ainsi la voie vers la « magnonique ». Il est cependant nécessaire de maîtriser les mécanismes fondamentaux avant de développer une stratégie efficace pour l’optimisation de matériaux dédiés aux applications. Le projet DYMAGE portera sur les effets magnétoélectriques dynamiques, dans leur description à la fois expérimentale et théorique. Pour cela, seront rassemblées dans ce projet des équipes scientifiques déjà très actives sur le sujet avec des compétences complémentaires, y compris en théorie, et combinant une large palette d’outils expérimentaux. Concrètement, plusieurs approches sont proposées: (1) l’utilisation de techniques spectroscopiques complémentaires qui feront l’objet de développements techniques : la spectroscopie synchrotron TeraHertz qui sonde l’interaction de la matière avec une onde électromagnétique ; la diffraction neutronique qui est particulièrement bien adaptée pour identifier les phonons et les magnons ainsi que leurs corrélations et leur dispersion. (2) l’étude des effets dynamiques en présence de paramètres extérieurs comme les champs magnétique et électrique statiques; la possibilité de générer des excitations hybrides dans des composés magnétiques non ferroélectriques grâce à l’application d’un champ électrique statique est particulièrement intéressante, ainsi que, plus généralement, l’impact de ces paramètres sur les ondes de spins et les vibrations du réseau. (3) une forte contribution des théoriciens, pour la prospection, l’identification et la prédiction des propriétés dynamiques dans des nouvelles classes de composés, en particulier non ferroélectriques, sur lesquels porteront les études expérimentales (1) et (2). L’implication des théoriciens sera aussi nécessaire pour l’interprétation des résultats obtenus avec les différentes techniques expérimentales. Parmi les composés potentiellement intéressants à étudier, nous considèrerons les manganites hexagonaux RMnO3 où des électromagnons semblent avoir été détectés ; le langasite au fer où un nouveau type d'excitations hybrides vient d'être mis en évidence; les composés ferrotoroïdiques / magnétoélectriques dans lesquels il pourrait y avoir des effets magnétoélectriques dynamiques spécifiques. C’est le cas de plusieurs composés à structure en nid d’abeille à base de métaux de transition, comme MnPS3 qui a été identifié comme ferrotoroïdique, ou les composés magnétoélectriques de la famille BaM2(XO4)2 (M=Co, Ni et X=P, As, V) et encore l’oxyde Na3Co2SbO6 également potentiellement ferrotoroïdique. La synthèse des échantillons et leurs caractérisations est, bien entendu, une étape préliminaire indispensable et se fera grâce aux équipements déjà existant dans les quatre laboratoires impliqués. Les études proposées dans ce projet devraient permettre de décrire sans ambiguïté les excitations hybrides, et les règles de sélection auxquelles elles obéissent suivant les sondes expérimentales. Notre but ultime est de comprendre les mécanismes microscopiques mis en jeu et de contribuer ainsi de manière significative à l’activité magnonique émergente.

Ce projet porte sur l'étude des effets induits par des ions lourds sur des glaces présentes dans l'espace. Il est le résultat d'une collaboration entre 2 laboratoires français (le CIMAP et l'IAS) et 2 universités brésiliennes. L'objectif principal est de simuler en laboratoire l'effet des ions lourds présents dans le vent solaire et les rayonnements cosmiques sur l'irradiation de glaces présentes dans certains milieux tels que les nuages denses, les comètes. Ces glaces sont principalement composées de molécules simples telles que: H2O, CO, CO2, NH3 etc. Cette étude se fera principalement par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier dans le domaine 500-5000 cm-l . Malgré une abondance faible dans l'espace, nos études préliminaires ont démontré que les ions lourds jouaient un rôle prépondérant en terme de pulvérisation et de la destruction, Ces travaux ont aussi montré qu'il était indispensable de travailler en ultravide pour maîtriser la préparation de l'échantillon et son évolution sous irradiation. Le premier objectif du projet est donc technique : il faut construire une enceinte ultravide avec une tête cryogénique pour la préparation et irradiation de ces glaces. Les irradiations se feront sur l'accélérateur GANIL. La partie scientifique peut être décomposée en 2 parties. La première consiste à irradier des glaces composées de molécules simples et à étudier leur évolution sous irradiation. Cette étude pourra être menée sur un domaine d'énergie allant du kev au GeV. Pour cette gamme d'énergie, des grandeurs telles que le taux de pulvérisation, les sections efficaces de destruction des molécules constituant l'échantillon et les sections efficaces de création des espèces nouvellement produites seront déterminées. Les lois de dépendance de ces grandeurs en fonction du pouvoir d'arrêt seront établies. Pour la seconde partie, des échantillons correspondant à des systèmes riches en molécules organiques seront irradiés afin de déterminer s'il est possible de créer des molécules plus complexes dites prébiotique. Cette étude se fera in situ par spectroscopie infrarouge. Dès que ce nouveau dispositif sera opérationnel, il sera disponible pour la communauté scientifique internationale auprès de la plateforme d'accueil du CIMAP pour être utilisé sur les lignes de l'accélérateur GANIL.

Étudier les similitudes et les différences qui existent entre les corps du système solaire permet de comprendre leur origine et évolution, et d’accroître la connaissance de notre planète. Ici nous proposons de modéliser, décrire et interpréter l’environnement magnétique de Mercure et de ses sources internes (du noyau à la lithosphère) ou externes (résultant de l’interaction du vent solaire avec la planète). Cela permet en effet de contraindre la structure et la dynamique de Mercure et de ses différentes enveloppes. Mercure est la plus petite et la plus proche planète du soleil ; c’est aussi l’une des plus énigmatiques. Avant l’ère spatiale, on pensait que c’était une planète entièrement solide, sans dynamique interne. La mission Mariner 10 a bouleversé cette vision, et montré que Mercure est en réalité la seule autre planète tellurique possédant une dynamo. Mercure est en effet caractérisé par un champ magnétique interne faible, lié à des mouvements de convection dont l’exacte nature reste à déterminer. Son exosphère contient de nombreuses espèces, avec de fortes variations spatiales et temporelles. L’interaction du champ interne, de l’exosphère et du vent solaire crée une magnétosphère très dynamique, qui à son tour induit des courants électromagnétiques dans son intérieur et son exosphère. MARMITE est Mercure: interActions HeRméo-Magnétiques entre l’InTérieur et l’Exosphère. Un parallèle peut être fait avec ce grand chaudron dans lequel des ingrédients différents à la fois simples et subtils sont mélangés et mijotés. Ce projet peut ainsi être vu comme une recette scientifique, qui va mener à une nouvelle étude de Mercure et de sa dynamique, en mélangeant des outils et approches qui sont traditionnellement dédiées à des buts distincts, le noyau convectif, le manteau peu épais, la surface, l’exosphère, l’ionosphère et la magnétosphère. Nous allons analyser les mesures de la sonde MESSENGER, actuellement en orbite autour de Mercure. Nous voulons caractériser le champ magnétique interne statique et estimer sa possible variation séculaire. Nous allons mettre au point et utiliser des outils adaptés pour tenir compte de la géométrie très elliptique de l’orbite de MESSENGER, qui fait que seule une partie de l’hémisphère nord est survolé avec une altitude suffisamment basse. Nous allons ensuite interpréter ce champ en termes de dynamique interne. Nous ferons des simulations numériques de la dynamo, tenant compte du champ là où il est connu, et permettant de prédire son comportement au-dessus de l’hémisphère sud. La structure interne de Mercure sera aussi contrainte via des approches spectrales mais aussi via des études d’induction. Nous comparerons cette structure à des hypothèses d’évaporation précoce du manteau par des impacteurs géants. Nous allons coupler des modèles de l’exosphère à un modèle hybride de la magnétosphère, ce qui nécessite de correctement décrire le champ interne mais aussi d’estimer les taux de production de toutes les espèces ionisées présentes dans l’exosphère. Ce modèle exosphère-magnétosphère sera couplé à des estimations de la conductivité électrique de la surface et de l’intérieur, pour une meilleure prise en compte des effets liés à l’induction. Enfin nous couplerons tous ces aspects dans un seul et unique modèle qui tiendra compte de toutes les sources et interactions magnétiques, grâce à la collaboration entre des domaines qui ne sont habituellement que faiblement liés. Ce projet est principalement dédié à l’analyse de la mission américaine MESSENGER. Nous allons développer les outils théoriques et analytiques pour modéliser l’environnement d’un corps faiblement aimanté tel que Mercure. Ceci va entre-autres permettre à nos équipes de mieux préparer l’arrivée de la prochaine mission européenne-japonaise BepiColombo (lancement en 2015). Ces outils pourront également être appliqués à d’autres corps comme Ganymède, la Lune ou Mars, fournissant autant de cas d’études pour in fine mieux comprendre notre planète.

Les bilans de sel et de chaleur de l’Atlantique Nord sont d'importance capitale pour le climat de l'Hémisphère Nord, en relation étroite avec la circulation des eaux chaudes de l’Atlantique vers les zones boréales via la dynamique des gyres et de la circulation méridienne (AMOC). Cependant, la dynamique à long terme (centennale à millénaire) des gyres de l’Atlantique et leurs liens avec le climat et les échanges de chaleur et de sel depuis la Méditerranée, restent à explorer. Plusieurs études ont révélé que les derniers 11,500 ans (Holocène) sont marqués par une variabilité climatique sub-millénaire, probablement associée aux changements des vents et des flux d'eau douce susceptibles d'affecter la dynamique de la gyre subpolaire et donc les budgets de chaleur et de sel de l'Atlantique Nord et des mers Nordiques. Au cours de l'Holocène, le climat de l’Atlantique Nord et de l’Europe (incluant la Méditerranée) a subi d'importants changements de température enregistrés dans les archives glaciologiques, marines et continentales. Toutefois, afin de déterminer les relations existant entre la dynamique des gyres de l’Atlantique, le fonctionnement hydrologique de la Méditerranée et le système climatique, il est indispensable de documenter les propriétés des masses d'eau et leur redistribution à une échelle temporelle décennale à séculaire, et de les comparer avec les sorties des modèles. Les analyses de fréquence et les comparaisons modèle – données permettront d’extraire les forçages externes et/ou les rétroactions internes et d’identifier les processus en jeu. Ainsi, ce projet vise à restituer l’hydrologie de régions clés de l’Atlantique NE et de la Méditerranée au cours de l’Holocène en mettant en œuvre l'analyse de nouveaux traceurs géochimiques des masses d'eau (eNd, Li/Mg) dans les coraux d'eau froide (précisément datées par l’U/Th) et en s'appuyant sur les dernières avancées réalisées sur les traceurs paléocéanographiques des températures et salinités de surface (d18O et Mg/Ca des foraminifères, alcénone et assemblages faunistiques) et traceurs de masses d’eau (eNd et d13C dans les tests de foraminifères). Les reconstructions hydrologiques seront comparées aux données instrumentales pour la période couvrant le 20ème siècle quand cela sera possible (coraux profonds et sédiments de surface). Notre stratégie de travail dérive des récents succès et partenariats scientifiques initiés par les ANR PICC, IDEGLACE (2005-2009) et NEWTON (2006-2010). Ce projet est basé sur des collections d'échantillons uniques recueillis au cours des 10 dernières années de recherche sur les coraux profonds le long de la marge ouest européenne et en Méditerranée (INSU ICE-CTD, projets FP6 HERMES, FP7 HERMIONE, FP7 EPOCA, FP7 CORALFISH). Il est étroitement lié aux questions scientifiques adressées dans les programmes tels que le FP7 Past4Future qui vise à fournir une vision intégrée modèle-données des reconstructions climatiques, y compris pour l'Holocène. Enfin, ce projet bénéficie d'une infrastructure de pointe nouvellement installée (Neptuneplus MC-ICP-MS – IDES/LSCE et CEREGE) et de récents développements analytiques permettant des mesures isotopiques rapides et précises des traceurs (eNd) et des radiochronomètres (U/Th et datation 14C par AMS). Pour le volet modélisation, le projet utilisera les simulations récentes du modèle climatique IPSL-CM5A où les traceurs océaniques sont implémentés. Impacts à long terme : le projet apportera de nouvelles contraintes sur le développement des écosystèmes coralliens d'eau froide en fonction du forçage climatique. Ce projet permettra la formation de jeunes chercheurs (doctorants et post-doctorants) en leur permettant d’acquérir des compétences scientifiques dans un domaine émergent à l'interface de la géochimie, de l'océanographie et de la climatologie. Le consortium œuvrera à la sensibilisation du grand public sur la variabilité naturelle du climat de l'hémisphère nord.

La plupart des modèles de climat incluent aujourd'hui une stratosphère, et ont un sommet entre 70 et 100km. Il y a plusieurs raisons à cela: il est nécessaire de bien décrire la couche d'ozone; il faut évaluer l'impact radiatif de l'eau stratosphérique; enfin la stratosphère a un impact significatif sur le climat au sol. Malgré ces efforts passé, il reste cependant trois principaux défis scientifiques. A. La variabilité de la stratosphère dans les régions équatoriales est dominée par l'Oscillation Quasi Biennale (QBO en anglais), un oscillation pilotée dynamiquement par une très large gamme d'ondes excitées par la convection dans la troposphère équatoriale. La plupart des modèles ne simulent pas la QBO. B. Le lent transport de l'air stratosphérique depuis la tropopause tropicale vers les régions extra-tropicales est cruciale pour la distribution de constituants tels que l'ozone ou la vapeur d'eau. Aujourd'hui, les tendances de cette circulation dans les observations contredisent en partie les tendances simulées par les modèles. Cela pose une question majeure sur notre compréhension du changement climatique dans la stratosphère. C. La stratosphère extra-tropicale est dominée chaque hiver par le vortex polaire. Son évolution est ponctuée par des réchauffements stratosphériques soudains (SSWs en anglais) résultant d'interactions non linéaires entre ondes et écoulement moyen. Les modèles font encore des erreurs dans la simulation de ces évènements, notamment ils reproduisent mal le réchauffement final précurseur de la fin du vortex au printemps. C'est trois défis sont liés à des difficultés à comprendre et simuler la dynamique, et de manière cruciale les interactions ondes-écoulement moyen. Les solutions ne viendront pas de la modélisation seulement, mais résulteront aussi d'une amélioration de notre compréhension de ces phénomènes et d'analyses d'observations innovantes. Parmi les ondes impliquées, les ondes de gravité posent le plus de problèmes, car elles ont des échelles très courtes et sont donc difficiles à observer et à modéliser. La force de notre projet est liée à plusieurs facteurs: - Nous avons contribué à l'obtention de bases de données in situ uniques au monde pour l'analyse des ondes. Notre équipe inclut certains « PI » de ces observations (ballons stratosphériques à longue durée de vol, réseau de lidars pour la détection des changements de la composition atmosphérique). - Nous équipe a une très forte expertise en modélisation puisqu'elle inclut les chercheurs ayant étendu les modèles de l'IPSL et du CNRM à la stratosphère. Elle a aussi développée une paramétrisation stochastique des ondes de gravité, ce qui a permis au modèle de l'IPSL de simuler une QBO. - La circulation de Brewer-Dobson est très lente et donc difficile à diagnostiquer. Notre équipe a une expertise solide dans le diagnostique de cette circulation, en particulier via l'utilisation de techniques Lagrangiennes. Nous sommes donc en position stratégique pour comparer cette circulation entre les modèles et les observations. - Notre projet rassemble des acteurs clefs des institutions françaises impliquées dans la modélisation de la stratosphère. En partageant nos efforts de recherche et de développement, nous augmenterons nos chances de réussite. Ces collaborations bénéficieront aussi de la complémentarité des objectifs des deux institutions (prévision météorologique au CNRM, climat à l'IPSL). Ce projet vise donc à former une équipe couvrant un éventail très large de compétences afin de progresser dans les observations, la compréhension et la modélisation de la stratosphère. Il découlera de ce projet une amélioration significative des modèles de climat français, et un renforcement du positionnement de notre communauté sur les études du climat et de la couche d'ozone.

Un défi scientifique majeur reste la reconstruction des teneurs en CO2 des atmosphères passées, ou, ce qui l’approche, du pH des océans. La composition isotopique du bore dans les carbonates marins a été proposée comme un marqueur du pH des océans anciens il y a près de 20 ans. Depuis ce temps, une abondante littérature s’est constituée sur l’utilisation pratique des isotopes du bore pour reconstituer les conditions anciennes d’acidité océanique et les teneurs passées de gaz carbonique de l’atmosphère. De nombreuses courbes empiriques ont été publiées reliant abondance des isotopes du bore dans les coraux et pH. Celles ci sont différentes selon les types de carbonates étudiés et sont dépendantes des espèces vivantes fabriquant ces carbonates. Il est clair qu’aujourd’hui, l’utilisation des isotopes du bore dans les calcaires comme traceur de paleo-pH est limitée par notre pauvre connaissance des modes d’incorporation de cet élément dans la structure du carbonate et des fractionnements isotopiques associés. Il est presque incroyable que certaines hypothèses ou que certains paramètres validant cette “théorie du paleo-pH” n’aient pas été plus regardés en 20 ans. L'objectif de ce projet est de revisiter les principales hypothèses sous-jacentes à la théorie du paléo-pH et de comprendre les mécanismes fondamentaux de l’incorporation du bore dans les calcaires. A cette fin, 6 équipes internationalement reconnues pour leur expertise se regroupent et créent une équipe pluridisciplinaire à même de résoudre ce problème. L’équipe associe des isotopistes (utilisant différentes techniques de spectrométrie de masse), des expérimentateurs, des physiciens de la RMN du solide et un théoricien du calcul ab-initio. L’équipe est constituée de scientifiques de renom international. Le projet s’articule autour de 5 tâches. La première propose deux nouveaux dispositifs expérimentaux permettant de déterminer précisément le fractionnement isotopique entre les deux espèces du bore en solution, un paramètre fondamental dans la compréhension des mécanismes de coprécipitation du bore dans les solides. La tâche 2 est un dispositif expérimental original et rigoureux permettant de mesurer les fractionnements isotopiques du bore lors de la précipitation inorganique de carbonate et de modéliser ces résultats. La tâche 3 propose de travailler sur ce problème de l’hétérogénéité de la composition isotopique du bore dans les carbonates en comparant des techniques isotopiques « échantillonnant » différentes échelles. Nous proposons d’évaluer comment la variabilité isotopique qui est mesurée à l’échelle microscopique se résout lorsque l’échelle d’analyse augmente. Cette approche est fondamentale pour comprendre ce que la mesure de la composition isotopique d’un carbonate signifie. La tâche 4 propose de travailler sur la variabilité naturelle des eaux de mer, aussi bien dans l’espace océanique que dans le temps en se fixant d’atteindre des précisions importantes et nécessaires pour ne pas mésinterpréter le signal isotopique des carbonates. Enfin la tâche 5 propose une application à des échantillons naturels récents provenant de divers sites de l’Atlantique Nord et ayant été soumis à l’acidification d’origine anthropique. A travers l’étude interdisciplinaire que nous proposons, nous sommes optimistes pour faire avancer significativement un problème scientifique important du point de vue de ses applications. Ce projet aura des applications (qu’il ne propose pas de couvrir ici) sur l’étude des environnements anciens, sur la biominéralisation et les sur les interactions eaux roches.

Les éléments traces et leurs isotopes (TEIs) jouent un rôle majeur dans l’océan et peuvent être utilisés comme traceurs de processus dans l’océan moderne et passé. Etudier leur cycle a des implications directes sur de nombreuses recherches scientifiques, telles que le cycle du carbone, le changement climatique, les écosystèmes océaniques ou encore la contamination environnementale. C’est dans ce contexte que le projet GEOVIDE se propose d’entreprendre un transect océanographique dans l’Atlantique Nord et en Mer du Labrador. Cette région est cruciale pour le climat de notre Planète et la circulation thermohaline, puisqu’elle représente une zone de renversement majeur pour la cellule méridienne de circulation appelée MOC (Meridional Overturning Circulation). De plus, les gradients de concentrations en éléments traces y sont peu connus. GEOVIDE est un programme collaboratif international visant à mieux contraindre les incertitudes sur les flux d’eau et de chaleur à travers la section étudiée, notamment en ajoutant des informations sur l’export et la circulation des masses d’eau profondes et en fournissant de nouvelles informations sur les flux des éléments chimiques. GEOVIDE a également pour objectif de quantifier les processus qui influencent le cycle des TEIs dans cette région, tels que l’advection, le scavenging, l’assimilation biologique, les échanges aux marges et les apports atmosphériques. Les principaux objectifs du projet GEOVIDE sont de : 1- Mieux connaitre et quantifier la MOC et le cycle du carbone dans un contexte de variabilité décennale, en ajoutant de nouveaux traceurs clefs 2- Etablir la distribution des TEIs avec leur spéciation physique et chimique le long d’une section sur toute la colonne d’eau à haute résolution 3- Caractériser les sources et puits et quantifier les flux des TEIs aux frontières océaniques 4- Etudier le lien entre les TEIs, et la production, l’export et la reminéralisation de la matière organique 5- Mieux comprendre et quantifier les paléoproxies 231Pa/230Th, et les isotopes du Nd et du Si Pour atteindre ces objectifs, une campagne océanographique de 44 jours sur le N/O Pourquoi Pas ? (été 2014) est nécessaire. Nous utiliserons une série de techniques et d’instrumentations innovants. La force de ce projet réside dans son interdisciplinarité : de l’océanographie physique, de la géochimie et de la biogéochimie vont être couplées, grâce à de nombreuses observations et à la modélisation. GEOVIDE rassemble des scientifiques hautement qualifiés de cinq pays différents. Ce projet sera la contribution française à l’étude globale des TEIs du programme international GEOTRACES dans l’Atlantique Nord (section officielle GEOTRACES GA01) et fournira des données primordiales, notamment pour la modélisation de l’océan passé et présent, de distributions de TEIs dans cette zone clef de la circulation thermohaline. GEOVIDE participera également activement aux objectifs des programmes internationaux SOLAS, IMBER, CARBOCHANGE et CLIVAR. GEOVIDE est intégré dans l’axe 2 du LabexMER « A changing Ocean ». Il est également lié à l’Equipex NAOS « Novel Argo Ocean observing System » et plus particulièrement à WP5 « Flotteurs profonds avec capteur d'oxygène en Atlantique Nord ». Ce projet de recherche vise également à être une action internationale forte et visible portée par le Pôle UPEE dans le cadre de l'IDEX UNITI de Toulouse. Finalement, GEOVIDE a une partie éducationnelle à plusieurs niveaux académiques. Les résultats du projet seront intégrés dans un site web et présentés au grand public, ainsi qu’à travers des publications et conférences scientifiques internationales. Cinq jeunes chercheurs (trois post-doctorants et deux thésards) seront formés pendant ce projet. Les résultats seront disponibles à travers des bases de données (SISMER, LEFE-CYBER, et la base de données GEOTRACES - British Oceanographic Data Base).

Le succès retentissant de la détermination complète du génome humain en 2000 a ouvert la voie à un domaine de recherche plus vaste encore : la génomique structurale qui consiste à déterminer la structure des protéines pour comprendre les relations entre leur structure et leurs fonctions. De par le nombre et la variété de protéines existantes, il s’agit d’un chantier énorme dont nous ne soupçonnons pas la portée en termes de retombées scientifiques et médicales. Aujourd’hui, les deux outils pour cette résolution structurale sont la cristallographie et résonance magnétique nucléaire (RMN). Il s’agit de deux techniques complémentaires qui présentent des avantages et des limites : (i) la RMN permet l’analyse en solution de protéines mais requiert un enrichissement isotopique; (ii) la cristallographie permet une détermination plus rapide de structures mais reste tributaire de la préparation de cristaux de bonne qualité. Actuellement l’effort de recherche est focalisé sur le développement de très grands instruments au détriment de la recherche de nouvelles méthodologies. Dans ce contexte, ce projet propose une méthodologie originale fondée sur les complexes de lanthanides, notés [Ln], utilisés pour leur propriétés de diffuseurs anomal permettant la résolution du problème des phases en cristallographie des protéines et pour leur propriétés d’anisotropie magnétique permettant l’émergence de la cristallographie par RMN du solide paramagnétique. Le projet Ln23 propose d’utiliser les [Ln] ainsi que leur propriétés physiques intrinsèques comme cheval de Troie pour la détermination structurale de protéines en développant une méthodologie intégrative, efficace et utilisable pour trois techniques structurales complémentaire : la cristallographie, la diffusion aux petits angles et la RMN. L’objectif est de faire connaitre cet outil dans la communauté de la biologie structurale et de remplacer les méthodes anciennes basées sur le Sélénium. Cela permettrait un gain de temps important, une amélioration significative de la précision pour la détermination de structures de protéines et par conséquence conduirait à une utilisation optimale des grands instruments disponibles. Le cœur du projet Ln23 a pour objectif de comprendre et quantifier les interactions supramoléculaires entre [Ln] et protéines, un domaine de recherche quasi vierge à ce jour. Pour nous envisageons de concevoir des [Ln] présentant des charges, formes, fonctionnalités variées et susceptibles de former des interactions avec des protéines, issues de la famille des malates deshydrogénase qui sont connues pour présenter une structure homogène mais des charges de surfaces très diverses. Les co-cristallisation seront réalisées en utilisant des techniques robotisées à haut débits et la formation d’adduits cristallins [Ln]–protéine sera révélée grâce aux propriétés de luminescence des éléments f. Finalement, les constantes d’affinités thermodynamiques seront déterminées sur des modèles moléculaires de complexité croissante. En s’appuyant sur la compréhension de ces interactions il sera possible rationaliser la cristallisation entre [Ln] et protéines permettant de nouveaux développements cristallographie et en RMN du solide paramagnétiques. Il sera également possible d’éviter au contraire de telles interactions et de confiner les complexes de lanthanide dans les canaux de solvants permettant ainsi de développer des méthodes structurales à basse résolution basée sur le contraste de solvant (MASC). Les meilleurs complexes seront proposés pour collaboration à la communauté de biologie structurale et commercialisés par la société NatX-ray avec qui nous travaillons déjà. Finalement le contrôle des interactions [Ln]-protéine et le développement de ces outils analytique permettra de s’attaquer rapidement à des problémes réels de biologie structurale comme la résolution de structures de protéines solubles inconnues, de protéines membranaires voire de grands assemblages macromoléculaires.

Le présent projet a pour objectif de construire un consortium rassemblant toutes les expertises nécessaires en chimique quantique, dynamique quantique et contrôle quantique dans le but d'étudier à la fois d'un point de vue théorique et expérimental le contrôle laser à un niveau quantique de molécules de relativement grande taille. Nous nous intéresserons à des réactions chimiques impliquant des intersections coniques (processus de désexcitation non-radiative non-adiabatique c'est-à-dire hors Born-Oppenheimer) tels que l'ouverture de cycle dans les molécules de type spiropyrane. Un modèle pour les surfaces diabatiques à 48 dimensions pour le benzopyran sera développé et nous utliserons la récente méthode Multi-layer Multi-Configuration Time-Dependent approach (ML-MCTDH) pour simuler la dynamique quantique du système en présence de champs lasers (dynamique à 48 dimensions). Des stratégies systématiques de contrôle de la photoréactivité du système vont être développés d'un point de vue théorique (à l'aide d'une approche en termes de molécules "habillées" par les champs lasers) et implémentés à un niveau expérimental. Nous pensons combiner et améliorer des approches de type pompe-sonde, effet Stark, optimisation par feedback, ecxitation vibrationnelle préliminaire ou d'autres en collaboration directe entre les expérimentateurs et les théoriciens du consortium.

L'assemblage non covalent de macromolécules en solution a été abondamment étudié au cours de la dernière décennie, avec un accent particulier mis sur la relation entre la morphologie finale des agrégats et la chimie des briques élémentaires de construction. Bien que la plupart de ces études supposent des conditions d'équilibre, les applications du monde réel impliquent quant à elles des conditions d’assemblage fortement hors d’équilibre. Il existe donc un réel besoin de concevoir des outils et des méthodologies originales afin de mieux comprendre et contrôler l'assemblage de macromolécules dans diverses conditions thermodynamiques. L’intérêt de cette démarche va bien au-delà dans la science fondamentale avec des retombées technologiques importantes en sciences des matériaux, des polymères et en biotechnologie. Nous proposons dans le projet PANORAMA d'étudier de manière indépendante et systématique l'impact des procédés de mise en œuvre et de l’intensité des interactions entre briques élémentaires sur les morphologies finales et leur(s) état(s) thermodynamique(s) sur des systèmes auto et co assemblés macromoléculaires modèles (agrégats de copolymères à blocs amphiphiles, assemblages électrostatiques de polyélectrolytes, nanoparticules et protéines). Le temps de mélange est choisi ici comme un paramètre clef du procédé de mise en œuvre permettant de faire varier les conditions initiales d’assemblage. En modulant ce temps de mélange (et de réaction) de quelques ms à plus d’une heure, une multitude de systèmes hors d’équilibres peuvent être ainsi générés et étudiés. Les techniques de diffusion (lumière et neutrons) et de microscopie électronique nous aiderons à déterminer la morphologie des agrégats à différentes échelles alors que des mesures de µcalorimétrie (ITC) seront réalisées afin de mieux appréhender la thermodynamique d’assemblage des ces agrégats et autres complexes. La collection systématique de données de type Thermodynamiques vs. Morphologie en fonction des conditions de mélange nous permettra de développer une cartographie prédictive et constituera un excellent point de départ pour des travaux ultérieurs de modélisation qui vont au-delà du but avoué du projet PANORAMA. En outre, la possibilité de réaliser des assemblages proches des conditions d'équilibre sera étudiée en modulant l’intensité de l’interaction (on/off) entre briques élémentaires. Cette démarche pourrait conduire à la formation de nouvelles structures supra macromoléculaires en mettant clairement en évidence l'importance de la voie de formulation pour guider les processus d'assemblages.

Dans le cadre général des procédés de dépôts par enduction d’un film liquide sur un substrat et évaporation de solvants volatiles dans l’air, ce projet s’intéresse à des géométries avec ménisque ou ligne de contact mobile. Il cible plus particulièrement les procédés à faible vitesse de déplacement du substrat, pour lesquels l’évaporation au niveau du ménisque est importante et joue un rôle clé dans l’établissement de l’écoulement (régime évaporatif dans les configurations de type « dip-coating »). Il pose la question générale de l’impact de l’écoulement et des transferts de chaleur et de masse sur le dépôt sec obtenu durant ce régime. Les principaux objectifs sont d’une part une connaissance et compréhension approfondie des phénomènes dominants, et d’autre part l’obtention de prédictions quantitatives pour pouvoir optimiser les paramètres des procédés d’enduction en fonction des spécificités requises pour le dépôt sec. Une démarche couplant approches expérimentales et modélisation est adoptée pour répondre à ces objectifs. Des techniques de mesure innovantes seront notamment développées pour mesurer simultanément les champs de concentration et de vitesse dans le ménisque (l’un des montages sera monté sur une plateforme de microscope équipée de mesures PIV et spectroscopie Raman). Les expériences seront réalisées d’une part sur des systèmes modèles (solutions polymères ou dispersions colloïdales). Une caractérisation complète des propriétés de ces systèmes sera tout d’abord réalisée. En effet, une caractéristique de ces procédés de dépôt par séchage est la très importante variation des grandeurs physico-chimiques du fluide en fonction de la concentration en soluté (viscosité, tension de surface, coefficient de diffusion mutuelle …), ainsi que la transition d’un état liquide à un état solide (par exemple la formation d’un milieu poreux dans le cas d’une dispersion colloïdale). D’autre part, en complément de l’étude de ces systèmes modèles, nous allons faire porter une partie du programme sur l’important domaine de l’Electronique Organique (e. g. OLED Organic Light Emitting Diode, OPV Organic PhotoVoltaics), et deux chercheurs R&D de Solvay sont partie prenante de ce projet. Du point de vue modélisation, dans la continuité de travaux antérieurs, un premier défi sera le développement de modèles dynamiques prenant en compte l’hydrodynamique dans le ménisque, le couplage avec la phase gazeuse et incluant la variation avec la concentration des propriétés du système. L’objectif est de décrire (et donc pouvoir prédire) l’influence de l’écoulement sur le dépôt sec. Une question au cœur de cette étude sera la suivante : l’hydrodynamique et les transferts peuvent-ils être à l’origine de l’apparition potentielle du régime périodique qui entraîne la formation de structures régulières sur le dépôt ? Quels sont les phénomènes qui conditionnent ce régime périodique ? (question non résolue à l’heure actuelle). Le deuxième enjeu théorique concerne le séchage d’une dispersion colloïdale conduisant à la formation et consolidation d’un milieu poreux dense. Beaucoup de questions fondamentales se posent pour décrire la transition de la phase liquide au film final, et l’approfondissement de la description de cette transition sera l’un des enjeux de ce projet. Pour réaliser ce programme, nous utiliserons des modèles continus décrivant la transition d’un état dispersé à un assemblage dense de colloïdes, mais dans lesquels certaines propriétés (comme le coefficient de diffusion, la viscosité, la pression osmotique …) divergent pour une concentration critique. L’enjeu sera d’adapter ce type de modèles à la configuration de régime évaporatif où écoulement et transferts de masse sont couplés, et finalement d’obtenir un modèle complet prenant en compte l’hydrodynamique et la transition vers un milieu poreux, modèle qui sera donc capable de décrire toute la phase de séchage.

Le projet EXFIDIS a pour ambition d’explorer une physique encore non décrite à ce jour, celle des décharges électriques hors-équilibre créées par des champs extrêmement transitoires et intenses dans des conditions standard de pression et de température. Pour cela, des équipes de recherche du LAPLACE (Toulouse), du LPGP (Orsay), du GREMI (Orléans) et du CORIA (Rouen), aidées d’une équipe du LNHB (CEA Saclay) comme prestataire de service, proposent de partager leur savoir-faire et leurs connaissances dans le domaine des décharges pulsées hors-équilibre. Les études expérimentales et de modélisation qu’elles proposent se focalisent sur des configurations d’électrodes asymétriques très utilisées pour les applications (pointe/plan, multi-pointes/plan, fil/plan,…), sans système auxiliaire de pré-ionisation, dans l’air et dans des mélanges de gaz atmosphériques azote / oxygène / vapeur d’eau, auxquels viendra s’ajouter en faible concentration de l’acétone, représentatif d’une molécule polluante, ou du propane, représentatif d’un gaz inflammable. Les objectifs du projet sont dans un premier temps de prendre en compte les effets spécifiques induits par les très fortes valeurs de champ électrique à la fois dans un modèle bidimensionnel de décharge et dans des études de caractérisation expérimentale très poussées. L’application de surtensions extrêmes (> 400 %) sur des temps de l’ordre de la nanoseconde doit nous amener à reconsidérer la physique du streamer classiquement utilisée pour décrire les décharges à pression atmosphérique, en analysant les nouveaux mécanismes qui pourraient y être associés (régime diffus, génération d’électrons « runaway » et de rayonnement X, mise en défaut de l’hypothèse d’équilibre de champ local). La commercialisation récente de générateurs fiables, compacts et modulables, permettant d’atteindre des fronts de montée extrêmement brefs de l’ordre de la nanoseconde et des impulsions de tension d’une centaine de kilovolts sur une dizaine de nanosecondes, ouvre des possibilités très intéressantes pour l’étude expérimentale de ces décharges. Les objectifs fondamentaux du projet EXFIDIS nous imposent d’utiliser une configuration d’électrodes élémentaire de type pointe-plan, pour permettre d’obtenir des mesures de grandeurs physiques variés (densités d’électrons, d’atomes, de molécules, d’espèces excitées radiatives et métastables, températures, champ électrique, photons UV et X,…) résolues dans le temps, de quelques nanosecondes à plusieurs dizaines de microsecondes, et dans l’espace, de quelques centimètres. La modélisation de cette décharge est facilitée par l’utilisation d’un code numérique à maillage non structuré, intégrant dans un premier temps une équation d’énergie pour les électrons puis, dans un deuxième temps, une méthode de type « Particle In Cell » (PIC) pour suivre les électrons et les photons de haute énergie (< 50 keV). La modélisation de la post-décharge est également envisagée, s’appuyant sur des études de cinétique réactionnelle dans des décharges pré-ionisées. Elle doit aussi permettre d’appréhender le potentiel de la décharge à champ intense pour des applications environnementales toujours autant d’actualité comme le traitement ou la synthèse de gaz, ou des applications énergétiques comme le déclenchement de combustion ou le contrôle d’écoulement. En réalisant et en étudiant un réacteur de type multi-pointes / plan, le projet EXFIDIS cherchera alors à ouvrir la voie au développement de réacteurs « plasma » innovants et plus efficaces pour la dépollution de l’air. Un aboutissement du projet sera de proposer des solutions de mise en œuvre de réacteurs de grand volume utilisant des décharges à champ transitoire intense contrôlées.

Ce projet de recherche est consacré à l’étude de l’influence de contraintes résiduelles introduites par le procédé de grenaillage sur la durée de vie de disques de turbomachines aéronautiques, constitués de matériaux polycristallins du type superalliage sollicités dans une gamme de température comprise entre l'ambiante et 700°C. Les deux sources de contraintes résiduelles que nous souhaitons analyser finement sont les contraintes d'origine mécanique introduites lors du grenaillage de la surface des pièces, destiné à retarder l’amorçage des fissures sous sollicitation en fatigue, et celles d'origine thermique liées aux différences de dilatation thermique entre les phases gamma et gamma prime. Le programme de recherche s’appuie sur les connaissances acquises en France depuis les années 1980 sur l’alliage N18 lors de travaux de recherche et du processus de développement industriel de cet alliage. L’objectif du projet est d’analyser finement la relation entre les caractéristiques microstructurales de l’alliage biphasé gamma et gamma prime (taille de grains, taille des précipités), l’état de contrainte interne (micro et macrocontraintes) et la durée de vie sur un ensemble d’échantillons assez large pour dégager des tendances qui permettront de comprendre des mécanismes physiques élémentaires et de développer de nouveaux alliages plus résistants aux sollicitations thermo-mécaniques complexes qu'ils subissent durant leur service. Le point clé du projet concerne la détermination des contraintes résiduelles par diffraction des rayons X dans des alliages dont la taille de grain n'est ni petite, ni grande (50 et 100 micromètres envisagé ici). Les techniques de mesures ne sont pas standardisées et font appel à des méthodes expérimentales singulières en laboratoire et/ou dans les grands instruments (synchrotrons). Les différents niveaux de contrainte mesurés seront par ailleurs intégrés dans des modèles d’endommagement en fatigue permettant la prévision de la durée de vie de pièces de géométrie complexe. Ce travail de recherche est ambitieux car il se place aux limites de l'état de l'art et parce qu'il est basé sur une approche de type système impliquant des aspects de physique fondamentale, de métallurgie, d'ingénierie des matériaux, de mécanique et de modélisation, et enfin parce qu'il concerne des matériaux à forte valeur ajoutée, mis en œuvre dans un secteur industriel concurrentiel au niveau international. Le programme de recherche consiste à générer quatre types de microstructures sur des éprouvettes d'étude (2 tailles de grain et 2 microstructures intragranulaires) dont une partie sera grenaillée. Des essais mécaniques cycliques interrompus et menés jusqu'à rupture seront ensuite réalisés à 450°C et 650°C, l'objectif étant d'observer l'influence de la microstructure et de l'état de contrainte sur les courbes de durée de vie mais aussi de calibrer les modèles numériques de comportement et de durée de vie en fatigue associés à chaque type d'échantillon. En parallèle, des mesures par diffraction des rayons X en utilisant la méthode des "sin²?"et la méthode dite "monocristalline", seront mises en œuvre afin de déterminer l’état de contrainte initial dans l’épaisseur des différents types d'échantillons et de suivre l'évolution des différents profils en fonction du nombre de cycles lors des essais en température. Les mesures présentées ci-dessus seront complétées par des analyses microstructurales post mortem et in situ permettant notamment de caractériser finement le profil de grenaillage, les phases en présence, ainsi que le paysage associé de dislocations (utilisation de microscopes électroniques à balayage et à transmission instrumentés à chaud en plus des instruments de caractérisation conventionnels de la métallurgie).

Les propriétés uniques du graphène permettent d’envisager de nombreuses applications dans l'optique, la mécanique et l'électronique. Cependant, des défis doivent être relevés avant de pouvoir intégrer le graphène dans des dispositifs sophistiqués. Le graphène voit ses états électroniques fortement affectés par toute modification de sa surface: la présence de contaminants dégrade ses propriétés intrinsèques en modifiant localement le point de neutralité de charge ce qui induit une diffusion des porteurs de charge. Par conséquent, une brique technologique indispensable pour la fabrication des dispositifs à base de graphène est le nettoyage de sa surface (élimination sélective des contaminants). Mais il n'existe aujourd'hui aucune technologie fiable pour nettoyer le graphène sans l’endommager. Pour les applications nanoélectronique, un autre défi est d'ouvrir un gap dans la structure électronique du graphène. Ceci peut être réalisé soit en le dopant soit en le structurant en nano-ruban afin de générer un confinement latéral des porteurs. Dans les deux cas, bien que la preuve du concept ait été faite, les technologies développées à ce jour sont immatures et manquent de reproductibilité. Le but de ce projet est d’apporter une solution à ces problèmes en s’appuyant sur des nouvelles technologies plasma. Les plasmas sont universellement utilisés dans la fabrication des circuits intégrés. Par contre, leur utilisation pour le nettoyage et le dopage du graphène reste marginal car ils sont trop agressifs pour traiter des couches d’épaisseur atomique sans les endommager. Néanmoins, le développement récent de nouvelles sources à plasma dans les industries microélectroniques et photovoltaïque pourrait permettre de lever cette limitation. L'objectif de ce projet est d'évaluer 2 nouveaux réacteurs pour le nettoyage, le dopage et la gravure du graphène. Ils sont prometteurs car ils ont démontré des capacités remarquables pour le traitement de couches ultraminces en 2012. Nous envisageons d’utiliser des plasmas H2 pour le nettoyage du graphène tandis que des plasmas de Cl2, N2 et BCl3 sont intéressants pour son dopage. Pour permettre le développement rapide et efficace de ces nouveaux procédés, nous utiliserons la stratégie suivante: 1) utilisation de simulations de dynamique moléculaire (MD) pour prédire quels flux/énergie des particules du plasma sont requis pour obtenir l'effet désiré; 2) utilisation de diagnostics du plasma pour ajuster les conditions expérimentales à celle suggérées par la MD; 3) utilisation de techniques d’analyse de surface pour caractériser le graphène. Nous combinerons plusieurs techniques (XPS, Raman, XPEEM, nanosonde Auger, KFM) pour caractériser l’impact du plasma sur les propriétés chimiques et structurales du graphène ainsi que sur ses propriétés électroniques. De plus, nous proposons de fabriquer et de caractériser électriquement des dispositifs électroniques en graphène afin de valider l'efficacité des traitements plasma. Pour réussir ce projet notre force est de réunir 3 compétences complémentaires (dispositifs graphène/gravure plasma/caractérisation des surfaces) issues de 5 laboratoires spécialisés dans la nanoélectronique. Le LTM, LPP et LPICM sont experts dans la caractérisation et le développement de procédés plasma et disposent des 2 nouveaux réacteurs qui sont au cœur de ce projet. I-Néel possède une expertise dans la croissance de graphène par CVD et dans la fabrication/caractérisation des dispositifs électroniques en graphène. Le CEA-LETI, via la plate-forme de Nanocaractérisation de MINATEC, dispose d’un ensemble unique de bâtis ultra-vide interconnectés pour une caractérisation localisée complète des propriétés chimiques et électroniques du graphène. Cet outil sera utile pour développer et valider les procédés plasma. Ce projet devrait permettre le développement de nouvelles technologies de nettoyage et dopage du graphène qui seront utiles à la vaste communauté scientifique travaillant sur ce sujet.

L'électronique moléculaire, l'électronique de spin et le calcul quantique sont trois domaines majeurs de la nanoscience moderne. Le premier domaine a utilisé depuis plusieurs années des molécules afin de réaliser des dispositifs à molécule unique pour des applications potentielles en électronique. Le deuxième a été à l'origine d'une révolution en électronique où il était possible de manipuler le transport du spin électronique aboutissant à des effets gigantesques de magnéto-résistance. Enfin, le calcul quantique cherche à utiliser les propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. L'objectif de ce projet est de marier les trois domaines pour faire émerger un nouveau : Electronique de Spin Moléculaire Quantique en utilisant entre autres des aimants moléculaires [1] comme composant de base des nouveaux dispositifs. Il s'agit de manipuler le spin et la charge d'une molécule unique ou d'une faible collection dans des dispositifs moléculaires. Un grand avantage des systèmes moléculaires est la faible contribution du couplage spin-orbite et des interactions hyperfines qui, en général, sont la cause principale de la décohérence du spin observée en transport à longue distance. Dans ce contexte, ce projet permet de jeter les fondations d'un domaine émergeant qui n'est pratiquement pas exploré à ce jour. Les objectifs principaux du projet concernent essentiellement la recherche fondamentale mais avec des applications en électronique et information quantique à moyen terme. Les partenaires du projet ont construit durant les 10 dernières années une expertise internationalement reconnue en magnétisme moléculaire à travers des collaborations dans le monde entier. Durant la dernière année, les partenaires ont déjà démontré les premiers résultats importants dans ce nouveau domaine [2-4]. Par exemple, nous avons fabriqué des vannes de spin uniquement à partir de matériaux moléculaires [2]. Un canal conducteur constitué d'un nanotube de carbone mono-paroi et contacté par des électrodes non-magnétiques est couplé latéralement à deux aimants moléculaires, ces derniers jouant le rôle de moments magnétiques localisés. La conductance à travers le nanotube peut être modulée grâce à l'application d'un champ magnétique externe, l'amplitude de la magnétoresistance pouvant atteindre 300% entre l'état où l'aimantation des molécules est complètement polarisée et celui où elle ne l'est pas. En utilisant un transistor à spin moléculaire, nous avons réalisé la lecture électronique d'un spin nucléaire individuel [3]. Nous avons pu montrer une durée de vie de plusieurs dizaines de secondes. Nous avons également fourni la première preuve expérimentale d'un fort couplage spin-phonon entre le spin d'une seule molécule et un résonateur à nanotube de carbone [4]. Nos résultats ouvrent des perspectives pour les dispositifs en électronique de spin avec de nouvelles propriétés quantiques, ce qui est l'objectif principal de ce projet. La tâche 1 concerne la synthèse, la caractérisation et le dépôt des molécules (conception de qubits doubles complexes moléculaires, caractérisation des propriétés physiques des nano-aimants moléculaires déposés sur une surface). La tâche t centrée sur la fabrication et la caractérisation des dispositifs moléculaires (spin-moléculaire transistor, vanne de spin moléculaire, résonateurs moléculaires hybrides, développement des bobines RF pour le contrôle de spin et de charge des dispositifs). La tâche 3 traite de la manipulation quantique des états de spin moléculaire (des opérations quantiques de base avec un qubit et avec deux qubits couplés). [1] L. Bogani, W. Wernsdorfer, Nature Mat. 7, 179 (2008). [2] M. Urdampilleta, S. Klyatskaya, M.-P. Cleuziou, M. Ruben, W. Wernsdorfer, Nature Mater. 10, 502-506 (2011). [3] R. Vincent, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, F. Balestro, Nature 488, 357 (2012). [4] M. Ganzhorn, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, , Nature Nanotech (Feb. 2013).