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Le riz est l’une des cultures alimentaires les plus importantes au monde, mais sa productivité est fortement menacée par les effets du changement climatique, en particulier par la fréquence croissante des épisodes de sécheresse et de chaleur extrême. Ces stress abiotiques, souvent combinés, ont un impact majeur sur les rendements et la sécurité alimentaire. Si les programmes classiques d’amélioration génétique ont permis des progrès en matière de tolérance au stress, ils restent longs à mettre en œuvre et limités par des compromis entre croissance et résilience. De nouvelles approches sont donc nécessaires pour permettre aux plantes de réagir plus rapidement et efficacement aux conditions environnementales changeantes. Ce projet propose d’explorer le potentiel des longs ARN non codants (lncRNA), une classe encore peu étudiée de molécules d’ARN qui ne codent pas pour des protéines, mais sont de plus en plus reconnues comme de puissants régulateurs de l’expression des gènes. Les lncRNA peuvent en effet influencer finement la réponse des plantes au stress, ce qui en fait des leviers prometteurs pour contrôler des traits essentiels à la survie. Toutefois, leur prédiction fonctionnelle représente un défi scientifique majeur, en raison de l’absence de conservation de séquence caractéristique des gènes codants. Néanmoins, les lncRNA ayant des fonctions biologiques similaires partagent souvent de courts motifs conservés, liés à leurs interactions avec des partenaires protéiques. L’identification systématique de ces motifs reste néanmoins un défi computationnel considérable, du fait de leur variabilité, de leur brièveté, et de la complexité des paysages d’interaction ARN — protéines. L’intelligence artificielle (IA) offre une opportunité unique d’identifier des motifs et signatures fonctionnelles au-delà des similarités de séquence. Nous proposons donc d’utiliser des approches d’apprentissage profond pour réaliser des “embeddings” ou ”incorporations” structurels des lncRNA du riz et de l’Arabidopsis, afin d’identifier ceux impliqués dans la régulation génique en réponse à la chaleur et à la sécheresse. En combinant ces prédictions avec des criblages fonctionnels à haut débit, nous pourrons sélectionner les lncRNA les plus efficaces et élucider leur rôle au sein des réseaux de réponse au stress. L’objectif ultime est de transformer ces connaissances en outils pratiques, en concevant des lncRNA synthétiques administrés via une technologie innovante de pulvérisation d’ARN, pour améliorer la tolérance des plantes à la chaleur et au manque d’eau — sans recourir à la modification génétique. Ce projet associe des méthodes d’intelligence artificielle de pointe à la biologie expérimentale végétale à haut débit, afin de poser les bases de nouvelles solutions agricoles intelligentes face au climat, fondées sur les ARN.

Répondre aux besoins nutritionnels d'une population mondiale qui augmentera de 2,4 milliards de personnes d'ici trente ans représente un défi majeur pour l’agriculture. Cette croissance nécessitera une augmentation significative de la productivité agricole, tout en tenant compte des impacts croissants du changement climatique. Les vagues de chaleur perturbent gravement les rendements, notamment en interférant avec la floraison et la fertilisation, processus cruciaux pour la production de graines et de fruits. Par ailleurs, les sécheresses aggravées réduisent la viabilité des terres agricoles marginales. Si les progrès passés reposaient sur la sélection variétale, la mécanisation et l’irrigation, l’ère génomique actuelle permet d’explorer les réseaux génétiques régulant les caractères agronomiques. Pour adapter l’agriculture aux défis climatiques, il devient essentiel d’identifier les bases génétiques de la tolérance au stress et de comprendre les mécanismes d’adaptation des plantes à des environnements hostiles. Les plantes, étant fixes, ont développé des mécanismes sophistiqués pour percevoir et s’adapter aux stress environnementaux. Parmi eux, la régulation au niveau de la chromatine joue un rôle clé dans l’ajustement dynamique de l’expression génique. L’attention s’est récemment portée sur l’architecture tridimensionnelle du génome, qui influence la régulation des gènes en réponse à des signaux environnementaux ou développementaux. Un processus émergent au cœur de cette organisation est la séparation de phase liquide-liquide (LLPS), qui permet la formation de condensats biomoléculaires concentrant protéines et acides nucléiques, modifiant la structure de la chromatine et régulant finement l'expression génique. Cependant, bien que des avancées aient été réalisées, exploiter pleinement ces connaissances reste difficile, notamment en raison de la complexité des données issues du séquençage à haut débit. C’est ici que l’intelligence artificielle (IA) peut jouer un rôle transformateur en permettant l’intégration et l’interprétation de ces données complexes. Dans ce contexte, notre projet vise à exploiter le potentiel de l’IA pour identifier et caractériser les protéines associées à la chromatine impliquées dans la formation de condensats biomoléculaires, afin de contrôler précisément l’expression des gènes chez les plantes. Pour ce faire, nous avons fondé le consortium PlantSCAPE-FK (Plant chromatin Structure, Condensates, and AI-driven Prediction and Exploration), réunissant une équipe française et une équipe Corréenne. Grâce à l’intelligence artificielle, le projet ambitionne de construire une plateforme prédictive capable d’identifier des protéines régulatrices dans divers génomes végétaux. Des modèles seront utilisés pour détecter les propriétés biophysiques favorisant la séparation de phase. Parallèlement, des modèles d’expression génique basés sur les données de structure chromatinienne seront développés, permettant de prédire l’activité transcriptionnelle selon l’architecture du génome, y compris en conditions de stress. Ces découvertes seront suivies d'une validation expérimentale des régulateurs identifiés. À long terme, le projet explorera la conception d’outils de biologie synthétique basés sur la LLPS pour moduler finement l’expression des gènes. En réunissant intelligence artificielle, biologie de la chromatine et ingénierie génétique, ce projet vise à poser les bases d’un cadre innovant pour la régulation génique chez les plantes.

Le projet SweetLab est une synergie entre un laboratoire académique (Institut de Chimie des Substances Naturelles - ICSN) spécialisé dans la synthèse de produits naturels et particulièrement en chimie de sucres d’une part et une entreprise (Elicityl - https://www.elicityl-oligotech.com/) créée en 2002 en leader dans la commercialisation d’oligosaccharides complexes obtenus par biotechnologie. Les oligosaccharides naturels sont à la source de processus biologiques normaux ou pathologiques (cancers, diabète, infections bactériennes ou virales) et leur étude permet de comprendre les phénomènes en question mais aussi et surtout de proposer des outils de diagnostic et des traitements innovants basés sur ces oligosaccharides ou leurs dérivés (vaccins, anti-diabétiques, anti-infectieux, anti-tumoraux). Leurs structures sont extrêmement complexes et leurs synthèses tout autant. Ils peuvent être isolés à partir de matière vivante (microorganismes ou animaux) mais leur accès en grande quantité et pureté sont parfois problématiques. Le projet SweetLab propose la synthèse de deux classes majeures d’oligosaccharides naturels, les N-glycanes et les oligosaccharides du lait maternel (HMOs) par (1) une voie de synthèse alliant une méthodologie de glycosylation maitrisée par l’ICSN d’une part et (2) un accès à des briques moléculaires complexes obtenues par biofermentation d’Elicityl. La stratégie de synthèse prévoit un assemblage bloc par bloc de la structure de ces oligosaccharides et sera plus rapide et efficace que les stratégies connues de synthèse qui assemblent un à un les monosaccharides constituant ces oligosaccharides naturels complexes. L’ICSN a mis au point une méthode directe de glycosylation de la N-acétyl-glucosamine qui est un des constituant majeur de ces oligosaccharides. SweetLab exploitera cette approche en la développant vers des structures de complexité croissante en démarrant sur les monosaccharides (WP1) puis vers les N-glycanes (WP2) et enfin les HMOs (WP3). SweetLab permettra de mettre à disposition de la recherche des oligosaccharides complexes de type N-glycanes pour lesquels, malgré leur fort potentiel, il est aujourd’hui difficile d’envisager des applications en raison de leur faible disponibilité. De plus, pour les HMOs, l’offre actuelle reste limitée à quelques oligosaccharides de cette famille (10-15 structures) alors qu’une multitude (près d’une centaine) d’oligosaccharides sont identifiables dans le milieu naturel mais n’ont jamais pu être isolés ou caractérisés complètement pour leurs implications biologiques. SweetLab va donc travailler à lever un verrou très important de la recherche biomédicale en permettant aux chercheurs académiques ou industriels d’avoir enfin accès à ces molécules et ainsi de contribuer aux avancées scientifiques dans le domaine. Les nouveaux N-glycanes et HMOs attendus à l’issus du projet (estimation de 2000 nouvelles molécules) permettront à Elicityl de renforcer son offre de réactifs pour la recherche puis de proposer le développement ces biomolécules pour leurs futures applications comme principe actif de dispositifs médicaux, d’ingrédients alimentaires ou de futurs médicaments. SweetLab est un projet stratégique pour le développement d’Elicityl. Il permet à l’entreprise de toujours pouvoir apporter à ces clients et partenaires chercheurs académiques et industriels des oligosaccharides toujours plus évolués et à la pointe des dernière découvertes scientifiques. Avec la mise en place de ce laboratoire commun, la synergie entre l’expertise de l’ICSN en glycochimie et celle d’Elicityl en production d’oligosaccharides complexes par biotechnologie est la clé qui rend possible l’atteinte des objectifs ambitieux de ce LabCom.

La myocardite est une maladie immunomédiée du muscle cardiaque, souvent associée à des lésions des cardiomyocytes et responsable d’une proportion significative des cardiomyopathies dilatées. La réponse des lymphocytes T CD8+ cytotoxiques est un facteur clé des dommages myocardiques immunomédiés, en particulier chez les patients recevant des immunothérapies. La prévalence exacte de la myocardite est difficile à établir car elle pose d’importants défis diagnostiques et thérapeutiques. D’un côté, l’IRM cardiaque permet de détecter les formes sévères de myocardite aiguë, mais ne mesure pas l’activité inflammatoire. De l’autre, la biopsie endomyocardique, seule méthode permettant de caractériser les infiltrats inflammatoires, est rarement réalisée en raison des risques et de son faible rendement diagnostique. Par conséquent, la myocardite et ses complications sont souvent sous-diagnostiquées et sont généralement découvertes à des stades avancés de la cardiomyopathie. Cela souligne un besoin médical majeur, alors qu'aucun traitement spécifique n’est actuellement approuvé par l’EAM ou la FDA, et les patients peuvent progresser vers une maladie avancée avant le diagnostic. Dans ce contexte, POLYGON Therapeutics, société de biotechnologie spécialisée dans le développement d’anticorps monoclonaux thérapeutiques, s’est associée à l’équipe du Dr Charles Truillet, experte en imagerie immunologique par immuno-TEP, une technique d’imagerie hautement sensible et globale. Ensemble, ils combinent leurs expertises dans le projet IMMUNOCARDITEP pour explorer, suivre et moduler la réponse immunitaire dans le contexte de la myocardite. Le projet IMMUNOCARDITEP vise à imager les lymphocytes T CD8+ in vivo à l’aide d’un nouveau radiopharmaceutique dans un modèle expérimental de myocardite aiguë, tout en suivant l’efficacité d’un traitement par anticorps monoclonal déplétant les CD8. Cette approche théranostique, combinant imagerie prédictive et intervention thérapeutique, s’inscrit dans les principes de la médecine de précision et pourrait contribuer à améliorer la prise en charge des maladies cardiovasculaires immunomédiées. Les principaux objectifs du projet sont : • Développer et caractériser un modèle de myocardite aiguë utilisant une souris transgénique exprimant les CD8 humains, mimant la pathologie observée chez l’Homme dans le contexte des immunothérapies. • Valider une méthode d’imagerie non invasive de l’inflammation cytotoxique utilisant un radiotraceur ciblant les CD8. • Tester une approche théranostique combinant imagerie prédictive et traitement immunomodulateur in vivo avec PLG-101, le premier anticorps monoclonal humain déplétant les CD8 développé par POLYGON Therapeutics. En abordant à la fois le diagnostic et le traitement, IMMUNOCARDITEP constitue une plateforme évolutive pouvant être étendue au-delà de la myocardite à d’autres maladies cardiovasculaires immunomédiées. Compte tenu que les maladies cardiovasculaires représentent la première cause de mortalité dans le monde, ce projet a un fort potentiel d’impact médical et sociétal. Dans le cadre du LabCom, POLYGON Therapeutics et Biomaps contribueront à faire progresser l’innovation en immunocardiologie, répondant à un besoin médical majeur et ouvrant de nouvelles perspectives pour le développement thérapeutique futur.

Notre compréhension et notre prédiction des systèmes biologiques et multicellulaires se heurtent à leur extrême complexité en raison de la variété des échelles et des mécanismes interdépendants qui les régissent. Les dernières décennies ont vu des avancées majeures dans la modélisation à des échelles individuelles : repliement des molécules, échanges de flux, réseaux métaboliques, voies de signalisation, régulation des gènes, communications intercellulaires... Néanmoins, la prise en compte d'échelles multiples dans un cadre global, l'intégration des connaissances d'experts et de terrain, et l'alignement des modèles sur les observations constituent les principaux goulets d'étranglement actuels. En fait, nous sommes encore loin de pouvoir concevoir des jumeaux numériques d'un système biologique. Nous manquons de langages de modélisation et de modèles génératifs pour la prédiction précise et robuste de la dynamique cellulaire. En outre, il existe un fossé critique entre les pipelines actuels de traitement des données et les approches de modélisation. Il est donc non seulement important de gérer différents cadres de modélisation à plusieurs échelles, mais aussi d'aligner correctement les modèles sur les données expérimentales et cliniques, afin d'améliorer leur précision. Notre objectif est d'initier un réseau de formation pour aborder les nouveaux principes fondamentaux et pratiques de la biologie systémique computationnelle, en inventant de nouveaux langages, cadres conceptuels et méthodologies pour générer des modèles prédictifs. Nous sommes des experts dans plusieurs domaines de l'informatique théorique et appliquée, y compris les méthodes formelles, l'intelligence artificielle symbolique, l'apprentissage automatique, le raisonnement automatisé et logique, la science des données et la bio-informatique, et nous avons une grande expérience des projets multidisciplinaires en biologie et en médecine, y compris en partenariat avec l'industrie. Nous pensons qu'il est temps de fusionner nos expertises, nos expériences et nos ambitions pour créer des méthodes innovantes de modélisation des systèmes dynamiques et d'intelligence artificielle générative adaptées aux défis biologiques et médicaux. Les doctorants formés développeront des compétences uniques avec des applications bien au-delà de la biologie, notamment sur la combinaison de l'intelligence artificielle symbolique et numérique et sur l'IA générative pour les modèles dynamiques. Pour les applications liées à la biologie, les doctorants développeront une nouvelle expertise sur les nouveaux paradigmes de modélisation des systèmes biologiques avec des programmes informatiques, ainsi que sur l'association de données quantitatives et complexes avec ces programmes. Cette expertise permettra aux doctorants de devenir de futurs leaders tant dans le monde universitaire que dans l'industrie pour développer des projets de pointe impliquant l'intelligence artificielle pour la découverte de nouvelles thérapies.

Il est dans l'intérêt de tous que les services de santé soient résilients, i.e. capables de résister aux perturbations, d'y réagir et de rebondir. Le concept de résilience a été exploré dans diverses disciplines : écologie, psychologie ; santé globale et politiques de santé ; ingénierie de la fiabilité et des risques ; science de la sécurité. Dans ce projet, nous nous intéressons à l'intersection entre « résilience des infrastructures » et « résilience des systèmes de santé ». Nous considérons les services de santé comme une infrastructure fondamentale des sociétés modernes, fournissant des soins préventifs, d'urgence et électifs en temps normal comme de crise. Différentes perturbations peuvent affecter ces systèmes. Des pandémies e.g. Covid-19 provoquent des pics soudains de demande. Les catastrophes naturelles réduisent les capacités si les services de santé sont touchés et peuvent générer une demande spécifique. Des dommages aux bâtiments ou des cyberattaques réduisent la capacité des hôpitaux. Les mouvements migratoires peuvent générer une demande accrue. Les événements climatiques, comme les vagues de chaleur, génèrent des pics de demande qui s'intensifieront et se multiplieront. La recherche en politiques de santé sur la résilience des services de santé reste essentiellement descriptive et qualitative, axée sur la réponse aux crises ou sur les caractéristiques générales susceptibles d’atténuer l'impact des perturbations (par exemple, les mécanismes de financement). En ingénierie de la fiabilité, les études se concentrent souvent sur des événements spécifiques qui affectent les hôpitaux, tels que les tremblements de terre ou les pandémies, ou sur des combinaisons spécifiques. Certaines catégories d'événements ont été laissées de côté ou traitées isolément, comme les cyberattaques. Des solutions multidisciplinaires sont nécessaires pour améliorer la préparation et la résilience des systèmes de santé. Nous avons besoin d'approches plus généralisables, adaptables à différents types de catastrophes, connectant divers acteurs (réseaux), tenant compte de la nature spatio-temporelle des différents aléas et qui permettraient, à terme, une évaluation complète des systèmes de santé face à de multiples perturbations potentielles. Nos travaux croisent la perspective de la « résilience des systèmes de santé » et celle de la « résilience des infrastructures » en ingénierie de la fiabilité, avec des contributions de l'épidémiologie, de la recherche sur les services de santé, de la recherche opérationnelle, du design et du génie industriel. Notre projet se concentrera sur les cancers solides chez l'adulte. Les résultats des soins contre le cancer sont un indicateur clé de la qualité globale des systèmes de santé dans les pays de l'UE et de l'OCDE confrontés à des défis emblématiques en termes d'interruptions de soins. Le cancer est une maladie répandue et sa prise en charge implique divers prestataires et de techniques : soins primaires, imagerie, biologie, chirurgie, chimiothérapie et radiothérapie. Une meilleure compréhension de la résilience des soins en oncologie sera utile pour d’autres maladies. Nous allons : 1) Proposer des méthodes pour évaluer la vulnérabilité et la résilience des soins contre le cancer à l'échelle régionale/nationale ; 2) Analyser la manière dont les services de santé ont réagi aux perturbations passées, notamment des événements autres que les pandémies et les catastrophes naturelles, e.g. cyberattaques, incendies et pénuries de médicaments. 3) Proposer des modèles pour simuler, comparer et optimiser les réponses aux perturbations à partir d'un ensemble diversifié de paramètres et de perspectives 4) Impliquer les acteurs concernés à l’aide de méthodes collaboratives (e.g., jeux sérieux). 5) Évaluer la place des technologies numériques dans ce contexte, à la fois comme facteur d'atténuation et comme facteur de risque. Dans tous ces axes, nous combinerons des méthodes qualitatives et quantitatives.

L'empreinte génomique est un phénomène épigénétique par lequel environ 130 gènes humains sont actifs en fonction de leur origine parentale. Les gènes soumis à empreinte sont importants pour le développement prénatal et postnatal. La perturbation de l’empreinte génomique provoque des troubles de l'empreinte (« TI »), qui ont des répercussions sur la santé tout au long de la vie et nécessitent une prise en charge thérapeutique intensive. L'origine parentale dans l'empreinte génomique est codée par la méthylation réversible de l'ADN, une marque largement utilisée dans d'autres contextes biologiques. Contrairement à ces autres contextes, la méthylation de l'ADN peut sans aucun doute être identifiée comme l'instruction déterminante de l'empreinte génomique. Au cours des 30 dernières années, l'empreinte génomique a donc été un modèle largement utilisé pour l'étude fondamentale de l'épigénétique. La plupart des gènes humains soumis à l’empreinte sont regroupés en 20 domaines chromosomiques. Pour chacun, la méthylation de l'ADN d’une Région de Contrôle de l'Empreinte (« ICR ») détermine l'activité génique en fonction de l'origine parentale. La méthylation de l'ICR régule les gènes soumis à empreinte grâce à différents mécanismes activateurs et répresseurs agissant sur différents types d'éléments régulateurs, notamment les promoteurs, les enhanceurs et les insulateurs. La régulation de ces éléments, en fonction de l'origine parentale, utilise soit la méthylation de l'ADN (régulation épigénétique), soit d'autres mécanismes (régulation génétique). Mais notre connaissance de la logique de cette régulation, où le statut de méthylation de l'ICR se traduit par une activité génique distale, en est encore à ses débuts. Les lacunes les plus urgentes concernent (i)l'identification encore incomplète de tous les éléments régulateurs au niveau des domaines soumis à empreinte, (ii)la différenciation entre régulation génétique et épigénétique au niveau de ces éléments et (iii)leur fonctionnement spécifique à chaque type cellulaire. Un certain nombre de défis techniques propres à l'empreinte génomique ont ralenti les progrès dans ce domaine par rapport à d'autres domaines d'étude épigénétique. Mais des avancées technologiques récentes, notamment celles des membres de notre consortium, surmontent ces limites. Notre projet ERC-SyG « Imprint-atlas » nous permettra ainsi de réaliser des avancées majeures en sciences fondamentales et médicales. L'objectif ambitieux de notre projet ERC-SyG est de créer un atlas complet, à haute résolution et multicellulaire, des éléments régulateurs au niveau des domaines d'empreinte des cellules humaines, puis de déterminer leur rôle dans la physiologie normale et les maladies infectieuses. Notre stratégie originale pour élucider la logique de régulation de l'empreinte génomique sera également applicable à la plupart des autres maladies génétiques et épigénétiques. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous avons formé un consortium international composé de trois chercheurs principaux (« PI ») reconnus dans le domaine de l'empreinte génomique, chacun abordant le sujet sous un angle différent. De plus, chaque PI a récemment développé un outil de pointe unique pour étudier l'empreinte génomique. L'ajout d'un quatrième PI, doté d'expertises et de compétences complémentaires, est envisagé. C'est grâce à ces intérêts et outils complémentaires qu'une synergie unique et opportune émerge, nous permettant ainsi de surmonter collectivement les défis conceptuels et techniques actuels. Les résultats du projet transformeront profondément notre compréhension de la logique de régulation des gènes dans les domaines soumis à l'empreinte et de son impact sur la physiologie normale et les TI.

A hallmark of human motor behavior is our ability to control movements during physical interaction with the environment. Yet our understanding of the neuromechanical processes that enable the control of physical interaction is still severely limited. Our limited understanding of how humans control physical interaction is a significant limitation for many applications, especially in the field of human-robot interaction, as modeling the human response to external inputs would allow researchers to optimize the action of wearable active systems in silico at least in part, for example by identifying rehabilitation strategies that intervene on specific neuromuscular pathways linked to a control policy of interest. Experimental evidence indicates that humans will control physical interaction using a combination of three strategies: 1) update of the force input, 2) upregulation of state feedback responses to rapidly respond to deviations between the predicted and received sensory input; 3) impedance control, based on coactivation of agonist and antagonist muscle pairs. Unfortunately, no single theory of motor control is currently able to simultaneously account for all of these control policies, or to link them to specific processes in the central nervous system. We have assembled a team of investigators with a unique combination of computational and experimental skills and capabilities that we propose to combine to develop a new theory of the neuromuscular control of interaction suitable for studying the optimal control of force, impedance, and feedback responses. Specifically, PI Berret, an expert in computational models of motor control, has developed an optimal control framework suitable for studying the force and impedance control; PI Cashaback, an expert in computational modeling of muscle mechanics, has developed a computationally tractable muscle model describing muscle force and impedance; PI Sergi, an expert in human-robot interaction and instrumentation, has developed a family of MRI-compatible wrist robots able to operate alongside functional magnetic resonance imaging (fMRI) for studying the neural control of motor tasks involving physical interaction. In this project, we propose to combine our efforts to develop a new computational theory to understand the optimal control of force, impedance, and feedback responses, for human movements in presence of physical interaction with the environment. We will validate and refine the computational theory via behavioral experiments conducted in the lab involving exposure to dynamic distortion conditions with optimal characteristics as identified by model-based optimization, and replicated during fMRI to identify the neural correlates of the input and states of the model.

Le projet FORECAST proposera des solutions durables novatrices pour revitaliser les systèmes agroforestiers dans la région méditerranéenne. Cette initiative repose sur l'utilisation de légumineuses orphelines hautement résilientes à l'environnement et adaptées localement, ainsi que sur une technologie de semences dédiée, intégrées dans les systèmes agroforestiers existants, afin de répondre à une diversité étendue de conditions socio-économiques et pédoclimatiques dans la région méditerranéenne. En plus d'incorporer des techniques de culture de précision aux pratiques traditionnelles, la stratégie FORECAST vise à surmonter les obstacles à l'adoption et à l'extension des nouvelles pratiques agroforestières. Pour ce faire, une approche multi-acteurs sera adoptée afin de répondre aux besoins réels des parties prenantes et des utilisateurs finaux, favorisant ainsi leur implication active dans la co-création d'opportunités et de solutions techniques pour relever les défis et répondre aux besoins identifiés. FORECAST est un projet pluridisciplinaire résultant de la synergie entre 11 partenaires (académiques, industriels, entités de recherche, associations à but non lucratif de R&D+I) issus de sept pays (Italie, France, Tunisie, Algérie, Portugal, Allemagne, Chypre). Le consortium FORECAST représente un réseau interdisciplinaire (agroforesterie, agronomie, agriculture de précision/science digitale, sciences du sol, biologie végétale, technologies des semences/alimentaire, sélection variétale/agroécologie, sciences climatiques/socio-économiques) qui vise à relier les connaissances des parties prenantes et à favoriser l'engagement public et social pour soutenir l'adoption de systèmes agroforestiers améliorés. Ces systèmes apportent une contribution bénéfique, notamment en termes de résilience climatique accrue et de valeur nutritionnelle, grâce à l'intégration des légumineuses orphelines. Le projet FORECAST abordera également les questions liées aux rôles de genre dans les chaînes de valeur de l'agroforesterie et des légumineuses orphelines, afin de garantir des opportunités d'autonomisation des femmes.

L’identification des métabolites est essentielle pour comprendre les mécanismes physiopathologiques, rechercher des biomarqueurs et développer de nouveaux traitements. En particulier, la caractérisation des métabolites du microbiote intestinal joue un rôle clé dans pour le développement de nouvelles stratégies alimentaires et thérapeutiques. La spectrométrie de masse haute résolution est la technologie de référence pour détecter les petites molécules dans un échantillon biologique, mais l’identification reste limitée par la diversité chimique et la taille des bases de données existantes. Face à ces limites, l’intelligence artificielle offre des solutions prometteuses pour améliorer l’identification moléculaire. L’apprentissage statistique a notamment permis des avancées dans la prédiction des structures chimiques à partir de spectre MS/MS mais la génération de novo reste un défi et les outils actuels, qu’ils soient commerciaux ou expérimentaux, ne rivalisent pas encore avec l’expertise humaine. Ces limites justifient la nécessité de développer de nouvelles approches intégrant connaissances chimiques et biologiques pour renforcer la fiabilité des prédictions. Ce projet réunit quatre équipes aux expertises complémentaires en IA, chimie, biologie et clinique pour repenser l’élucidation structurale in silico à partir des données de spectrométrie de masse. L’objectif est de développer des approches innovantes de prédiction structurée intégrant des contraintes chimiques et une information spectrale enrichie, afin d’améliorer la prédiction et la génération de structures moléculaires inconnues, tout en quantifiant l’incertitude, et en interprétant chimiquement les prédictions. Les bases de données et logiciels issus de ces travaux seront librement diffusés dans les communautés méthodologiques et expérimentales pour accélérer les avancées en chimie et biologie, et seront appliquées à l’étude du microbiote intestinal humain, pour la découverte de nouveaux probiotiques et de biomarqueurs pour le suivi des pathologies hépatiques sévères.

Le projet AI4TEM vise à révolutionner la microscopie électronique en transmission (MET) en intégrant l'intelligence artificielle (IA), l'automatisation et la science des données avancée en science des matériaux. Cette plateforme combinée software-hardware permettra une opération autonome et fluide des systèmes TEM, améliorant à la fois l'acquisition d'images et l'analyse grâce à des commandes Python simplifiées. Elle comprendra trois objectifs méthodologiques : l'automatisation guidée par l’IA pour l'acquisition d'images, l'analyse d'images automatisée en temps réel à haut débit et l'optimisation du partage d'informations. En exploitant l'IA pour l'expérimentation automatisée, le projet AI4TEM cherche à libérer tout le potentiel de la microscopie électronique, accélérant la découverte de matériaux et approfondissant notre compréhension de leurs propriétés. Ce projet est une collaboration étroite entre la recherche publique et un constructeur de microscopie électronique dont les résultats constitueront les bases d’une rupture scientifiques et technologique en microscopie électronique en transmission.

Le Projet Proteus vise à exploiter les dernières avancées en intelligence artificielle (IA) pour faire progresser la manipulation robotique assistée par IA d’objets délicats et déformables, avec une application phare dans la manipulation de fruits et légumes en logistique et automatisation agroalimentaire. Le projet intègre la simulation, des modèles hybrides d’IA, l’apprentissage multimodal de la robotique et la conception optimisée de préhenseurs, afin de développer un système robotique polyvalent capable de manipuler des objets fragiles et déformables avec précision, adaptabilité et efficacité. Pour atteindre ces objectifs, Proteus réunit trois partenaires de pointe aux expertises complémentaires en IA, simulation et manipulation robotique dextre, et s’articule autour de quatre axes principaux : (1) une simulation avancée assistée par IA, modélisant les propriétés physiques des fruits, légumes et interactions tactiles pour créer des environnements d’apprentissage réalistes pour la robotique ; (2) une conception optimisée de préhenseurs hybrides assistés par IA, permettant une saisie délicate et adaptative ; (3) un contrôle multimodal basé d’une part sur des instructions en langage naturel avec des motifs de design, et d’autre part la perception vision et tactile, exploitant des modèles de vision-langage de pointe pour permettre une interaction intuitive entre l’humain et le robot ; et (4) l’intégration et la démonstration en conditions réelles, validant les technologies développées à travers des jalons progressifs, depuis la manipulation robotique de base jusqu’à une gestion autonome des fruits et légumes. Les résultats attendus incluent une plateforme de simulation robotique générative dynamique, des modèles de fondation IA spécialisé pour le toucher, une méthodologie de synthèse par l’IA d’architectures de préhenseurs robotiques pluridigitaux dextres dont le design est orienté par la tâche, ainsi que des jeux de données de référence, contribuant aux avancées scientifiques et aux applications industrielles, e.g., logistique agroalimentaire, agriculture intelligente, automatisation de la manipulation d’objets fragiles.

Le projet TERALEDx a pour objectif de développer un nouveau laser femtoseconde terawatt adapté à l'accélération laser-plasma. Après des avancées de recherche très rapides dans les 20 dernières années, cette méthode de génération de particules énergétiques se rapproche maintenant des applications. L'une des plus prometteuses est le contrôle non destructif (CND) par rayons X qui permet de détecter et dimensionner les défauts d’objets et de suivre leur évolution. Les secteurs concernés par le CND sont : l'énergie (nucléaire, pétrolière, gazière, hydraulique, éolienne, etc.) ; les transports terrestres (notamment ferroviaires) ; la marine ; l’aéronautique ; l’aérospatiale ; la défense et la sécurité… Pour répondre aux besoins industriels du CND, il faut changer de paradigme au niveau des méthodes d'accélération laser-plasma qui sont traditionnellement associées à de grandes installations lasers de forte énergie (> 1 J) par impulsion, dont le nombre mondial plafonne à une centaine. C'est l'objectif de SourceLAB, la seule entreprise au monde développant des sources de particules par accélération laser-plasma à visée industrielle. La stratégie de SourceLAB est de mettre au point une ligne de faisceau de particules à partir d'un laser femtoseconde de conception beaucoup plus simple dont les paramètres sont typiquement 10 mJ, 10 fs, 100 Hz au niveau de la cellule de gaz servant à l'accélération laser-plasma. Aujourd'hui, la réalisation d'une telle source est très ouverte car aucune des technologies traditionnelles des lasers femtoseconde (Ti:saphir ou ytterbium) ne répond pleinement au cahier des charges. C'est dans ce contexte que le Laboratoire Charles Fabry (LCF) propose une architecture laser totalement originale, basée sur des cristaux d'alexandrite pompés par LED. Le LCF a une expérience de 10 ans sur le pompage par LED de lasers accordables dans l'infrarouge proche via des concentrateurs luminescents. Lors d'un projet de recherche ASTRID (nommé ALEDxandrite), le LCF a fait la preuve de concept de ce nouveau type de pompage. Il a fait mûrir la technologie des têtes de pompage (milieu laser + système de pompe) jusqu'à un niveau TRL3 en développant une série de prototypes. Le pompage par LED combine les avantages des autres types de pompage, sans les inconvénients : robuste, simple et de faible coût, comme les lampes flash ; efficace, stable et de longue durée de vie comme les diodes laser. Dans une chaîne laser femtoseconde, le pompage est déterminant pour la qualité du laser. Ainsi, le pompage par LED a tous les attributs requis pour faire une chaîne laser à vocation industrielle. SourceLAB et le LCF ont donc décidé d'associer leurs compétences, qui sont complémentaires, pour développer un laser femtoseconde pompé par LED adapté à l'accélération laser-plasma. L'architecture est conçue de façon modulaire en intégrant dès le départ les exigences de l'accélération laser-plasma à vocation industrielle (contraste temporel, stabilité et opérabilité de la source). Le système laser est constitué de plusieurs blocs : la source délivrant les impulsions étirées temporellement puis les blocs de compression à réseaux et de post-compression permettant de réduire la durée à 10 fs par automodulation de phase dans une cellule de gaz. La chaîne laser comprend un oscillateur femtoseconde, un étireur d'impulsion et deux amplificateurs pompés par LED utilisant l'alexandrite comme milieu amplificateur. Ce cristal est accordable dans l'infrarouge proche (700-800 nm) et il a des propriétés mécaniques, spectroscopiques et thermiques exceptionnelles pour un milieu laser. Utilisé depuis longtemps dans les lasers médicaux, l'alexandrite a un fort potentiel de développement industriel. Pour donner la preuve de la pertinence de l'architecture, le projet TERALEDx a pour objectif final d'installer la chaîne laser sur la ligne d'accélération laser-plasma de SourceLAB afin de faire une campagne de mesures donnant les performances du système complet.

Le projet AMHYRA vise à étendre les connaissances scientifiques et techniques concernant la manipulation d’écoulements hypersoniques par des forces d’origine électromagnétique, en particulier à travers la physique de la magnétohydrodynamique (MHD). Ces forces MHD peuvent être générées dans le volume du fluide si ce dernier est rendu suffisamment conducteur d’électricité et qu’un champ magnétique est appliqué. Il est ainsi possible d'agir mécaniquement et à “distance” sur l’écoulement sans aucune pièces mobiles: c’est le concept d’actionneurs MHD. Les très hautes vitesses (> Mach 10), notamment dans le contexte de la rentrée atmosphérique et des planeurs hypersoniques, est particulièrement propice à l’utilisation de la MHD car dans ces régimes les véhicules s’entourent naturellement d’un “cocon” de plasma qui permet alors, en présence de champ magnétique, la circulation de courants électriques, vecteurs de la force MHD. Les applications de cette technologie dans ces contextes portent sur 1) la réduction des flux de chaleur aux parois du véhicule 2) la réduction du phénomène de “blackout” radio 3) la conversion MHD d’énergie et enfin 4) le contrôle de trajectoire. Lors du projet AMHYRA, les savoir-faire, installations et outils de modélisation de l’ONERA et du CNRS, à travers l’institut ICARE, seront mis en commun dans l’objectif de maîtriser les différents aspects de la physique complexe de l’interaction MHD en régime hypersonique. Nous chercherons en particulier à produire une base de données expérimentale incluant une très grande diversité de conditions de vol, à l’image de ce qu’un véhicule rencontre au cours d’une rentrée atmosphérique. Ces données (distance et formes des chocs, efforts aérodynamiques…), produites sur des maquettes équipées de dispositifs de production de champ magnétique, seront obtenues sur trois installations différentes: MARHy, PHEDRA (CNRS/ICARE) et F4 (ONERA). Selon les installations, nous serons en mesure d’étudier différents aspects de la MHD hypersonique, par exemple l’interaction décharge-champ magnétique (MARHy), l’influence de la MHD sur l’ablation de matériaux (PHEDRA) ou encore la MHD avec effets de “gaz réel” (F4)... En accompagnement de ces expériences, il sera mené un travail important de modélisation numérique grâce aux outils développés à l’ONERA pour la MHD. Cette synergie entre approches expérimentale et numérique permettra de réaliser un travail de confrontation et validation, nécessaire pour la montée en maturité de concepts d’actionneurs MHD plus ambitieux pour la manoeuvrabilité des véhicules hypersoniques.

Le projet GOMMETTE vise à faire émerger une nouvelle plateforme de photonique intégrée compatible avec les longueurs d’onde télécom, qui permettra l’amélioration des processeurs quantiques à base de cristaux dopés aux ions erbium (Er). Ces systèmes sont actuellement à l’étude pour le développement de mémoires quantiques (MQ) et d’analyseurs spectraux de signaux radiofréquence large bande et temps réel (ASRF). Cependant, malgré de remarquables démonstrations de principe, plusieurs limitations retardent l’émergence d’une technologie mature fonctionnant à la longueur d’onde télécom. Les principaux freins sont les mêmes pour les MQ et l’ASRF, à savoir une trop faible interaction lumière matière, qui impose de travailler avec des concentrations importantes d’ion Er (>10ppm), favorisant ainsi les processus de décohérence via les interactions Er-Er. Afin de limiter cette décohérence il semble donc indispensable de travailler avec le plus faible dopage possible en ion Er. D’autre part, les ions Er sont difficiles à adresser optiquement, ce qui implique d’envoyer des impulsions de contrôle relativement longues, qui limitent à la fois la résolution spectrale des ASRF mais également l’efficacité de stockage dans le cadre des MQ. Notons également que ce faible couplage lumière-matière entraîne d’autres limitations en termes de multiplexage fréquentiel dans ces deux applications. GOMMETTE propose de solutionner ces limitations en développant des guides d’ondes monocristallins (GOM) alliant un confinement de la lumière, permettant une augmentation de l’interaction lumière-matière, à une préservation de l’exceptionnelle finesse des largeurs de raies homogènes des ions Er. Actuellement, aucun GOM préservant les propriétés des ions Er observée dans les cristaux massifs n’a encore été démontré. Le matériau utilisé sera le monocristal Er:Y2SiO5 (Er:YSO) qui est actuellement le matériau de référence des applications citées ci-dessus. Afin de garantir la conservation des propriétés de Er:YSO nous développerons un procédé de structuration original faiblement invasif et versatile. Ce procédé est basé sur les techniques d’amincissement, d’adhésion moléculaire et de gravure sèche largement utilisées dans l’industrie électronique. Il permettra l’obtention d’une hétérostructure hybride basée sur l’assemblage d’Er:YSO avec un substrat d’indice de réfraction plus faible (verre). Cet empilement composite sera ensuite structuré en guide d’ondes à l’aide des méthodes peu invasives de lithographie et de gravure sèche (ICP-RIE) qui offrent une grande flexibilité en terme de taille et de motif de gravure. Cette maitrise d’une méthode de structuration versatile du monocristal le plus étudié pour la réalisation de MQ constituera un atout stratégique en vue d’une mise à l’échelle industrielle. L’objectif de ce projet est donc d’exploiter le potentiel d’intégration et de fonctionnalité des GOMs pour augmenter significativement l’interaction entre la lumière et la matière tout en diminuant les processus de décohérence induits par les interactions entre ions Er. Le composant final, plateforme de photonique intégrée hautement évolutive opérant à la longueur d’onde des télécommunications et compatible avec l’utilisation de fibres optiques, permettra le développement de nouveaux processeurs quantiques aux fonctionnalités étendues. Ainsi, un analyseur de spectre à large bande aux performances inégalées fonctionnant aux longueurs d’onde télécom sera démontré. Une démonstration préliminaire de stockage optique multiplexé en fréquence sera également réalisée afin de confirmer l’intérêt de cette plateforme pour les MQ. Ce projet pluridisciplinaire à l’interface entre chimie des matériaux, photonique et physique quantique impliquera trois partenaires académiques et un industriel. Le consortium présente un large éventail d’expertises incluant croissance cristalline, structuration et physique atomique, allant jusqu’au développement et à la validation du dispositif final.

Il s’agit de faire la preuve de concept, d’une topologie de filtre hyperfréquence, pour des applications spatiales en bande X et au-delà, permettant de palier les défauts de précision des techniques fabrication additive. Pour réaliser cette démonstration, une topologie particulière de filtre, à base de résonateurs coaxiaux à saut d’impédance, surdimensionnés et désynchronisés entre eux, sera proposée. La solution s’appuiera sur des degrés de liberté intrinsèques à la topologie, permettant, d’atteindre des dimensions suffisantes, pour encaisser les fortes tolérances dimensionnelles en fabrication additive et obtenir des filtres offrant le meilleur compromis performances électriques/dimensions/tenue en puissance. S’agissant d’applications spatiales, la tenue en puissance est synonyme ici de la meilleure immunité possible au phénomène multipactor, se mesurant en puissance RF maximale admissible. La validation se fera sur des exemples de topologies de filtres, devant répondre à des spécifications proposées par un constructeur de satellite, donc réalistes sur le plan applicatif. La réalisation se fera par un procédé de fabrication métal par fusion laser, largement utilisé dans l’aérospatial, et considéré comme mature d’un point de vue industriel. Pour répondre à l’objectif de surdimensionnement, la conception se fera sur des structures de résonateurs et de filtres exploitant l’harmonique supérieure. L’idée du surdimensionnement, n’est pas nouvelle. Elle a notamment été appliquée sur des guides rectangulaires et circulaires, mais aussi sur des filtres, qu’ils s’agissent de technologies planaires, SIW ou volumiques. Appliquer cette technique à des structures coaxiales à saut d’impédance, supportant des modes TEM, serait une première. La diversité des degrés de liberté propres à ces topologies, associés au fait que sont combinées des structures coaxiales et des sauts d’impédance, conduit à une rupture conceptuelle, dans le sens ou le dimensionnement est libre selon XY et Z et de façon indépendante, permettant d’autre part de supprimer le fondamental, pour ne préserver que la fréquence harmonique d’intérêt. Le Lab-STICC, principalement chargé de la conception des filtres, sera le porteur du projet FTX. Il coopérera avec des spécialistes du domaine spatial, l’ONERA et Thales Alénia Space, et une société française FREYSSINET AERO GROUP spécialisée dans l’impression 3D métal, qui offriront leur concours dans leur domaine d’activité respectif. La société FREYSSINET AERO GROUP basée à Toulouse, assurera la fabrication des maquettes de filtres, par un procédé de fusion laser métal, tout en accompagnant le Lab-STICC, par des phases d’échange, de conseil, de simulation fusion laser et de préparation des objets à réaliser. Thales Alenia Space, basée à Toulouse, sera chargé du revêtement argent des filtres et des tests thermomécaniques, selon des procédures et des normes conformes à l’ECSS (European Cooperation for Space Standardization), définies par l’ESA. Selon la disponibilité des équipements aux fréquences et aux puissances considérées, Thales Alenia Space et/ou ESA-Val Space Consortium basée à Valence (Espagne), auront en charge les tests multipactor des filtres, selon une procédure ESA. L’ONERA aura en charge la caractérisation de l’émission électronique (TEEY) et l’analyse de la surface (XPS) du matériau final, obtenu après fusion laser et un éventuel traitement de surface, avec et sans le revêtement argent. Le Lab-STICC assurera la mesure de la conductivité électrique aux fréquences d’intérêt. Compte tenu de l’impact sur le facteur de qualité et sur la tenue en puissance multipactor, la rugosité des surfaces est un élément à traiter avec la plus grande attention. A ce niveau, l’ONERA et FREYSSINET AERO GROUP , collaborerons étroitement en vue de proposer les profils de surface les mieux adaptés à la problématique.

Les signaux d’opportunité pour la navigation sont les signaux issus des émetteurs TV, FM, Wifi, réseaux de télécommunication, etc... Même s’ils n’ont pas été conçus pour la localisation des récepteurs (comme le sont les signaux GNSS), les signaux d’opportunités contiennent une information utile à la navigation. Nous nous y intéressons comme une alternative ou un complément aux signaux GNSS pour la navigation des drones. La principale difficulté est de savoir extraire, des signaux reçus, l’information qui est utile à la navigation. L’utilisation de cette information pour la navigation se fera ensuite par des techniques classiques de traitement du signal, comme le filtrage de Kalman par exemple. La problématique de cette proposition adresse la réception des signaux d’opportunité, l’analyse de ces signaux pour en extraire les informations pertinentes à la navigation, et enfin le traitement de ces informations pour estimer la position. Elle recouvre les aspects matériel et logiciel temps réel sur calculateur embarqué. Des campagnes de tests statiques, mobiles terrestres et aériennes (au moyen de drones lourds) seront réalisées.

Que ce soit dans le domaine civil ou militaire, le traumatisme sévère est un problème de santé publique majeur qui touche une population jeune, et dont la morbi-mortalité augmente à l’échelle mondiale. Avec le retour de la guerre de haute intensité en Europe et son grand nombre de victimes, la prise en charge des traumatisés sévères devient un enjeu stratégique. Le choc hémorragique demeure la première cause de décès des patients traumatisés sévères en particulier du fait du développement de défaillances d’organes. Celles-ci sont à l’origine d’un nombre croissant de décès dans les premières heures. Ces défaillances s’installent très précocement, pendant ou après l’épisode hémorragique initial. Elles deviennent une problématique critique en cas de choc prolongé ou de prise en charge initiale (pré-chirurgicale) longue comme c’est le cas en conflit de haute intensité. La physiopathologie des défaillances d’organes est mal connue actuellement. La caractérisation de cette physiopathologie du choc hémorragique et des défaillances secondaires selon des méthodes nouvelles et sans a priori possède un potentiel disruptif pour proposer de nouvelles thérapeutiques dans le but d’améliorer la survie et de diminuer la morbidité. Ces dernières années ont été marquées par le développement de systèmes de séquençage de cellules uniques permettant de caractériser quantitativement et qualitativement la composition cellulaire et moléculaire des tissus. Elles sont à l’origine d’une révolution de la compréhension de nombreuses maladies. Nous avons choisi d’étudier deux défaillances d’organes particulière en focalisant nos efforts sur la caractérisation exhaustive de l’atteinte rénale et pulmonaire. Le rein est un organe sentinelle en traumatologie, les défaillances rénales et pulmonaires sont les plus problématiques en termes de morbidité et d’association à la mortalité et enfin il existe une association entre leurs défaillances respectives. L’objectif principal de ce projet est de caractériser sous la forme d’un atlas cellulaire et moléculaire les signatures de transcriptomique spatiale des défaillances rénales et pulmonaires au cours du choc hémorragique traumatique à l’échelle cellulaire et sub-cellulaire. Nous avons opté pour un modèle porcin réanimé de manière prolongée. Les objectifs secondaires sont l’identification des voies biologiques et moléculaires impliquées dans la physiopathologie, l’identification de biomarqueurs et de cible thérapeutiques nouvelles ainsi que l’identification de l’interaction entre le rein et le poumon à la phase aiguë du choc hémorragique.

Le projet FOAMWAKE est porté par un consortium composé d'un partenaire académique (Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique UMR 5509), de deux partenaires institutionnels (IFREMER et ONERA) et d'une grande entreprise (Sirehna, filiale de Naval Group). L'objectif de ce projet est de caractériser les sillages de bulles générés à l'arrière d'un cylindre perçant la surface libre. Plus précisément, les travaux de ce projet concourent à la caractérisation des phénomènes physiques d'origine fluide qui pilotent la génération, la propagation et la persistance de ce sillage diphasique ; ces phénomènes étant aujourd'hui peu abordés, mal compris et encore moins modélisés. Un second axe de travail vise à caractériser la perception de ce sillage par des capteurs optiques. En effet, les bulles générées par le sillage ont des propriétés optiques très différentes du fond de mer, qui peuvent conduire à la détection et à la reconnaissance de l’engin semi-immergé ayant généré le sillage. La finalité militaire de ce projet est la connaissance et la maîtrise de l'indiscrétion optique générée par le sillage d'écume derrière un corps perçant la surface libre (par exemple un mât de sous-marin évoluant à l'immersion périscopique) et de façon réciproque, l'amélioration des capacités de détection de ces phénomènes par des capteurs optiques. Les applications civiles comprennent entre autres la sécurité maritime ou le phénomène d’entraînement d’air en aval des ouvrages hydrauliques, dont la modélisation est nécessaire mais souvent très empirique. L'objectif du projet est de comprendre les phénomènes physiques qui agissent sur les conditions d'apparition des bulles, leurs distributions de tailles, leur propagation dans le sillage du corps ainsi que leur persistance, sous forme d'écume. Pour atteindre cet objectif, les tâches suivantes seront réalisées : 1) La réalisation d'essais en aval d’un cylindre fixe perçant un écoulement entraîné jusqu’à 5 m/s. Ce moyen expérimental existant au LMFA est de taille réduite (longueur 2,3 m), mais disponible extensivement. Le moyen d'essai permettra d'appréhender la génération des bulles et leur propagation dans le sillage proche du corps à l’aide en particulier de mesures par sonde optique à détection de phase donnant accès aux distributions de tailles et de vitesse de bulles. L'aspect persistance du sillage ne pourra pas être étudié via ce moyen d'essai. 2) La réalisation d'essais en eau de mer dans un bassin de traction de plus grande échelle (IFREMER). Ces essais seront complémentaires des précédents. Outre la fourniture d'informations à une échelle plus proche de l'application, ils permettront d'étudier la persistance du sillage d'écume en aval du mât. Ce moyen d'essai permettra également d'accéder à la déformée de surface libre représentative de celle générée par un mât en milieu infini. Ces essais permettront de valider les modèles numériques utilisés ou développés dans la tâche 3, ou des modèles développés ultérieurement. Cette tâche intégrera également des acquisitions par des capteurs optiques par l'ONERA. 3) La réalisation de simulations numériques par Naval Group reproduisant les essais réalisés dans les deux tâches précédentes, avec deux modélisations de la turbulence (RANS et LES). Ces simulations n'auront pas vocation à suivre les bulles mais à caractériser la topologie globale de l'écoulement et les structures turbulentes et ainsi faire le lien entre la propagation des bulles observées dans les expériences et la turbulence. Ces simulations seront complétées par des simulations numériques directes avec Basilisk (LMFA), pour focaliser à plus petite échelle sur les mécanismes d’entraînement d’air. Les essais et simulations auront pour but d’élaborer un modèle d’entraînement d’air pour cette configuration, afin en particulier de clarifier comment sont générées les inclusions les plus petites, responsables de la persistance du sillage.

La forêt amazonienne est l'un des plus grands puits de carbone de la planète, séquestrant chaque année entre 0,42 et 0,65 PgC, mais son statut est remis en question par les perturbations rapides causées par le changement climatique. Dans cette région, la productivité de la forêt amazonienne peut être limitée par la faible disponibilité des nutriments fournis par les sols très altérés sur lesquels pousse la végétation. Le rôle des apports atmosphériques externes dans la pérennité de cette forêt tropicale amazonienne depuis des millions d’années est aujourd’hui encore débattue. En effet, ces aérosols se caractérisent notamment par leur richesse en certains éléments essentiels comme K, P ou les métaux. A l'échelle des temps géologiques, l’influence des retombées atmosphériques sur le fonctionnement de la zone critique est questionnée car ces apports sont souvent ignorés dans l'équilibre chimique des flux d'érosion et d’altération à l’échelle du bassin versant. Le projet ATMO-GEO s’est constitué autour d’une équipe scientifique composée de géochimistes de la zone critique et de chercheurs en chimie et physique de l'atmosphère afin de pouvoir quantifier l'impact des apports atmosphériques sur le fonctionnement géochimique du bassin amazonien. En Amérique du Sud, la période la plus intense d'apports atmosphériques se situe pendant l'hiver boréal, sous l'effet des vents d'est lorsque la zone de convergence intertropicale est à sa position méridionale, transférant des quantités massives de poussière de la région saharo-sahélienne, ainsi que des suies issue de la combustion de biomasse en provenance du nord de l'Afrique tropicale. Cependant, pendant le reste de l’année, les apports sont moindres, mais le flux atmosphérique n’est pas négligeable, notamment concernant les apports par les suies d’éléments facilement solubles et donc biodisponibles. Dans le cadre d'ATMO-GEO, les aérosols et les dépôts seront ciblés à la suite d'un échantillonnage ambitieux et unique. Les aérosols, les dépôts totaux et les fractions solubles-insolubles de la pluie à l'échelle événementielle seront collectés simultanément sur deux sites distincts, l'un côtier en Guyane française et l'autre continental, à 1000 km au sud-est, près de Manaus au Brésil. Intégrées sur plusieurs saisons, plusieurs années, et à différentes fréquences (de l’événement de pluie à l’année), ces données nous permettront de connaître, sur le long terme, la variabilité temporelle de la composition des aérosols et des dépôts, ainsi que les changements potentiels les affectant lors de leur transit depuis des régions côtières vers les régions continentales du bassin amazonien. Puisque la composition des aérosols peut varier en fonction de la saison, de la source d'émission de poussières en Afrique du Nord ou de leur pénétration dans les zones continentales, des études géochimiques, isotopiques et minéralogiques poussées seront appliquées pour caractériser les différents types d'aérosols, déterminer les principales sources de poussières nord-africaines et cibler leur cinétique de solubilité. En outre, les dépôts totaux et élément-spécifiques seront quantifiés dans les deux observatoires, ainsi que les fractions solubles et insolubles de ces éléments dans les précipitations, afin d'estimer les flux de dépôts annuels. L'extrapolation des taux de dépôt depuis deux sites uniques à l’échelle du bassin amazonien sera réalisée à l'aide d'une version actualisée du modèle de transport chimique GEOS-Chem, qui prendra en compte la composition chimique du dépôt en tant qu'entrée de modèle. L'importance des apports atmosphériques dans l'équilibre géochimique amazonien sera estimée en les comparant aux taux de dénudation (érosion + altération) documentés dans l'ensemble du bassin amazonien. Ce projet s’inscrit également à l’échelle locale avec un désir fort des pouvoirs publics de mieux appréhender la dynamique de ces apports atmosphériques afin d’adapter leurs politiques locales, notamment sanitaire

La vitesse du changement climatique anthropique ne montre aucun signe de fléchissement. Le dernier rapport de l'IPCC montre en effet que tous les compartiments du système Terre sont impactés par les conséquences de ce changement. Dans l'océan, une consequence majeure est la diminution de la quantité d'oxygène, mesurée depuis des décennies et qui suscite des inquiétudes quant à l'évolution des ressources marines, mais les projections numériques de la désoxygénation future sont très incertaines. L'étude d'évènements passés de réchauffement abrupt et de désoxygénation offre cependant un outil puissant pour apporter des contraintes sur l'existence de seuils dans le système Terre et pour évaluer la capacité des modèles à reproduire de tels bouleversements. Ce projet se concentre sur le Maximum Thermique du Paleocene-Eocene (PETM, 56 Ma), un épisode of de réchauffement brutal possédant de grandes similarités avec le changement actuel, à l'exception de la vitesse de changement. En effet, 1) c'est une perturbation générée exclusivement par l'ajout de carbone dans l'océan et l'atmosphère, 2) c'est un épisode géologiquement instantané, car l'ajout de carbone dure moins de 20000 ans (meilleure estimation autour de 6000 ans), 3) la quantité de carbone injectée est du même ordre de grandeur que les projections du RCP8.5 à l'horizon 2300, 4) les proxies redox montrent une désoxygénation globale. Pour ces raisons, de nombreuses archives climatiques du PETM ont été générées et cet évènement est peut-être le mieux documenté de la période pré-Quaternaire. Ce projet propose, pour la première fois, d'utiliser un modèle de système Terre de complexité et résolution analogue aux modèles des récents exercices CMIP pour étudier la réponse transitoire de la dynamique climatique et de l'oxygène au cours du PETM. Des contraintes sur la capacité des modèles à simuler des réchauffements rapides sont attendues et informeront la nouvelle génération de modèles utilisés pour projeter notre avenir.

La super-éruption du Young Toba Tuff (YTT) s'est produite il y a 74 ans à Sumatra et est considérée comme un événement volcanique unique, bref et cataclysmique. Cependant, son impact climatique et environnemental fait l'objet d'un débat animé. Les questions cruciales restent la quantité et la dynamique de ses émissions de soufre, qui sont essentielles pour déterminer les conséquences climatiques d'une éruption. Nos résultats récemment publiés démontrent l'existence d'une activité éruptive multiple du Toba au moment où la Terre entrait dans la dernière période glaciaire. Par rapport à un événement cataclysmique unique, l'activité éruptive multiple pourrait avoir un impact climatique significatif en accumulant le refroidissement radiatif océanique dû aux émissions répétées de soufre et en perturbant la dynamique atmosphère-océan. L'ajout de soufre volcanique pourrait également entraîner une acidification des océans. Pour répondre à ces questions importantes, notre projet vise à i) mieux dater et contraindre le tempo de l'activité éruptive du super-volcan Young Toba, ii) estimer la quantité et la dynamique de ses émissions de soufre, et iii) révéler leur impact sur la température de surface et la dynamique océan-atmosphère de l'océan Indien tropical, y compris l'acidification des océans. Pour atteindre nos objectifs, nous avons réuni une équipe sans précédent, dotée d'un large éventail de compétences en sciences de l'environnement et de la terre, d'un accès à des archives clés (carottes de glace et carottes marines), d'instruments analytiques performants et d'une expertise dans les techniques géochimiques sur petits échantillons (téphra, glace polaire, assemblages de foraminifères monospécifiques), autant d'éléments essentiels à la réussite de ce projet. Ce nouvel ensemble de données sans précédent permettra de mieux comprendre le forçage climatique des super-volcans dans le passé et dans le futur.

Le rôle des écosystèmes forestiers dans la crise écologique planétaire en cours est essentiel et pourtant nous sommes loin d’avoir compris l’ensemble des facteurs qui agissent sur la nutrition des forêts et qui conditionnent leur aptitude à agir sur le climat et à y réagir. Les services écosystémiques que rendent les forêts sont limités par les stress hydriques et en nutriments qui les menacent. Si le cycle de l’eau, du carbone, de l’azote et du phosphore ont fait et font l’objet de nombreuses études, l’attention n’a pas été assez portée aux nutriments essentiels minéraux dont l’origine ultime ne peut être que l’altération des roches. Ce projet vise à améliorer notre connaissance des processus de nutrition minérale par les arbres en et particulier de démêler la part des nutriments minéraux qui vient du recyclage biologique par la plante elle-même de celle qui vient des apports externes comme l’altération des minéraux ou les retombées atmosphériques. Cette distinction entre apports externes et recyclage est une des clés pour l’amélioration de modèles numériques écophysiologiques actuels. Pour se faire, nous proposons d’utiliser les isotopes du bore qui ont récemment prouvé leur potentiel pour distinguer les sources et les processus affectant les nutriments minéraux. Nous basons le projet sur une approche en échelles allant de l’expérimentation en conditions contrôlées dans des ECOTRONS à celle du bassin versant. Le projet repose sur l’utilisation d’infrastructures communautaires nationaux qui mettent à disposition des sites expérimentaux permettant d’explorer des gradients environnementaux et d’une exceptionnelle parcelle expérimentale au Brésil où sont pratiqués des amendements en bore. L’originalité de ce projet tient dans son consortium scientifique car les communautés qui construisent des modèles écophysciologiques et les communautés qui étudient et modélisent l’altération chimique ne se rencontrent pas assez.

Les projections de précipitations dans les tropiques sont entachées d'une grande incertitude. Les changements de précipitations passées permettent de comprendre comment les précipitations répondent aux changements climatiques. Cependant, les reconstructions des précipitations divergent dans certaines régions selon qu'elles sont basées sur la composition isotopique de l'eau ou sur d'autres proxies. L'objectif de ce projet est de résoudre cette énigme de longue date. Notre hypothèse est que les proxies isotopiques sont plus sensibles au type d’orages formant la pluie qu'au taux de précipitation. Pour vérifier cette hypothèse, nous étudierons l'impact du type d’orage sur la composition isotopique de l'eau, en nous basant sur des simulations résolvant explicitement les orages, évaluées par rapport à des observations in situ et par satellite. Nous implémenterons une représentation de cet impact dans le modèle de circulation générale LMDZ afin d'étudier le rôle du type d’orage sur les variations isotopiques à l'échelle climatique. Nous combinerons les simulations paléoclimatiques avec ce modèle et des enregistrements isotopiques et non isotopiques existants pour quantifier le rôle du type d’orage sur les variations isotopiques à l'échelle paléoclimatique. Nous espérons que ce projet débouchera sur un nouveau paradigme d’interprétation des proxies isotopiques. Il permettra également de jeter des ponts entre les communautés des orages et des paléoclimats.

Les composés organiques volatils (COV) et les oxydants atmosphériques jouent un rôle essentiel dans la chimie troposphérique en formant notamment des particules organiques. Les particules ultrafines fines sont omniprésentes et ont un impact majeur sur le changement climatique et la qualité de l'air. Les composés organiques formés lors de l’oxydation des COV représentent la plus grande fraction massique des particules fines. Les processus de formation ainsi que les précurseurs restent cependant incertains, en particulier dans les endroits éloignés comme l’Arctique. Ceci est notamment dû à la méconnaissance des sources de précurseurs de particules atmosphériques. IMPACT vise à révéler que le dégel du pergélisol peut libérer des espèces gazeuses réactives impactant la formation de particules dans l'Arctique. IMPACT se focalise sur les émissions d'espèces gazeuses liées au dégel du pergélisol, où ce réservoir de matière organique majeur pourrait modifier drastiquement la composition atmosphérique. En se basant sur les dernières techniques de spectrométrie de masse de pointe, IMPACT permettra de comprendre les processus chimiques qui se produisent dans l'Arctique à l'heure actuelle mais également leur évolution dans un climat se réchauffant. Pour ce faire, des expériences sur le terrain, en laboratoire et de modélisation seront réalisées afin d'établir le rôle central du pergélisol dans les émissions de COV et son impact sur la formation de nouvelles particules dans l'Arctique. En résumé, en étudiant une source ignorée de COV dans l’Arctique, IMPACT fournira des informations essentielles pour établir des prévisions plus précises de la rétroaction du carbone du pergélisol sur le climat.

Ce projet vise à évaluer la contribution des virus comme vecteurs de transfert horizontal de matériel génétique entre insectes (TH). Ce type de transfert est défini comme le passage d’ADN entre organismes par des moyens autres que la reproduction. Nous nous focaliserons sur les TH d’éléments transposables (THE), le type de transfert le plus fréquent chez les eucaryotes, et concentrerons nos efforts sur les insectes, un groupe d'animaux chez lequel les THE sont très répandus. Le premier work package (WP) consistera à mesurer expérimentalement la fréquence des THE hôte-vers-virus, virus-vers-virus et virus-vers-hôte chez des papillons et des espèces de drosophiles infectées par un ou deux ou trois virus (un baculovirus, un iridovirus et un virus domestiqué de guêpe parasitoïde). Dans le deuxième WP, nous effectuerons des criblages bioinformatiques à grande échelle de THE entre insectes et testerons si le nombre de THE entre espèces s'explique par la présence de virus. Cela sera fait sur tous les génomes d'insectes disponibles dans NCBI, dans lesquels les virus endogènes seront utilisés comme proxy pour caractériser la flore virale des insectes, et sur un sous-ensemble d'échantillons de terrain disponibles dans la base de données SymbioCode hébergée par le partenaire 2, dans laquelle la flore virale sera caractérisée à l'aide de PoolSeq de plusieurs individus pour chaque espèce d'insecte. Dans le troisième WP, nous mettrons en œuvre une approche de modélisation visant à dériver un modèle formel intégrant les TH et leurs vecteurs putatifs comme variables explicatives de la distribution des familles d'éléments transposables. Nous développerons différents modèles de niveaux de complexité croissants, dont l'un prendra explicitement en compte un rôle possible des virus en tant que vecteurs de THE. Dans son ensemble, cette combinaison d’approches multi-échelles apportera un nouvel éclairage sur les aspects mécanistiques des THE, et elle nous permettra d’évaluer si les virus ont contribué à façonner la distribution des THE chez les insectes.

Le dépérissement des forêts européennes dû au changement climatique est déjà observé dans de nombreux massifs. Le hêtre est particulièrement sensible à la chaleur et à la sécheresse et la résilience de cette espèce majeure dans les prochaines décennies conditionne le sort de nombreux écosystèmes forestiers du continent. Les traits phénologiques, tels que la date de débourrement des bourgeons et la sénescence des feuilles, et les traits associés à la résistance au stress hydrique sont considérés comme des éléments clés de l'adaptation des arbres au réchauffement. FAGRESCUE est un projet transdisciplinaire visant à quantifier et caractériser la diversité phénologique et génétique sous-jacente dans les vieilles hêtraies afin de constituer des pools génétiques qui pourraient être exploités pour de futurs programmes d’enrichissement des hêtraies. Pour atteindre cet objectif, nous allons 1) développer une méthode basée sur l'utilisation de drones et des programmes d'apprentissage automatique pour les analyses d'images afin de produire un phénotypage rapide et fiable des hêtraies ; 2) phénotyper deux vieilles forêts pour les traits phénologiques et traits de résistance au stress hydrique et identifier les facteurs génétiques impliqués dans ces traits par GWAS et 3) Utiliser des modèles de fonctionnement du hêtre et de génétique des populations pour prédire le devenir des phénotypes et des génotypes ainsi identifiés pour les 50 à 100 prochaines années selon deux scénarios d’évolution du climat. FAGRESCUE rassemble sept équipes expertes en technologie d'imagerie, en apprentissage automatique, en génomique et en modélisation écologique. Cinq sont des laboratoires publics du CNRS, de l'INRAe, de l'ONERA, de l'Université de Perpignan, de l'ENSAT et de l'INP Purpan. Le partenaire privé BIONOMEEX est une société spécialisée dans la programmation basée sur le Machine-Learning. Bionomeex sera en charge du développement d'un nouveau logiciel de phénotypage aérien.

La vie solitaire, considérée longtemps comme le mode de vie originel des mammifères, serait en fait dérivée du modèle de vie sociale. De nombreux facteurs socio-écologiques en influençant les coûts et bénéfices, la vie en solitaire devrait réduire la consommation quotidienne d'énergie en diminuant la compétition. Notre modèle, le rat des buissons du Karoo, construit de vastes huttes de branchages, créant ainsi un microclimat qui devrait atténuer les coûts de la vie solitaire, dont l'absence des bénéfices thermorégulatoires liés au fait de se blottir. Nous mesurerons les températures et l'humidité à l'intérieur et à l'extérieur des huttes, puis nous mesurerons le taux métabolique des rats à ces températures. Nous serons les premiers à utiliser des enregistreurs de données mini-GPS sur un petit rongeur et à combiner ces données avec la technique de l'eau doublement marquée pour mesurer la dépense énergétique quotidienne totale en fonction des distances quotidiennes parcourues et de la taille du domaine vital. Les données obtenues chez les individus solitaires seront comparées à celles des 5 % d’individus de la population qui vivent en groupe. Nous prédisons : des taux métaboliques significativement plus bas aux températures mesurées à l'intérieur des huttes occupées ; des huttes héritées au travers des matrilignées, de sorte que l'investissement dans leur construction et leur entretien entraîne des avantages directs et indirects en termes de fitness pour les individus. Bien que centrée sur une seule espèce, notre étude servira de modèle pour les recherches sur d'autres mammifères solitaires, pour lesquels les données sont actuellement insuffisantes pour réaliser de études comparatives correctes. Comprendre comment la vie en solitaire permet d'économiser de l'énergie et d'améliorer la fitness des individus transformera notre compréhension de l'évolution sociale des mammifères, une étape essentielle pour conserver la biodiversité des mammifères.

Le plancton joue un rôle central dans la biogéochimie océanique, influençant les flux de carbone et les niveaux de CO2 atmosphérique. Mais les modèles biogéochimiques actuels négligent les mécanismes moléculaires d'adaptation des espèces, limitant notre compréhension de leurs réponses au changement climatique. Ce projet, Seascales, explore au niveau génétique l'adaptation à la température de protistes cosmopolites du plancton par des variants protéiques. Seascales combine une analyse métagénomique à grande échelle avec des tests biochimiques à haut débit, des mesures et modélisations métaboliques, ainsi que des expériences sur un organisme modèle, Bathycoccus. Après détection et comparaisons de séquences de variants protéiques issus de populations de lignées eucaryotes cosmopolites, nous cherchons à identifier des signatures putatives d'adaptation à la température. Nous construirons in vitro une collection de 400 variants psychrophiles et mésophiles d’enzymes recombinantes. La moitié de ces variants protéiques sont issus de cultures de souches psychrophiles et mésophyles de B. prasinos, l’autre moitié de génomes environnementaux (400 au total) que nous allons comparer en biochimie en mesurant les caractéristiques enzymatiques et la température de dénaturation. Nous exploitons des données métabolomiques de Bathycoccus, à la fois par construction in silico de modèles, et in vitro à partir des cultures. En parallèle, nous utiliserons notre savoir-faire en génie génétique sur Bathycoccus (échanges de gènes) pour explorer les effets physiologiques et métabolomiques des variants enzymatiques. Nous visons des enzymes clés des cycles biogéochimiques pour lesquelles nous pouvons obtenir des protéines purifiées et effectuer des tests biochimiques. Nous disposons des données préalables, méthodes et de l'expertise nécessaires, ainsi que de résultats préliminaires de toutes les principales méthodes. Notre projet comblera le fossé entre la génomique et les observations passées de la plasticité fonctionnelle des communautés, élargissant ainsi notre compréhension de l'influence de la température sur le plancton. Les résultats seront cruciaux pour comprendre la vulnérabilité du plancton au changement climatique et offriront des informations sur les facteurs génétiques affectant la stabilité et l'efficacité des enzymes.

Dans un contexte de pressions croissantes sur les ressources et les milieux aquatiques, le projet BlueState étudie la manière dont les États gouvernent l'accès à l'eau et son utilisation. Si les États contemporains ont des difficultés à agir efficacement sur les questions écologiques, aucune autre institution n'a le même niveau de légitimité pour réglementer les pratiques économiques et sociales, la même capacité de coordonner le changement social dans de multiples secteurs, et les mêmes moyens coercitifs pour faire appliquer les réglementations. Reconnaissant cette capacité unique des États à agir en faveur d’une plus grande durabilité, le projet vise à mettre en évidence les conditions qui permettent la mise en œuvre de politiques publiques préservant mieux les ressources et les écosystèmes aquatiques, tout en garantissant l'équité entre les acteurs et les groupes sociaux. Il explore les questions suivantes : (1) Comment définir et mesurer les politiques "bleues" qui contribuent à préserver les ressources en eau et les écosystèmes de manière équitable ? (2) Quelles sont les politiques "bleues" réellement mises en œuvre par les Etats ? (3) Quelles sont les conditions qui contribuent à la sélection et à la mise en œuvre de ces politiques ? Le projet BlueState pose trois hypothèses de recherche : (H1) L'interaction dynamique d'un nombre relativement limité de variables peut largement expliquer le degré de durabilité de l'action de l'Etat concernant les ressources et les écosystèmes aquatiques. (H2) Malgré la grande diversité des contextes institutionnels et politiques, les politiques étatiques peuvent être comparées de manière significative en examinant leurs réponses aux sécheresses, à différentes échelles de temps, de la gestion de crise à la planification à long terme. (H3) Une approche interdisciplinaire systématique, reliant les domaines des sciences sociales et de l'hydrologie, est essentielle pour comprendre la diversité et les forces motrices de l'"État bleu". Ce projet nous permettra de mieux comprendre comment les Etats anticipent et/ou réagissent aux sécheresses, selon quels critères, et avec quels effets hydrologiques et socio-politiques. Compte tenu du caractère non évident du bon état hydrologique et des effets des politiques publiques, cette recherche engage une interdisciplinarité systématique afin d'identifier les politiques plus ou moins favorables aux ressources et aux écosystèmes aquatiques, les facteurs influençant les décisions publiques, et les conséquences de ces choix. Il s'appuie sur des méthodes comparatives basées sur une série d'études de cas en France et dans trois autres pays (États-Unis, Brésil et Afrique du Sud). Le projet BlueState enrichira la littérature sur les politiques de l'eau et de l’environnement à travers une étude du rôle joué par toutes les composantes de l'État, une institution que cette littérature analyse rarement en tant que telle. Grâce à l'approche interdisciplinaire, il fournira également des résultats originaux sur les variables hydro-sociologiques en vue d'une plus grande durabilité dans la gestion de l'eau. Le double niveau de comparaison permettra une approche plus générale, en révélant la diversité et la complexité hydrologiques et sociopolitiques des cas étudiés. L'ambition internationale du projet facilitera sa capacité à produire des affirmations plus générales. Grâce à l'organisation de discussions avec des décideurs et des gestionnaires, cette recherche renforcera la réflexivité des acteurs directement impliqués dans les politiques et la gestion de l'eau. Elle contribuera à clarifier les marges de manœuvre des acteurs étatiques et les leviers qu'ils pourraient éventuellement activer pour mieux préserver les ressources en eau et les écosystèmes.

Dès 1990, des économistes ont proposé d’établir un système de "cap and share" : un marché mondial du carbone dont les recettes seraient allouées sur une base égalitaire par personne. Dans un document de travail, nous montrons à l’aide d’enquêtes sur 56 000 répondants que l’acceptation d’un cap and share est non seulement très forte dans chacun des 20 pays couverts, mais qu’elle est également sincère. Conformément à cette enquête, l’hypothèse de ce projet est qu’une majorité des populations (notamment dans les pays à hauts revenus) accepteraient une mesure de redistribution mondiale telle que le cap and share. Le projet s’articule en deux parties. La première partie s’attachera à tester notre hypothèse à l’aide de nouvelles enquêtes d’opinion ainsi que d'entretiens semi-directifs. Au vu des résultats précédents, nous nous attendons à une confirmation de cette hypothèse. Je mènerai des enquêtes supplémentaires afin de tester des hypothèses alternatives qui pourraient nuancer le soutien déclaré par (1) de la mauvaise foi, (2) d’autres préoccupations antagonistes, ou (3) des obstacles concrets à la réalisation d’un cap and share. La seconde partie cherchera à tirer les conséquences de cette nouvelle perspective vers un cap and share, établi par une alliance de pays au sein d’une « coalition climatique », en menant des études préparatoires à son instauration. D’une part, nous simulerons les effets économiques d’un cap and share à l’aide d’un modèle intégré économie-énergie, avec différents scénarios de participation à la coalition climatique. D’autre part, nous étudierons les dynamiques liant prix du carbone et prix du pétrole (et du gaz) pour différents scénarios d’alliances géopolitiques (coalition climatique, cartel de pays exportateurs de pétrole).

Les particules minérales prédominent dans l’aérosol atmosphérique, et les épisodes de sécheresse dus au changement climatique augmentent significativement les émissions ou la resuspension de poussières, entraînant des conséquences négatives sur la qualité de l’air. Les seuils cibles de l'OMS en matière de qualité de l'air et spécifiquement de particules fines entrainent les politiques environnementales, comme celle de l'Union Européenne, à fixer des valeurs limites de plus en plus basses pour les PM10, ce qui impose aux réseaux de surveillance d'être en mesure de rendre compte de la contribution des différentes sources de particules, et notamment des sources naturelles de poussières et des particules de resuspension. Les méthodes actuellement utilisées sont basées sur des analyses chimiques à la fois complexes et onéreuses, doublées pour ce qui concerne les sources naturelles par la consultation de simulations numériques de transport de particules à grande échelle entachées d'incertitude. Le projet AERODUST se positionne dans ce contexte en réponse au besoin d'une mesure spécifique des particules minérales, à la fois fiable et facile à opérer. Pour cela, son objectif est de développer une technologie de rupture basée sur de l’imagerie afin de réaliser des mesures embarquées, temps réel et haute fréquence de la caractérisation de l’aérosol atmosphérique. Un instrument existant, l'Aerotape, permet d'ores et déjà d’observer les différents types de particules collectées, mais leur reconnaissance automatique nécessite que soient implémenter de nouvelles techniques de microscopie optique et d'intelligence artificielle. Cette classification inédite permettra de distinguer les particules issues de la resuspension locale de celles transportées sur de plus grandes distances. Un module d’intelligence artificielle sera implémenté et validé au cours de plusieurs campagnes d’intercomparaison de terrain. Une fois validée, la nouvelle version sera utilisée pour faire la démonstration d’un système de caractérisation continue et opérationnelle, en milieu urbain à Paris pour ce qui concerne les particules de resuspension, en Martinique sur des sites affectés par les particules sahariennes, et au Caire, où ces deux types de sources se retrouvent. Cette caractérisation aura valeur d'alerte précoce ou de bilan journalier au bénéfice des acteurs de la prévention et de ceux chargés de la maitrise des émissions.

Le projet DIADEMS, coordonné par l’ONERA, vise à développer une méthodologie et une instrumentation pour la mesure d’émissions diffuses (i.e. non canalisées) de polluants gazeux. Pour cela, la télédétection optique est particulièrement adaptée. La mesure sera donc effectuée par un LiDAR à absorption différentielle en colonne intégrée (IP-DiAL) conçu par l’Onera et reposant sur un laser accordable en longueur d’onde fabriqué par Teem Photonics. Bien que cet IP-DiAL puisse convenir à de nombreux gaz, le projet se focalisera sur l’ammoniac (NH3) et le 1,3-butadiène. En effet, ces deux polluants, très préoccupants pour l’environnement et la santé, présentent des émissions diffuses marquées difficilement quantifiables. DIADEMS sera marqué par les jalons suivants : - Un développement instrumental adapté à la métrologie in situ des polluants sera effectué (modification de la longueur d’onde de l’émetteur, solution innovante pour la mesure de la longueur d’onde, intégration du système). - En parallèle, une campagne de mesure sur un site de traitement des eaux du Service Public de l’Assainissement Francilien (SIAAP) dressera, grâce à des mesures de référence et par réseau de capteurs couplées à des modélisations de dispersion, une cartographie grossière des émissions (sources et concentrations) afin d’établir différents scénarios de déploiement du système IP-DiAL. - Puis, le système IP-DiAL sera qualifié en conditions contrôlées dans une galerie ventilée avec les deux polluants. Une preuve de concept de mesure d’émissions diffuses de 1,3-butadiène est attendue. - Enfin, le dispositif sera validé pour le NH3 sur le site du SIAAP avec une stratégie de mesure bénéficiant du retour d’expérience acquis lors de la première campagne. DIADEMS s'appuiera sur les compétences laser (théoriques et industrielles) de Teem Photonics, sur l’expérience de l'Onera en matière de télédétection dans l’infrarouge thermique, et sur les compétences de l'Ineris en matière de modélisation et de surveillance des émissions diffuses sur les sites industriels, y compris le SIAAP. Le projet permettra de soutenir les efforts de R&D de Teem Photonics sur ces sources infrarouges uniques au monde, aidera l'Onera à pérenniser un lidar IP-DiAL émettant dans l'infrarouge lointain afin de le déployer pour d'autres campagnes environnementales ou liées à la sécurité, et permettra à l'Ineris de faire progresser l'état de l'art de la métrologie des émissions diffuses et des modèles de dispersion, avec potentiellement un impact à terme sur les normes françaises ou internationales sur le sujet.

Dans un contexte de transition énergétique, l'Union européenne a fixé l’objectif de produire 35 milliards de m3 de biométhane par an à l’horizon 2030. Atteindre cette cible ambitieuse nécessitera non seulement l'installation de nouvelles usines de méthanisation, mais également une optimisation majeure de la performance et de la stabilité de celles existantes. La méthanisation est catalysée par des consortiums microbiens complexes. L'une des voies prometteuses pour améliorer les performances du procédé consiste donc à développer une conduite opératoire basée sur les communautés microbiennes. Il s’agit cependant d’un verrou scientifique fort. Grâce à l’essor des technologies de caractérisation des consortiums microbiens, telles que le séquençage à haut-débit, de nombreuses recherches sont actuellement menées pour progresser sur ce front. Cependant, l'écologie virale de la méthanisation a longtemps été négligée et a émergé seulement récemment comme un sujet important pour l'amélioration des performances des méthaniseurs : les dynamiques hôtes-virus pourraient influencer les performances du procédé par différents mécanismes, et notamment par leur effet sur les flux élémentaires. Il est donc important d’identifier les paramètres opérationnels qui pourraient jouer sur les dynamiques hôtes-virus, offrant la possibilité d’agir assez directement sur cette composante. Une autre question encore peu explorée est de déterminer le rôle possible des virus dans des dysfonctionnements opérationnels encore non-expliqués. Pour le projet interdisciplinaire VIRALSONG, nous émettons l'hypothèse que divers facteurs abiotiques influencent directement les dynamiques hôtes-virus dans les méthaniseurs, affectant le procédé, et nous étudierons spécifiquement l’effet de la teneur en eau et de la force ionique. Ces deux paramètres doivent affecter respectivement la diffusion et l'adsorption des virus, et sont de plus pertinents d’un point de vue industriel. Nous travaillerons à différentes échelles complémentaires : microcosme, pilote et semi-industrielle. En laboratoire, en microcosmes ou pilotes, l’effet de la teneur en eau et de la force ionique sur les dynamiques hôtes-virus sera évalué finement par l’application de conditions bien contrôlées et répliquées. A l’échelle semi-industrielle, nous réaliserons le suivi longitudinal d’un micro-méthaniseur traitant des biodéchets, localisé sur le site d’un des partenaires du projet. A cette échelle, les conditions seront moins manipulables qu’en laboratoire, mais offriront un cadre plus réaliste. Elles présenteront une certaine variabilité, liée à l’optimisation en cours de la conduite de ce méthaniseur : ceci permettra d’identifier plus largement les paramètres opératoires influençant les dynamiques hôtes-virus au sein des méthaniseurs. En parallèle, nous isolerons et caractériserons des virus d’archées méthanogènes, composants clé peu étudiés des communautés microbiennes de méthanisation. Lors du projet, les connaissances biologiques générées sur ces virus d’archées méthanogènes nourriront directement les interprétations réalisées dans le contexte plus complexe de procédé. Pour VIRALSONG, nous mettrons en œuvre des techniques de pointe en écologie microbienne moléculaire, notamment du séquençage à haut-débit. VIRALSONG sera organisé en 5 work packages interconnectés. Il sera mené par un consortium de 3 partenaires français financés (INRAE PROSE, INRAE LBE, Institut Pasteur ARVIR) et un partenaire italien non-financé (Université de Padova). Ce consortium rassemble des spécialistes reconnus en virologie, écologie microbienne, métagénomique et ingénierie des procédés de méthanisation. Une grande attention sera apportée à l’intégration scientifique tout au long du projet. Les résultats de VIRALSONG génèreront des bases scientifiques importantes pour faciliter, dans le futur, l'intégration de l'écologie virale dans les stratégies opératoires, afin d’optimiser davantage les procédés de méthanisation.

L'électricité joue un rôle clé dans la transition énergétique. Elle est distribuée par le réseau en courant alternatif qui relient des grandes centrales électriques aux consommateurs sur de longues distances. Les politiques publiques de la transition mettent en avant des systèmes de génération et de stockage distribués, comme la loi française exigeant la couverture des parkings avec des panneaux photovoltaïques. Cependant, ces systèmes produisent de l'énergie en courant continu, nécessitant une conversion en courant alternatif pour être intégrés au réseau. Les réseaux à courant continu moyenne tension (MVDC) sont une solution intéressante pour l'intégration de ses systèmes distribués. Ils offrent une meilleure efficacité énergétique, un meilleur contrôle et une meilleure fiabilité. Cependant, l'utilisation de convertisseurs d'énergie non standard dans les réseaux à courant continu pose des problèmes d'interopérabilité, de coût de développement et d'obsolescence. Notre projet propose d'améliorer le convertisseur modulaire multiniveau (MMC) pour créer des interfaces de puissance standard, modulaires, robustes et évolutives. Le MMC est une topologie de convertisseur utilisant des modules basse tension en série. Cela offre une généricité en terme de niveau de tension. Connu pour sa fiabilité et sa robustesse, son principal inconvénient réside dans la complexité de ses architectures de contrôle et de données, qui nécessitent un système de supervision centralisé et coûteux. Cela limite la compétitivité du MMC pour les applications MVDC. Notre projet CARROTS vise à concevoir un MMC open-source générique avec un contrôle coopératif décentralisé et un réseau de communication peer-to-peer, adapté aux applications MVDC. Ce projet PRCE, d'une durée de 48 mois, implique quatre laboratoires de recherche et une start-up dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire. Nous explorerons les aspects puissance, contrôle et données de cette proposition ambitieuse tout en travaillant dans un cadre d'électronique de puissance open-source. CARROTS vise à créer le premier MMC open-source pour soutenir les initiatives de recherche internationales, et stimuler l'innovation dans l'industrie.

La nécessité croissante de réduire les émissions de carbone et de gérer l'intermittence de l'énergie solaire a encouragé l'exploration de la production d'hydrogène vert stockable par électrolyse alimentée par l'énergie photovoltaïque. Toutefois, l'absence de couplage thermique entre les panneaux solaires et l’électrolyseur rend cette approche inefficace. L'approche photoélectrochimique (PEC) résout ce problème associant l'absorption de la lumière et l'électrochimie dans un seul dispositif. Bien qu’un rendement de 10 % a été aient pour la conversion énergie solaire, le coût peu compétitif de l'hydrogène (LCOH) et le potentiel inexploité d’oxydation demeurent des défis pour l'adoption de cette technologie. Le Projet UpSmart vise à intégrer la production PEC d'hydrogène de manière intelligente dans la catalyse transformation de la biomasse pour générer des produits chimiques à valeur ajoutée. Grâce à l'expertise multidisciplinaire de nos équipes, nous proposons une conception sur mesure d’une hydrogénation sélective et stable en utilisant des catalyseurs à base de métaux abondants couplés à la production d’hydrogène par PEC. Ce nouveau concept intègre la production et l'utilisation de l'hydrogène dans un seul dispositif, renforçant sa compétitivité et supprimant le LCOH. L'expertise unique de l'équipe française dans la gestion de la seconde sphère de coordination des catalyseurs permettra d’améliorer les taux et la sélectivité de conversion tout en réduisant la surtension. Intégrer ce système catalytique homogène dans des photoélectrodes exige une gestion efficace de l'intermittence de l’énergie solaire et de l'utilisation des charges. L'équipe de Hong Kong excelle dans l'ingénierie des photoélectrodes semi-conductrices et la conception de dispositifs PEC autonomes sans biais. Par des évaluations itératives du cycle de vie et des aspects technico-économiques, le dispositif d'hydrogénation PEC intégré explore les voies vers une chimie solaire économiquement compétitive.

Le projet MALEAF vise à l’augmentation du rendement de machines tournantes pour la production d’énergie et des moyens de propulsions, en particulier dans les domaines aéronautique et maritime. L’objectif sera atteint par le développement d’outils d’analyse peu couteux et performants pour les problèmes hydrodynamique et aérodynamique. Plus précisément, des modèles d’ordre réduit linéaires et non-linéaires vont être entraînés et calibrés en utilisant des méthodes data-driven. Un élément distinctif du projet est que les modèles seront obtenus par des ‘smart-data’ au lieu de ‘big data’. Les bases de données pour l’entrainement des modèles seront obtenues par des techniques d’expansion de données basé sur de l’assimilation de donnée. Elles seront produites à partir de données dédiées, haute-fidélité, numériques et expérimentales, issues de bancs d’essais, à savoir un compresseur axial et un hydrofoil dans un tunnel hydrodynamique. Un cas de complexité intermédiaire (une grille d'aubes) sera également étudié numériquement. Le développement de ce projet va aussi permettre d’améliorer la connaissance sur des questions ouvertes d’applications data-driven en mécanique des fluides, comme le stockage et l’utilisation efficace de données, la manipulation systématique de données rares, et la robustesse des procédures d’entrainement.

En Afrique, plus de 300 millions de personnes n'ont pas accès à l'eau potable. Les systèmes de pompage alimentés par l'énergie photovoltaïque sont une solution prometteuse pour relever ce défi et sont encouragés par de nombreuses institutions de développement. Actuellement, la majorité des recherches sur les systèmes photovoltaïques de pompage d'eau (PVWPS) se concentrent sur les performances des systèmes installés localement. Peu d'études se sont penchées sur les performances des PVWPS sur de larges zones géographiques (ex : des pays) et elles demeurent incomplètes. Les analyses à large échelle sont néanmoins essentielles pour identifier les zones où les systèmes ont un fort potentiel, tout en garantissant la soutenabilité des ressources en eau. L'objectif du projet OPPA est de proposer une approche de déploiement optimal à large échelle visant à positionner et dimensionner les PVWPS afin de (1) maximiser le nombre de personnes ayant accès à de l'eau potable, tout en (2) maintenant un coût des systèmes faible, et (3) en assurant la soutenabilité environnementale à long terme. L'approche devra être applicable à l'ensemble du continent africain et prendre en compte l'incertitude sur les données d'entrée (ex : sur les données d’irradiance). Pour atteindre l'objectif du projet, nous devrons notamment relever les défis scientifiques suivants : (I) développer un modèle techno-économique qui lie la taille des PVWPS à leur coût pour n'importe quelle localisation en Afrique, (II) formaliser un problème d'optimisation interdisciplinaire (technique, environnemental, sociétal, économique) incluant plusieurs critères quantifiables à large échelle (jusqu'à plusieurs millions de km2) et (III) proposer une approche incorporant des modèles de substitution de granularité progressive pour répondre aux contraintes computationnelles fortes et ainsi résoudre le problème d'optimisation dans un temps de calcul raisonnable. Une fois l'approche développée, elle sera intégrée dans un outil destiné aux acteurs locaux (ex : gouvernements, ONGs). Ce projet interdisciplinaire mêlera des aspects liés aux systèmes énergétiques, aux sources d’énergies renouvelables, à l’hydrogéologie, aux sciences économiques et sociales et aux sciences des données.

Les enjeux liés à la sécurité et la nécessité d’augmenter la densité d'énergie des batteries imposent le développement de «nouvelles» chimies pour les matériaux actifs d'électrode et l’électrolyte. Le lithium (Li) métal est l’anode de choix (capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle des batteries Li-ion), pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. L’électrolyte solide polymère sec (EPS) permet d’améliorer la sécurité des dispositifs et d’apporter la flexibilité de la conception. Cependant, les EPS présentent une trop faible conductivité ionique à température ambiante et un nombre de transport de Li, t+ < 0,2. Or un t+ élevé (t+˜1) permet de prévenir la formation de gradient de concentration entre la cathode et l’anode, responsable de croissance dendritique et le court-circuit de la batterie. A part des performances électrochimiques, la sécurité des batteries tout solide est également liée à la conductivité ionique de l’électrolyte solide. En effet, une conductivité ionique élevée induit à une faible impédance dans l’électrolyte et ses interfaces avec les électrodes et donc une faible génération thermique durant les cycles charges/décharges en particulier à hautes densités de courant. Pour relever ces verrous, nous proposons dans le projet 2POLI de nouveaux matériaux électrolytes polymères nanoporeux à conduction ionique unidimensionnelle. Ces électrolytes sont préparés à partir de copolymères à blocs comportant un bloc dégradable nanostructuré en morphologie cylindrique dont les canaux sont orientés perpendiculaires aux électrodes et remplis d’électrolytes non-aqueux. Grâce aux effets de nano-confinement, un chemin de conduction quasi-dimensionnelle et une chimie de surface des pores adéquate, ces matériaux présenteront une conductivité ionique semblable à celle d’un électrolyte liquide, un t+ proche de 1 et une flexibilité convenable pour mieux adapter à la déformation de la batterie.

Dans le contexte de l'électrification et de la décarbonisation de l'industrie chimique, ce projet vise à étendre le champ d'application des processus photoélectrochimiques aux chaînes de valorisation de la biomasse. En effet, des dispositifs photoélectrochimiques solaires décentralisés pourraient être facilement intégrés dans des bioraffineries de taille moyenne traitant des sources locales de biomasse. Pour démontrer la faisabilité de cette approche, SOLBIOPEC vise la conception et l'assemblage d'une cellule photoélectrochimique capable de valoriser les molécules furaniques issues de la biomasse (furfural, 5-hydroxyméthylfurfural) en biocarburants ou en précurseurs pour l'industrie chimique (méthylfurane, alcool furfurylique, acide furandicarboxylique) sous illumination solaire simulée. Pour obtenir des performances élevées, des photocathodes seront préparées à partir d'absorbeurs de haute qualité, impliquant la croissance épitaxiale de semi-conducteurs III-V protégés par une couche d'oxyde épitaxiale, tandis que des photoanodes BiVO4/WO3 de dernière génération compléteront le dispositif. Ces photoélectrodes seront décorées avec des électrocatalyseurs garantissant des vitesses de réaction et une sélectivité élevées à leur surface. La photoanode et la photocathode les plus performantes seront connectées en série pour former une cellule photoélectrochimique fonctionnelle avec une surface active de 20 cm². Afin de rationaliser et d'optimiser les performances des photoélectrodes, des techniques avancées de spectroscopie operando seront utilisées en laboratoire et dans les installations synchrotron pour étudier les interactions lumière-matière, les processus de transfert de charge et les voies de dégradation dans les conditions d'utilisation. Le projet sera réalisé par un consortium d'experts en croissance épitaxiale (CNRS INL), en caractérisation photoélectrochimique operando (CEA SPEC) et en caractérisation et test de dispositifs photoélectrochimiques (CNRS IRCELYON).

L’électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons permet de produire de l'hydrogène de haute pureté à partir de sources d'énergie renouvelable intermittente. Cependant, cette technologie reste coûteuse en raison de l'utilisation d'électrocatalyseurs à base de métaux précieux pour les réactions de production d'hydrogène (HER) et d'oxygène. Le projet vise à développer des électrocatalyseurs HER exempts de platine, métal rare et cher, et de plus sensible à divers contaminants organiques, ioniques ou métalliques présents dans l'eau d'alimentation. Ces limitations ne permettent pas d’envisager le développement industriel massif de cette technologie. Ainsi, le projet ELOPOM-H2 a pour objectif de développer et d'intégrer des électrocatalyseurs HER novateurs exempts de métaux précieux dans des dispositifs d'électrolyse PEM à l'échelle semi-pilote. Il s'appuie sur les résultats obtenus par le consortium et propose une approche moléculaire novatrice visant à atteindre des performances HER comparables à celles du Pt/C. Cette méthode repose sur le contrôle de la polymérisation des ions polyoxotungstates en présence du cluster {Mo3S4}. Les résultats préliminaires de ces polymères catalytiques inorganiques, associés à des supports carbonés, ont révélé d'excellentes performances en termes d'activité et de stabilité dans le temps pour la production d'hydrogène (TRL3). Le programme ELOPOM-H2 couvre plusieurs aspects, notamment : i) l'étude de la croissance des polymères inorganiques, en optimisant leur composition, leur densité de charge et leur dopage ; ii) l'interfaçage de ces polymères avec les matériaux carbonés ; iii) leur caractérisation à différentes échelles à l'aide de techniques avancées in-situ, telles que l’électrochimie locale, jusqu'à la fabrication d'électrodes à grande échelle et leur évaluation préindustrielle à travers des mesures de performance dans des cellules d'électrolyse PEM (TRL5).

Les situations dans lesquelles un liquide recouvre une surface ont été largement étudiées en raison de leur omniprésence (par exemple, la peinture, les gouttes de jet d'encre...). Ce phénomène, connu sous le nom de mouillage dynamique, est aujourd'hui bien compris lorsque des liquides se répandent sur des substrats solides plats. Cependant, les substrats réels ne sont ni atomiquement plats ni passifs. La difficulté de décrire ce phénomène vient de la large gamme d'échelles de longueur impliquées, de la taille millimétrique d'une goutte à la gamme nanométrique de l'interaction liquide/substrat. L'objectif du projet DYNAMO est de comprendre comment la rugosité nanométrique (topographique ou chimique) est corrélée à la dynamique du mouillage. Grâce à une approche multidisciplinaire combinant la physique et la chimie des surfaces, nous proposons des expériences modèles systématiques qui permettent une visualisation et une caractérisation multi-échelle de l'étalement d'un liquide polymèrique. Nous visons à décrire les mécanismes de dissipation d'énergie (viscosité, visco-elasticité, frottement...) à la ligne de contact pour l'étalement d'un liquide polymèrique sur 1) une rugosité nanométrique purement topographique et 2) sur un nano-revêtement chimique, de type brosse de polymère. Des techniques de microscopie optique permettront de sonder le mouillage aux échelles macroscopiques. Les échelles nanométriques seront sondées grâce à la diffusion de surface par rayons X/neutrons. Enfin, nous développerons un tribomètre pour mesurer directement les forces de frottement lors du mouillage forcé. La complémentarité de ces techniques permettra de comprendre les mécanismes de dissipation d'énergie à la ligne de contact de l'échelle nanométrique à l'échelle millimétrique.

La composition des copolymères supramoléculaires peut être modulée simplement par l’addition d’un monomère sur un système préexistant. Le contrôle de la séquence des monomères permettrait d’améliorer les propriétés des co-assemblages fonctionnels notamment dans le domaine de la catalyse asymétrique. Cela constitue un défi à l’heure actuelle notamment parce qu’il n’existe pas d’outils permettant de sonder directement ces séquences. L’objectif du projet COSMOS est de développer une méthode robuste basée sur la spectrométrie de masse à mobilité ionique (IM-MS) permettant de déterminer, lorsque couplée à de la modélisation moléculaire et d’autres techniques analytiques, les séquences présentes dans les copolymères supramoléculaires. La stratégie repose sur : i) l’élaboration d’une famille de monomères complémentaires basés sur le motif benzene-1,3,5-triscarboxamide (WP1). Un monomère achiral, connu pour former des assemblages par liaisons hydrogène, et des monomères chiraux ont été sélectionnés selon leur capacité à fournir des copolymères de séquence différente. ii) Les homo- et copolymères supramoléculaires seront caractérisés en phase gazeuse par ESI-MS/MS et ESI-cIMS/MS et en solution par différentes analyses spectroscopiques (WP2). Les oligomères supramoléculaires possédant des compositions similaires seront différenciés en fonction de leur section efficace de collision (CCS). Des expériences de type MS/MS fourniront des informations supplémentaires sur l’énergie et le séquence des oligomères. iii) La stabilité et les conformations des homo- et co-assemblages seront étudiées par modélisation moléculaire (WP3). Les conformations modélisées ayant une CCS similaire à celles obtenues expérimentalement permettront de valider la séquence des monomères dans les assemblages supramoléculaires. Finalement, la possibilité de moduler le résultat d'une réaction catalytique en jouant sur la séquence des monomères sera évaluée (WP4). Le contrôle de la séquence des polymères supramoléculaires, confortée par l'approche développée dans COSMOS, aura des implications dans de nombreux domaines.

Le projet CHROMIC a pour ambition de développer de nouveaux circuits microfluidiques fonctionnalisés par des matériaux mécanofluorochromes, c’est-à-dire des matériaux dont l’émission de fluorescence est sensible aux forces mécaniques, puis d’utiliser ces nouveaux dispositifs pour mesurer la force exercée sur une microalgue unique passant à travers le circuit et enfin de relier la force appliquée dans le circuit microfluidique à l’augmentation du rendement d’extraction des composés produits par la microalgue. Notre stratégie pour mener à bien ce projet pluridisciplinaire s’articule en 4 étapes. Tout d’abord, des revêtements mécanofluorochromes seront préparés à partir de dyades polydiacétylène-fluorophores, conçues pour combiner synthèse modulable, forte sensibilité aux forces mécaniques, brillance élevée et biocompatibilité. Ensuite, la réponse de ces revêtements mécanofluorochromes à des forces de friction sera calibrée en utilisant un AFM couplé à un microscope de fluorescence : la pointe de l’AFM utilisé en mode contact permet d’appliquer une force variable et contrôlée, et la variation de l’émission de fluorescence associée est enregistrée simultanément. Dans un 3ème temps, le circuit microfluidique sera optimisé avec une architecture parallélisée permettant d’analyser simultanément un grand nombre de microalgues, la taille des canaux et des restrictions sera adaptée pour étudier trois espèces de microalgues d’intérêt, et le protocole d’analyse d’image associé sera automatisé. Enfin, trois espèces de microalgues variant par leur taille, leur rigidité et la composition de leur paroi cellulaire seront étudiées, et la force mécanique exercée par le passage dans les restrictions microfluidiques, mesurée par mécanofluorochromisme, sera corrélée au rendement d’extraction des composés d’intérêt. Ce projet propose ainsi une approche totalement nouvelle de la mesure de forces à l’échelle de la cellule unique.

Dans ce projet, nous souhaitons développer des méthodes photocatalytiques permettant la fonctionnalisation C-H sélective des positions non activées ß- et ?- dans les heterocycles azotés saturés afin de fournir un accès simplifié à une gamme de composés hétérocycliques divers et précieux. À cette fin, nous prévoyons de développer tout d'abord un accès facile aux énamides cycliques correspondants qui seront ensuite des intermédiaires synthétiques polyvalents pour la fonctionnalisation sélective en positions ß et ?. Grâce à cette approche, nous visons à fournir une boîte à outils photocatalytique permettant l'édition périphérique de précieux heterocycles azotés à des positions éloignées qui sont difficiles à cibler avec des stratégies traditionnelles.

Les réactions d'hydrogénation représentent une transformation fondamentale de la chimie de synthèse qui trouve d'importantes applications dans les premières et dernières étapes des synthèses en laboratoire et à l'échelle industrielle. Typiquement, les hydrogénations sont réalisées à l'aide de catalyseurs hétérogènes à base de métaux nobles dans une atmosphère d'hydrogène. Bien qu'efficace, l'utilisation continue de métaux nobles pose des problèmes de durabilité en raison des leurs coûts environnementaux, sociétaux et économiques. La découverte de l'activation de l'hydrogène moléculaire par les paires de Lewis frustrées (FLP) a été un point clé pour le développement d'hydrogénations sans métaux. Récemment, des efforts ont été consacrés au développement de réactifs FLP hétérogènes en tant qu'alternatives prometteuses aux métaux. Cependant, la plupart des stratégies actuelles souffrent de l'instabilité des acides de Lewis hétérogènes, ce qui complique le processus de récupération et de recyclage. Le projet HeLA-Flow vise à surmonter les inconvénients actuels des hydrogénations conventionnelles à base de métaux et de FLP en concevant des acides de Lewis hétérogènes appropriés, stables et réutilisables, ainsi qu'à assurer la transition complète des hydrogénations sans métaux vers le domaine du flux continu afin de profiter de tous les avantages. En termes plus généraux, l'objectif de ce projet est le développement, par une approche globale, de nouveaux procédés d'hydrogénation éco-compatibles, durables et facile de monter en échelle grâce à la combinaison synergique sans précédent de la réactivité FLP et de la synthèse en flux continu pour fournir des hydrogénations efficaces sans métaux.

Les énals sont des molécules clés en chimie organique. Leur importance découle de leur structure moléculaire particulière comportant deux sites réactifs, une double liaison C=O conjuguée et une double liaison C=C, qui offrent une multitude de réactivités potentielles. De plus, lorsque l'on considère des énals ?-énolisables, il devient alors possible d’effectuer des réactions de fonctionnalisation à distance sur cette position ? éloignée. Cependant, malgré de nombreux travaux dans ce domaine, seul un nombre limité de substituants peuvent être introduits sélectivement sur cette position ?. En outre, aucune méthodologie n’est connue à ce jour pour fonctionnaliser les énals sur la position d, encore plus éloignée. L'objectif de ce projet est d'apporter une solution aux principales difficultés rencontrées dans ce domaine, à savoir: 1) Étendre la ? fonctionnalisation à d’autres substituants, notamment à des carbones C(sp3) non activés, et des carbones C(sp2). 2) Effectuer diverses fonctionnalisations en position d des énals. 3) Étudier également l’aspect énantiosélectif de ces transformations. Le développement de nouvelles méthodes photochimiques et électrochimiques constituera le point clé permettant d’atteindre les objectifs de ce projet ambitieux.

Ce projet a pour objectif le développement d’une méthode générale d’Umpolung désaromatisante de divers hétéroarènes dont des indoles via la génération d’intermédiaires superélectrophiles dans des conditions superacides. La mise au point d’une version énantiosélective catalytique de désaromatisation de ces hétérocycles et en particulier d’indoles reposera sur une double protonation. Des études mécanistiques approfondies expérimentales et théoriques seront au cœur du développement de ces méthodes de synthèse.

Après plus de 45 ans de développement et d’intenses applications du samarium divalent en chimie organique, il n'existe à ce jour aucune procédure de catalyse asymétrique qui implique un complexe chiral de tel dérivés comme réducteur chimique. Dans ce projet nous envisageons d’utiliser, pour la première fois, des procédures électrochimiques pour d'une part préparer des complexes chiraux de samarium (II) et d'autre part pour les utiliser en tant que catalyseurs de transformations énantiosélectives. L'ensemble de ce travail nécessite la connaissance fine de paramètres fondamentaux comme la structure électronique des complexes, leur évolution durant les étapes redox et dans les conditions de la catalyse. Les avancées majeures réalisées par l'un de nos partenaires dans le domaine de l’électrocatalyse au diiodure de samarium constituent un prérequis indéniable pour la levée de cet ultime verrou de la chimie du « réactif de Kagan » vers la catalyse pour la formation de liaisons C-C par réduction énantiosélective.

Les iminosucres constituent une classe prometteuse de molécules à visée thérapeutique avec plusieurs composés sur le marché. Pour améliorer le potentiel biologique de ces molécules qui ciblent principalement des glycosidases, leur modulation chimique a été réalisée exclusivement sur l’azote et le carbone C1 conduisant à l’introduction d’une diversité chimique relativement faible du fait d’un manque de stratégies innovantes de fonctionnalisation. Augmenter la diversité structurale de la partie aglycone en C1 est nécessaire non seulement pour améliorer leurs propriétés biologiques/physico-chimiques mais aussi pour découvrir de nouvelles activités biologiques. C’est aussi le cas pour la position C2 sous-étudiée malgré des résultats encourageants. Augmenter l’espace chimique autour de ces deux positions est le but de ce projet qui nécessite à la fois des précurseurs idoines et des méthodes efficaces de fonctionnalisation. Les sucres ont bénéficié de la chimie développée sur les glycals, dont la fonctionnalisation par des métaux a permis de moduler efficacement les positions C1 et C2, et nous avons développé plusieurs réactions métallo-catalysées qui ont permis de décorer de façon originale la position C2 de 2-iodoglycals ainsi que la liaison C1-H de C2-amidoglycals. Pour ce projet, les iminoglycals, des glycals azotés très peu exploités chimiquement, sont de parfaits précurseurs et nous avons obtenus des résultats préliminaires prometteurs avec les dérivés 2-iodo. En combinant nos expertises en glycochimie et en réactions métallo-catalysées assistées par des calculs de chimie théorique pour anticiper la réactivité de ces molécules, notre but est de développer la chimie des iminoglycals afin d’accéder à des iminosucres inédits possédant une forte diversité moléculaire sur les positions C1 et C2. Ce travail devrait conduire à de nouveaux glycomimétiques à potentiel biologique/thérapeutique et accroitre l’espace chimique occupé par les iminosucres.

Les réactions radicalaires présentent de nombreuses caractéristiques intéressantes pour les chimistes organiciens, notamment des conditions de réaction douces, un large éventail de réactivité et la possibilité de former des liaisons carbone-carbone. Cependant, les radicaux ont longtemps été associés à des défis, principalement en raison de leur propension à une dimérisation ou à une disproportion rapide. En particulier, les radicaux allényles ont longtemps été négligés en raison de leur nature supposée incontrôlable. Ainsi, l'objectif de ce projet est de développer des méthodologies de synthèse efficaces et durables pour générer électrochimiquement des radicaux allényles à partir de précurseurs redox actifs afin de permettre leur utilisation en synthèse organique. Nous ciblerons une série de transformations innovantes, comprenant diverses fonctionnalisations et des réactions de couplages croisés énantiosélectives catalysées par des métaux de transition qui conduiront à des allènes ou alcynes hautement fonctionnalisés. La voltampérométrie cyclique sera utilisée comme un outil essentiel pour comprendre la réactivité potentielle de ces substrats.

Les thiétanes se distinguent des autres composés soufrés par leur présence dans la structure de nombreux produits naturels ou bioactifs. Ils sont également unanimement reconnus comme des intermédiaires à fort potentiel en synthèse organique. Cependant, contrairement à la réaction de photocycloaddition-[2+2] des imines et, plus particulièrement à celle des dérivés carbonylés, la transformation chimique, couramment appelée « réaction de thia-Paternò-Büchi », qui combine un composé thiocarbonyle dans son état excité avec un partenaire alcène pour former le noyau du thiétane, n’a été que très peu étudiée et aucune version énantiosélective de cette transformation n'a encore été rapportée dans la bibliographie. Dans ce contexte, et sur la base de résultats préliminaires très prometteurs, ce projet de recherche collaborative APCP_TPB, résultant d'une combinaison d'expertises françaises complémentaires, vise à développer des réactions énantiosélectives de thia-Paternò-Büchi promues par la lumière visible impliquant des photosensibilisateurs à chiralité axiale et planaire. En utilisant des photocatalyseurs judicieusement conçus à base de binaphtyle et de [2.2]paracyclophane, cette méthodologie fournira un accès synthétique durable à une grande variété de dérivés thiétanes fonctionnalisés énantioenrichis. En combinant la version asymétrique de cette réaction de photocycloaddition-[2+2] avec des réactions de post-fonctionnalisation d'hétérocycles à quatre chaînons, au sein de diverses séquences domino photochimiques, une variété d'hétérocycles soufrés sera ciblée. Enfin, le fort potentiel de ces catalyseurs chiraux préparés à partir de binaphtyle et de [2.2]paracyclophane sera démontré par leurs utilisations dans d'autres transformations photochimiques et thermiques asymétriques innovantes.

Le projet Ami-Smile vise à développer des versions asymétriques du réarrangement de Truce–Smiles (TS), une transformation majeure en chimie organique. Malgré des avancées récentes, la réalisation de réarrangements de TS énantiosélectifs demeure un défi considérable. Pour y répondre, nous proposons de développer deux approches, l’une basée sur l’emploi d’auxiliaires chiraux et l’autre visant à développer la première version catalytique asymétrique. Pour cela, un consortium, regroupant des experts en organocatalyse, en catalyse photorédox et en études théoriques de mécanismes par DFT, a été constitué pour poursuivre deux objectifs principaux. Le premier sera de développer des réarrangements TS radicalaires asymétriques photo-catalytiques, dans lesquels un contrôle efficace de la stéréosélectivité sera assuré par des auxiliaires chiraux facilement accessibles et à faible coût. Des résultats préliminaires obtenus par le consortium montrent des résultats prometteurs avec l’utilisation d’auxiliaires dérivés d'acides aminés. Diverses transformations impliquant des squelettes et unités transférables variés seront étudiées pour permettre d’élargir les champs d’applications. Les études théoriques joueront un rôle crucial dans la compréhension de la réactivité et la sélection d'auxiliaires chiraux appropriés pour chacune des transformations envisagées. Le deuxième objectif sera de réaliser des réarrangements TSs énantiosélectifs catalytiques. Une approche innovante en deux étapes reposant sur la formation organo-catalytique de précurseurs chiraux suivie d’un réarrangement asymétrique de TSR, sera développée en s’appuyant sur des catalyseurs chiraux de type base de Lewis. Un procédé énantiosélectif catalytique direct sera également exploré dans le cadre des réarrangement TS polaires ; en s’appuyant sur des bases de Lewis chirales comme catalyseurs, il permettra l’accès a diverses structures chirales complexes. Les études théoriques joueront là encore un rôle essentiel pour comprendre la réactivité et guider le développement de systèmes catalytiques efficaces. Avec ces différentes approches, une grande variété de transformations impliquant des réarrangements TS asymétriques seront mises au point, accroissant ainsi fortement notre capacité à générer des molécules hautement énantioenrichies indispensables à la chimie fine.

Les cycles aromatiques sont considérés comme des parties immuables d’une pléthore de molécules organiques. En fait, leur stabilité chimique ainsi que leur réactivité connue les rendent essentiels au sein des architectures de composés organiques. L’interconversion sélective entre deux structures (hétéro)aromatiques est encore largement restreinte malgré l'intérêt incontestable qu'est la modulation de candidats thérapeutiques pour améliorer leur efficacité. En effet, plutôt que de repenser une nouvelle voie de synthèse d'une molécule cible dès l'étape d'introduction du cycle aromatique, notre proposons de façonner des outils méthodologiques permettant de modifier précisément la nature du cycle à partir de l'analogue disponible. Ainsi, ce changement de paradigme accélérera considérablement les programmes de R&D et évitera les rétrosynthèses chronophages. Bien que la conversion d’un noyau aromatique en un autre en une seule étape ou séquence ait été démontrée dans une poignée d’exemples, ces dernières années ont vu l’émergence de stratégies de pointe sous le nom d’édition moléculaire. Ainsi, des rapports pionniers décrivent l’insertion, la suppression et même l’échange d’atomes au sein d'un cycle (hétéro)aromatique. De plus, ces exemples présentent une large tolérance fonctionnelle et sont compatibles avec des molécules complexes. Inspirés par ces précédents, nous proposons ici trois projets. La suppression des atomes d'azote restant un défi, nous consacrerons nos premiers efforts à la contraction des pyrimidines en pyrroles par suppression d'un atome d'azote (WP1). Ensuite, les méthodes permettant de former des cycles aromatiques comprenant trois hétéroatomes via des stratégies d’édition moléculaire représentent toujours un verrou. Ceci sera abordé dans la deuxième partie dans laquelle l'insertion d'un atome d'azote dans le squelette des imidazoles sera explorée. Enfin, l'interconversion entre cycles pyridines et benzènes sera développée de manière monotope (WP3).

Le projet CAMERA permettra de disposer de radiopharmaceutiques innovants marqués à l'astatine 211, un émetteur alpha très prometteur pour une utilisation en médecine nucléaire. Les composés marqués à l'At sont généralement préparés grâce à des liaisons covalentes C-At qui sont peu stables, ce qui est préjudiciable pour une utilisation dans des applications biologiques. D'autres modalités de liaison sont donc nécessaires pour préparer des composés stables marqués à l'At. Pour la première fois, nous souhaitons séquestrer l'anion Astatide (At-) en utilisant des interactions non covalentes avec une grande affinité en milieu aqueux. Des molécules-cages présentant les affinités les plus fortes pour les iodures, halogénures aux propriétés les plus proches de celles de l'At, seront choisis pour une complexation de l'astatide en dernière étape. Elles seront fonctionnalisées sur-mesure pour augmenter la stabilité des complexes formés en milieu aqueux. Selon les fonctions chimiques qui seront greffées à la périphérie des molécules cages, ces nouveaux agents complexants pourront également être hydrosolubles. Afin de maximiser la stabilité et la sélectivité, le travail de synthèse sera basé sur des calculs ab-initio et une caractérisation structurale, thermodynamique et cinétique approfondie. Ce projet apportera de nouvelles connaissances en chimie supramoléculaire, en chimie des molécules cages de type hôte-invité, en complexation des anions et plus particulièrement en chimie de l'Astate et ses applications. Ces travaux ouvriront la voie au développement de radiopharmaceutiques basés sur la chélation d'anions encore méconnus. Une collaboration efficace entre des chimistes théoriciens pour la conception des cages, des chimistes organiciens pour leur synthèse et des radiochimistes pour les manipulations en présence d'anions radioactifs et des biologistes sera nécessaire.

L’imagerie par fluorescence a pour avantage une grande sensibilité, une haute résolution, une imagerie dynamique et constitue l'un des moyens les plus simples de développer des sondes "turn-on". Pour pallier la faible pénétration des photons dans les tissus biologiques, les fluorophores dans le proche infrarouge sont des outils importants. La microscopie de fluorescence à excitation à deux photons est particulièrement intéressante dans ce domaine, car elle permet d'exciter une sonde dans le proche infrarouge et dans un petit volume au point focal, ce qui augmente la résolution tout en limitant les photodommages possibles. Pour identifier la localisation cellulaire d'un médicament, une stratégie consiste à le conjuguer avec un tel fluorophore. Cependant, la conjugaison peut induire une perte de liaison avec la cible du médicament, ainsi qu'une altération de la perméabilité cellulaire. L'utilisation de la chimie click est une bonne alternative pour surmonter cet inconvénient. Ainsi, l'ajout d'une petite fonction bioorthogonale limite les changements structurels et permet la fixation du fluorophore par une réaction click. Cependant, les fluorophores clickables sont généralement utilisés en excès pour favoriser la réaction click dans les milieux biologiques. La discrimination de la fluorescence issue du conjugué versus celle du fluorophore nécessite des étapes de lavage, ce qui n'est pas possible in vivo. Le projet Light-upDrug vise à développer des sondes fluorogéniques excitables à deux photons. De telles sondes devraient améliorer les technologies actuelles en permettant l'imagerie de médicaments dans des cellules vivantes sans étapes de lavage, ainsi que des applications potentielles pour l'imagerie de médicaments in vivo. Deux types de réactions seront étudiés : 1) les réactions sans métal: soit Diels-Alder à demande inverse, soit cycloadditions entre alcyne contraint et sydnone (SPSAC); 2) les réactions pour lesquelles le cuivre est chélaté par la sydnonimine.

Le contrôle de la stéréosélectivité en catalyse asymétrique requiert de modifier le micro-environnement autour du centre métallique par l’installation covalente de substituent idoines sur le ligand chiral. Malheureusement, cela nécessite de synthétiser de très nombreux catalyseurs ayant des propriétés électroniques et stériques différentes, conduisant à une optimisation fastidieuse. Dans le cadre du projet SupPhosCat, nous proposons une nouvelle stratégie permettant de moduler de façon efficace la seconde sphère de coordination d’un centre métallique, grâce aux liaisons hydrogène établies entre le squelette d’un ligand phosphine ferrocényl modulable et d’additifs achiraux complémentaires. Cette stratégie doit nous permettre d’optimiser rapidement un procédé catalytique puisque nous pouvons générer m x n catalyseurs à partir d’un lot de m ligands chiraux et n additifs achiraux, sans étape synthétique supplémentaire. Nous envisageons d’installer des groupes amido-pyridones ou isoquinolones près du squelette ferrocène du ligand chiral et d’utiliser les dérivés de naphthyridin-2-amine comme additifs. En plus des additifs moléculaires, des additifs supramoléculaires vont être testés pour lesquels le motif naphthyridin-2-amide est positionné à la périphérie d’hélices supramoléculaires basées sur le motif benzène-1,3,5-tricarboxamide. Le projet SupPhosCat est divisé en trois tâches (WP) comprenant la synthèse de deux familles de SupPhosCat (WP1), l’utilisation des bibliothèques de complexes en catalyse asymétrique à l’or et au cuivre (WP2), et la caractérisation des espèces métalliques les plus performantes (WP3). La possibilité d’évaluer rapidement de larges bibliothèques de composés via une déconvolution itérative va être testée, afin d’identifier rapidement des catalyseurs optimaux. Ce projet a pour finalité de découvrir le potentiel de SupPhosCat pour la transformation de substrats difficiles ou des réactions catalytiques non explorées.

MONICA est un projet multidisciplinaire axé sur la synthèse innovante, environnementale et évolutive de nanomatériaux d'(oxy)nitrures ou de carbures de molybdène dopés préparés par le procédé de pyrolyse Laser. La réalisation de cette nouvelle approche s'appuie sur l'expertise complémentaire de trois partenaires académiques (NIMBE, LINK et ISCR) et d'un partenaire industriel (Nanomakers). L'objectif final de cette étude est d'évaluer le potentiel d'une synthèse en une étape par pyrolyse Laser pour la production industrielle de carbures ou (oxy)nitrures de molybdène dopés, notés M:MoyXz/GC (M : Ni, Co, Cu, Fe ; X = C, N). Pour les cibles environnementales et industrielles, deux stratégies de pyrolyse Laser différentes seront testées : (i) une utilisant un solvant aqueux et des sources commerciales solubles de molybdène et (ii) une autre un procédé entièrement solide. Les deux stratégies utiliseront des précurseurs respectueux de l’environnement à faible coût pour la pyrolyse Laser. De plus, les nanomatériaux seront caractérisés finement et leurs performances électrocatalytiques pour les réactions de craquage de l'eau (production d'hydrogène et d'oxygène) seront soigneusement étudiées dans le but d'appliquer les matériaux les plus prometteurs comme anode et cathode dans un électrolyseur comme preuve de concept. Par rapport à d’autres travaux, nous pensons que notre méthode est plus simple, plus efficace et plus rapide pour préparer des électrocatalyseurs nanocomposites. Ce projet s'appuie sur les résultats préliminaires du consortium sur les nanocomposites de carbure de molybdène synthétisés par pyrolyse Laser.

Les matériaux ferroélectriques (FE) présentent une polarisation électrique spontanée, couplée à une déformation, contrôlable en appliquant un champ électrique. Leur couplage électromécanique est exploité dans des dispositifs tels que capteurs et actionneurs, dont le fonctionnement est généralement contrôlé par une tension électrique. Un contrôle optique de la déformation permettrait un contrôle à distance, plus rapide, à plus faible consommation d’énergie, sans besoin de circuits électriques complexes miniaturisés. La photostriction, génération non thermique de déformation sous éclairement, suscite donc un intérêt croissant pour le contrôle optique des fonctionnalités. Cependant, la plupart des études restent limitées à des matériaux nocifs pour l’environnement (à base de plomb) qui répondent dans l’ultraviolet avec des déformations photo-induites inférieures à 0,1 %, ce qui limite fortement les applications. PHOTO-TRICS vise une déformation supérieure à 1%, induite dans le visible et dans des films minces FE sans plomb, pour développer un contrôle optique efficace des FE intégrables dans une nouvelle génération de dispositifs. À cette fin, nous proposons une stratégie matériau originale, combinant ingénieries de phase et de bande interdite, dans des films minces dopés de (Ba,Ca)(Zr,Ti)O3, inexplorés jusqu'à présent pour la photostriction. Pour cela, il est nécessaire de comprendre le mécanisme physique de la photostriction et d’identifier les paramètres matériaux clés afin de contrôler et d'optimiser leur réponse. La photostriction pouvant être considérée comme une combinaison de l'effet photovoltaïque (PV) et de l'effet piézoélectrique inverse (PE), son amélioration nécessite une stratégie d'optimisation combinée de la réponse PV et de la réponse PE. Cependant, aucune stratégie matériaux n'a été développée jusqu'à présent, et son étude dans les films minces a été limitée aux échelles ultrarapide et de la maille atomique, par des mesures synchrotron de diffraction de rayons X. PHOTO-TRICS propose de combiner i) une ingénierie de phase par composition, pour tirer profit de la sensibilité naturellement élevée des FE aux stimuli, près des transitions de phase structurales, (réponse PE améliorée) et ii) une ingénierie de la bande interdite par dopage, pour une meilleure absorption dans le visible (réponse PV optimisée). Cette stratégie sera développée dans des films minces codopés (Co, Nb) de Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT), qui offrent un terrain de jeu idéal à l’ingénierie de la photostriction. Notre méthodologie sera basée sur l'étude approfondie du mécanisme de photostriction, en analysant tous les paramètres matériaux clés (structuraux, ferroélectriques, piézoélectriques, optiques et photovoltaïques). Cette caractérisation sera réalisée à différentes échelles de longueur et de temps afin de fournir une image complète et une compréhension approfondie de la réponse photostrictive des matériaux, grâce à un ensemble unique d'outils de caractérisation de pointe (incluant des techniques de laboratoire) et de modélisation jamais réunis à ce jour. Enfin, notre stratégie matériaux sera utilisée pour proposer un premier dispositif photostrictif, permettant de tester l'efficacité de l'actionnement optique par la phototriction. Le succès de ce projet ambitieux, allant bien au-delà de l'état de l'art, se base sur les résultats préliminaires et sur l'expertise complémentaire et multidisciplinaire des partenaires (C2N, LPMC et SPMS), à la pointe de la recherche sur la photostriction. Les nouvelles connaissances, les techniques expérimentales et les stratégies matériaux développées par PHOTO-TRICS feront progresser significativement le domaine émergent de la photostriction, offrant des perspectives passionnantes pour le contrôle optique des matériaux, et ouvrant la voie à des dispositifs microélectroniques plus efficaces avec une sensibilité accrue, un fonctionnement plus rapide et une consommation d'énergie plus faible.

Le projet FORLIGHT ambitionne de développer des films d'oxynitrures ferroélectriques épitaxiés, de structures cristallines pérovskites, avec des largeurs de bandes interdites / structure de bande, et des textures ferroélectriques ajustables grâce à une stratégie de dopage bien pensée et adaptée pour une meilleure absorption de la lumière visible. Ce qui est un paramètre crucial pour les technologies disruptives liées à la collecte de l’énergie solaire. L'équipe qui porte le projet possède l'équipement et le savoir-faire nécessaires pour élaborer et caractériser les propriétés physiques significatives (photo-activité, ferroélectricité) de telles couches minces. Les films seront réalisés par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma atomique et par laser pulsé. La combinaison unique de compétences/techniques disponibles permettra d’étudier systématiquement les échantillons pour leurs performances de photolyse de l’eau, la stabilité chimique, le courant photovoltaïque, la fenêtre optique, la texture des domaines ferroélectriques et la sensibilité à la lumière des parois du domaine ainsi que les réponses ferroélectriques macroscopiques par rapport à la largeur de bande interdite.