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L'administration intranasale est non-invasive et permet de délivrer des médicaments pour différentes indications. Lors du développement de nouveaux médicaments par voie intranasale, l'animal est souvent utilisé pour permettre de prédire le comportement de la molécule thérapeutique chez l'homme. Aujourd'hui, il est reconnu que même si ils restent nécessaires, les modèles animaux manquent de prédictibilité. De plus, ils sont de plus en plus contestés face à la pression éthique. Dans le domaine des produits délivrés par voie intranasale, des modèles anatomiques 3D stéréolithographiés se sont imposés comme des outils de choix pour étudier et prédire le dépôt des médicaments dans les cavités nasales et optimiser les dispositifs médicaux. Néanmoins, de part leur nature inerte, ils ne sont pas adaptés pour des études pharmacologiques. Le projet BioNose propose de développer un modèle biomimétique innovant de cavités nasales humaines. Ce modèle reposera sur les technologies de "nose-on-chip" et de stéréolithographie 3D, visant à accélérer le développement des médicaments à visée nasale. De plus, ce modèle non-animal s'inscrit dans une démarche éthique respectant le principe des 3R.

Notre objectif est de concevoir des surfaces bactéricides originales qui associent des polymères biosourcés et des colorants modifiés photo stimulables (générant des espèces réactives de l'oxygène, ROS) et une stratégie de photo-impression 3D à 2 photons. Nous proposons de concevoir des revêtements 3D-microstructurées sur des surfaces plastique/métal/silicone/verre utilisées par les personnels hospitaliers et les patients. Ces revêtements 3D seront fabriqués à partir de monomères biosourcés et colorants capables de générer localement des ROS sous lumière visible. Les dérivés de porphyrines, eosine ou polyphenols sont utilisées en raison de leurs coefficients d'absorption élevés dans le domaine visible, et de leurs rendements quantiques de production de ROS très élevés sous irradiation dans le visible. L'amplification rapide de la concentration des ROS produits au sein de ces µ-volumes entraînera un effet biocide hautement virulent et rapide. Nous développerons en un temps réduit des revêtements antibactériens microstructurés et réutilisables pour une désinfection rapide, sans aucune toxicité. Nous utiliserons E. coli, S. aureus et P. aeruginosa comme modèles et différentes souches multirésistantes présentent à l’hôpital Henri Mondor pour évaluer les propriétés antibactériennes de nos surfaces microstructurées. De plus, la photostabilité des colorants sous irradiation dans le visible et les propriétés mécaniques et d’adhésion des microstructures seront des paramètres essentiels à étudier. Les principales avancées du projet INFECTION concernent 1) l'utilisation d’une méthodologie innovante, la photo-impression 3D à 2 photons, pour la synthèse de µ-structures (triangles, nids d'abeilles, cylindres, carrés) de différentes tailles (allant de 10 à 50 micromètres (longueur / hauteur)) sur différents substrats (plastique/métal/silicone/verre) pour le piégeage des bactéries; 2) le confinement spatial amplifie la virulence antibactérienne, 3) l'utilisation de nouveaux colorants comme photoamorceurs à deux photons pour la synthèse de microstructures 3D à partir de monomères non toxiques et biosourcés; 4) la production in situ de ROS biocides responsables de la mort de tout type de bactéries (les ROS sont produits par l'irradiation des colorants contenus dans les microstructures 3D), 5) des propriétés antibactériennes à long terme pour différentes surfaces microstructurées, tout en étant réutilisables et 6) la désinfection rapide des surfaces sous irradiation dans le visible. L'application finale se concentrera sur les surfaces intérieures en plastique d'anciennes couveuses des unités de soins intensifs néonatals.

Afin d'étudier la représentation des stimuli sensoriels dans le cortex de la souris, il est nécessaire d'enregistrer l'activité de grandes populations neuronales dans les différentes couches corticales. La microscopie à deux photons permet de réaliser ce type d'enregistrement, mais dans les couches les plus profondes du cortex, la détection de l'activité neuronale est difficile à cause de la diffusion et des aberrations optiques. Dans ce projet, nous accèderons aux couches profondes du cortex en corrigeant les aberrations induites par le tissu. Pour cela, nous utiliserons un analyseur de déformation de front d'onde récemment développé par nos équipes et des étoiles artificielles constituées de nanocristaux de semi-conducteurs fluorescents émettant dans le proche infrarouge, optimisées en termes de propriétés optiques et de biocompatibilité. Utilisé dans une boucle d'optique adaptative, ce système permettra de corriger les aberrations à grande profondeur dans les tissus, et d'obtenir des images à haute résolution dans toute l'épaisseur du cortex. Le gain en imagerie fonctionnelle sera évalué dans le cortex visuel de la souris.

Le projet FATUS a pour premier objectif de lever le verrou de la quantification des infiltra graisseux intramusculaires par ultrasons grâce à une méthode innovante de formation de faisceau. Une étape de validation par IRM viendra confirmer l’atteinte de cet objectif par un développement des séquences spécifiques pour la quantification graisseuse. Par la connaissance et la cartographie de ces infiltras, le troisième objectif ambitionne de mieux comprendre le comportement mécanique des muscles en présence de graisse par l’amélioration des techniques d’élastographie ultrasonore. Le quatrième objectif s’oriente autour d’une caractérisation et d’une quantification volumique des muscles. Le dernier objectif vise des applications cliniques pour l’aide au diagnostic de la sarcopénie liée au vieillissement. Ce projet pluridisciplinaire propose donc de partir d’innovations dans le domaine de l’imagerie médicale ultrasonore, pour aller vers une meilleure compréhension fondamentale du comportement 3D du muscle, puis vers des applications cliniques particulièrement importante chez les personnes âgées De nombreuses autres applications cliniques seront envisagées à l’issue du projet. Afin de le mener à bien, nous avons réuni une équipe pluridisciplinaire de chercheurs leaders dans leurs domaines (physique, industriel, biomécanique, médecine).

Le cuivre (Cu) est nécessaire à différents métabolismes clés mais il est aussi cytotoxique même à de faibles concentrations. Les propriétés antimicrobiennes du Cu sont utilisées par le système immunitaire et pour les activités anthropiques en santé humaine et en agriculture. L’accumulation de Cu dans l'environnement due à ces activités est une menace pour la santé et les écosystèmes, de plus elle contribue à l'émergence d'organismes résistants au Cu. Comprendre la diversité de l'homéostasie bactérienne du Cu est donc très important pour identifier des cibles pour de nouveaux traitements antimicrobiens. Ce projet vise à décrire un nouveau mécanisme de résistance au Cu de bactéries environnementales ou pathogènes en ciblant trois organismes modèles (Rubrivivax gelatinosus, Vibrio cholerae et Pseudomonas aeruginosa). Ce mécanisme non élucidé se produit en anaérobiose ou micro-aérobiose et implique la cuproprotéine périplasmique CopI et ses partenaires potentiels encore à identifier. Ces protéines homologues et leurs partenaires potentiels seront étudiés par une approche intégrative et multidisciplinaire allant de la caractérisation in vitro (techniques avancées de résonance magnétique, transferts d’électron, …) à des études in vivo (tests de résistance au cuivre sous différentes conditions, complémentation, mutants, …). Les résultats de ce projet pourront constituer les connaissances de base pour concevoir de nouvelles molécules ciblant les voies de l'homéostasie du Cu et capables de moduler la croissance bactérienne.

La capacité d'intégrer de multiples paramètres environnementaux est essentielle pour la survie des plantes. Le fer (Fe) est un micronutriment essentiel pour tous les organismes vivants. Cependant, une faible biodisponibilité du Fe dans les sols limite souvent la croissance des plantes. Les plantes sont constamment attaquées par des agents pathogènes et ont développé un système immunitaire pour résister aux infections. La perturbation de l'homéostasie du Fe est une stratégie majeure dans les interactions hôtes-pathogènes. Cependant, les connexions moléculaires directes entre le réseau d'homéostasie du Fe et le système immunitaire de la plante n'ont pas encore été établies. En se basant sur l'identification récente d'une mutation affectant NRG1, un récepteur du système immunitaire des plantes, dans un crible de tolérance à la carence en Fe, le projet explorera l'interaction entre le système immunitaire et l’homéostasie du Fe en utilisant une combinaison de génétique moléculaire, de biochimie, d’ionomique, de transcriptomique et de métabolomique. La réponse des mutants affectés dans NRG1 et d'autres composants du système immunitaire à la carence en Fe sera caractérisée. Réciproquement, la réponse de mutants affectés dans des régulateurs de l'homéostasie du Fe aux agents pathogènes sera étudiée. La fonction de NRG1 et ses interactions génétiques et physiques avec les composants du réseau d'homéostasie du Fe seront analysées. Ces approches devraient mettre en lumière les liens moléculaires entre l'immunité et la nutrition Fe. Le partenariat impliquant des équipes travaillant sur l’homéostasie des métaux, les interactions plantes-pathogènes et la signalisation apporte toute l'expertise nécessaire à la réussite du projet. L'aboutissement du projet devrait ouvrir de nouvelles perspectives pour développer une protection à large spectre des plantes contre les agents pathogènes, tout en améliorant concomitamment la tolérance des plantes à la carence en Fe.

La production in vitro d'embryons (PIV), d’une importance croissante pour la reproduction animale, est largement utilisée en élevage bovin. Cependant, le développement d'embryons fécondés in vitro reste inefficace, puisqu’un tiers seulement des embryons bovins in vitro donnent des blastocystes. L'une des causes supposées de l'arrêt embryonnaire précoce est l'échec de l'activation du génome embryonnaire (EGA). Cette période critique pour le développement est caractérisée par un remodelage global de la chromatine et une activation progressive de la transcription, elle a lieu entre le stade 4- et 8 cellule chez le bovin, mais reste mal connue. Ainsi, l’ambition de REPRO2BOS est de mieux comprendre cette période essentielle et de développer des stratégies pour en améliorer l’efficacité. Le facteur de transcription (TF) DUX, exprimé juste avant l'EGA, joue un rôle important dans le développement chez la souris et semble même critique pour l’embryon humain. DUX est un facteur pionnier, capable de se lier à la chromatine compactée et de recruter une histone acétyltransférase (HAT), ce qui entraîne hyperacétylation de l'histone H3 sur la lysine 27 (H3K27ac), reprogrammation de la chromatine et activation de gènes cibles clés de l’EGA. Ces évènements de remodelage de la chromatine sont complexes, avec des vagues successives d’acétylation/déacétylation, qui permettent une régulation fine de la progression de l’EGA. Les enzymes modifiant la chromatine utilisent comme substrats ou cofacteurs des métabolites spécifiques, dont la disponibilité est critique dans la régulation de l’EGA. Par ailleurs, la surexpression de DUX dans les cellules souches embryonnaires (CSE) humaines et murines induit une reprogrammation vers un état de type totipotent. Ces cellules, au transcriptome proche d’embryons au stade EGA, ont un potentiel de développement plus important que les CSE conventionnelles. Notre projet est basé sur les prémices suivants obtenus chez le bovin: (1) des motifs de liaison à DUX sont présents dans des régions du génome active avant l’EGA ; (2) l’orthologue bovin DUXC est exprimé dès avant l’EGA ; (3) la neutralisation de DUXC à l’aide de siRNAs induit un arrêt de développement. Les objectifs de REPRO2BOS sont de déchiffrer le rôle et la régulation de DUXC dans le développement de l'embryon bovin, mettre en place un modèle cellulaire de reprogrammation des CSE bovines vers un état similaire au 8C, élucider les liens entre disponibilité de métabolites spécifiques et remodelage de la chromatine. Une meilleure compréhension du rôle de DUXC dans les embryons et les CSE bovines pourrait non seulement améliorer l'efficacité de la PIV, mais aussi élargir les applications potentielles des cellules souches. REPRO2BOS sera organisé en 4 tâches : La tâche 1 vise à compléter nos expériences préliminaires sur l'expression de DUXC au cours du développement embryonnaire et l'effet de sa déplétion sur l'expression des gènes (RNAseq) et le remodelage de la chromatine (H3K27ac par CUT&Tag et ATACseq). Dans la tâche 2, nous établissons un modèle cellulaire inductible pour activer l’expression de DUXC dans les CSE bovines et en étudier les conséquences sur le transcriptome ainsi que la régulation du gène. Les cibles génomiques de DUXC seront déterminées. La tâche 3 étudie les liens entre l'activité de DUXC et l'acétylation des histones après induction de DUXC dans les cellules. Enfin, la dernière tâche étudie comment de petites molécules peuvent être utilisées pour moduler la reprogrammation de l'épigénome, avec l'objectif ambitieux de contrôler cette période clé et d'améliorer le développement embryonnaire in vitro. Au final, nous espérons que notre projet aura des applications importantes pour les technologies de la reproduction chez les animaux d'élevage et développera des modèles innovants conformes aux règles 3R.

L'interaction entre les éléments transposables (ET) et leur hôte est l'un des processus co-évolutifs les plus fascinants trouvés dans la nature. La quantification de l'impact des ETs sur la valeur sélective de leur hôte (fitness) est pertinente sur le plan concret, afin d’identifier les bases moléculaires de phénotypes sélectionnés ou d’évaluer le fardeau mutationnel affectant les populations domestiquées ("coût de la domestication"). Le projet proposé ici s’intéresse à l'impact des ETs sur la fitness de l'hôte, en usant du palmier dattier (Phoenix dactylifera) comme modèle. La culture du dattier est d'une importance économique et sociale cruciale au Moyen-Orient et en Afrique du Nord, et sa consommation ne cesse d'augmenter chaque année. Cependant, le dattier est menacé par des sécheresses toujours plus fréquentes et une salinité croissante des sols du fait des changements climatiques en cours. Une caractérisation précise de sa diversité génétique est donc essentielle pour comprendre l'adaptabilité de cette espèce aux pressions environnementales anthropiques. Le projet utilisera des données génomiques pour examiner le rôle des ETs polymorphiques dans la sélection et la différenciation des variétés de palmiers dattiers à travers l'aire de répartition de l'espèce. Deux questions seront examinées en particulier : Quelle est la distribution des effets sur la fitness des ETs chez les palmiers dattiers ? Peut-on en partie prédire cette distribution à partir de données de génomique fonctionnelle telles que les réseaux de régulation de gènes ? Nous développerons et appliquerons de nouvelles méthodes en génomique des populations pour estimer la fraction d'ETs avantageux et délétères. Nous comparerons les résultats avec des annotations fonctionnelles de novo de l'organisation de la chromatine et des réseaux de régulation pour dresser une vue d'ensemble de l'impact des ETs sur une espèce pérenne d'intérêt agronomique majeur pour le développement.

Cultivées dans des conditions de carence en azote, les légumineuses établissent une association symbiotique avec des bactéries du sol fixatrices d'azote atmosphérique appelées collectivement rhizobia. Cette symbiose conduit à la formation de nouveaux organes sur les racines de la légumineuse, appelés nodosités racinaires. Dans celles-ci, les bactéries trouvent un environnement favorable pour fixer l'azote atmosphérique et le fournir sous forme réduite à leur hôte. Les cytokinines sont des régulateurs clés de la nodulation. L'objectif du projet CytoSYM est de comprendre comment un facteur de transcription (TF) impliqué dans la signalisation des cytokinines, RRB3, fonctionne à la fois comme un régulateur positif et un régulateur négatif de la mise en place des nodosités. Le projet proposé comprend 3 Work Packages (WP). Le WP1 identifiera par des approches combinées de « single cell RNAseq » (mutant rrb3 vs sauvage) et de ChIPseq les gènes cibles de RRB3 régulés dans les différents tissus de la racine en réponse aux rhizobia. Pour déterminer si la fonction transcriptionnelle de RRB3 implique la modulation de l'accessibilité de la chromatine, la compaction de la chromatine en réponse à rhizobium sera analysée par ATACseq et l'acétylation des histones par ChIPseq comparativement entre le sauvage et le mutant rrb3. Le WP2 étudiera le rôle de gènes cibles sélectionnés à partir du WP1 dans le contrôle de la nodulation grâce à des approches perte de fonction, notamment pour identifier de nouveaux acteurs ayant des rôles régulateurs positifs ou négatifs. Ce WP2 se focalisera par ailleurs sur deux acteurs clés déjà connus de la nodulation pour expliquer le double rôle de RRB3 dans la régulation de la nodulation: NIN qui est un facteur de transcription essentiel à l'initiation des nodosités, et TML2 qui est une protéine à « F-box » inhibant la nodulation. Enfin, le WP3 vise à identifier les partenaires de RRB3 capables de moduler son activité de transcription par une approche d'immunoprécipitation associée à la spectrométrie de masse. Le rôle de ces partenaires l’initiation de la nodulation sera ensuite mis en évidence notamment par des approches perte de fonction. Au final, ce projet permettra de mieux comprendre comment un facteur de transcription, RRB3, peut exercer des régulations opposées de la nodulation au cours du temps, en fonction des tissus racinaire, et en relation avec des interacteurs chromatiniens ou transcriptionnels modulant son activité, et de révéler la dynamique spatiotemporelle de l'expression génique et du remodelage de la chromatine lors des premières étapes de la nodulation symbiotique fixatrice d’azote chez les légumineuses.

Le glutathion (gammaGlu-Cys-Gly, GSH) est un métabolite essentiel chez les eucaryotes et de nombreuses bactéries. Chez les plantes, la carence en glutathion entraîne de graves défauts de développement. Le GSH se lie de manière covalente à diverses classes de molécules endogènes ou exogènes. Il peut former une liaison disulfure mixte avec les cystéines des protéines, une modification post-traductionnelle redox appelée S-glutathionylation qui est favorisée dans des conditions de stress. Il peut également être conjugué à des métabolites électrophiles pour la synthèse, le recyclage ou la distribution intracellulaire de métabolites spécialisés, réactions principalement catalysées par les glutathion transférases (GST). Le projet Glutaclick abordera des questions biologiques importantes, mais encore peu explorées, liées aux fonctions de signalisation et de conjugaison du glutathion dans un contexte de réponses au stress chez l'eucaryote photosynthétique modèle Chlamydomonas reinhardtii. Ce projet permettra de découvrir les substrats des GST d'algues afin d'élucider leurs spécificités et de déduire ainsi certaines de leurs fonctions. Ce projet aura des répercussions importantes sur la façon dont les GST sont étudiées, notamment en facilitant et en clarifiant leur(s) rôle(s) catalytique(s) et fonctionnel(s). GlutaClick donnera également un nouvel aperçu de l'importance et du rôle de la S-glutathionylation chez les eucaryotes. En identifiant un grand nombre de protéines cibles, y compris des protéines membranaires, une classe importante de protéines impliquées dans des processus cruciaux (bioénergétique, signalisation, transport ou communication intra/intercellulaire), nous espérons donner une image plus complète des processus sous le contrôle de cette modification. Le projet Glutaclick permettra de définir à la fois les conditions physiologiques déclenchant cette modification post-traductionnelle in vivo et comment cette modification est contrôlée et en particulier par quelles glutaredoxines. Il permettra également d'analyser la dynamique temporelle et quantitative du réseau de S-glutathionylation et d'élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents. Enfin, les données qualitatives et quantitatives seront utilisées pour initier la modélisation mathématique du réseau de glutathionylation et identifier des informations clés sur les caractéristiques chimiques et physiques conférant la spécificité de la glutathionylation. Nous prévoyons que de nombreux résultats obtenus dans le cadre du projet Glutaclick seront pertinents pour d'autres organismes photosynthétiques. Les données constitueront donc une mine d'informations pour la communauté des chercheurs en sciences végétales et permettront notamment d'initier des études fonctionnelles combinant des approches in vivo et in vitro. Le glutathion étant présent chez la plupart des eucaryotes et de nombreuses bactéries, les mécanismes moléculaires élucidés par nos analyses seront probablement pertinents pour la plupart des fonctions de signalisation et de conjugaison du glutathion chez les organismes photosynthétiques et non-photosynthétiques. Enfin, ce projet générera des outils chimiques et biologiques innovants qui seront utiles à la communauté scientifique pour contourner les barrières technologiques actuelles qui limitent les études visant à décrypter les rôles du GSH.

Le changement climatique est responsable de pertes massives de rendements agricoles au niveau mondial. Il est donc urgent d’adapter les variétés cultivées au futur climat. Cependant, les modèles utilisés en amélioration variétale ne sont pas assez puissants pour identifier les génotypes les mieux adaptés à chaque environnement, parce qu'ils n'intègrent aucun a priori sur les bases moléculaires de la réponse des plantes à l’environnement. Au niveau moléculaire, la tolérance des plantes à un environnement est très polygénique, déterminée par un réseau complexe régulant l’expression de gènes participants à plusieurs processus. Sélectionner différentes structures de réseaux dans différents génotypes pourrait donc permettre d'atteindre le même niveau de tolérance à une contrainte. Les éléments cis-régulateurs distaux (ECRd) jouent probablement un rôle majeur dans l'articulation de ces réseaux. Cependant, l’ampleur de la diversité structurale de ces réseaux et de leur impact sur la sélection variétale est inconnue. Ici, j’utiliserai la réponse du maïs au déficit hydrique (DH) comme modèle afin de (1) estimer la diversité des structures de réseaux sous-tendant la tolérance du maïs au DH ; (2) déterminer la façon dont la structure de ces réseaux peut contraindre ou faciliter la sélection ; (3) intégrer ces résultats dans un modèle prédictif. En m’appuyant sur des données déjà disponibles au laboratoire et des approches de pointe en biologie des systèmes des plantes et en génétique des populations, j'explorerai la diversité des réseaux de régulation sous-tendant la tolérance au DH du maïs. Je développerai ensuite un modèle puissant de prédiction du rendement du maïs en condition de DH utilisant ces résultats. Cela permettra d'éclairer le rôle des variations des ECRd et de la structure des réseaux qu’ils articulent dans le déterminisme de la tolérance au DH. Ce sera une étape clef pour préserver le rendement tout en maintenant la diversité génétique des variétés cultivées.

Les Interferon Regulatory Factor (IRF) 3 et 7 sont des facteurs de transcription clé pour l'induction initiale d’interférons de type I (IFN1), principale cytokine antivirale orchestrant les réponses innées contre les virus. Leur mécanisme d'action est bien décrit chez les mammifères mais semble différent chez les poissons. En particulier, irf3 est un ISG chez les poissons mais pas chez l'homme, et les salmonidés ont deux paralogues d’irf7 (irf7-1 et irf7-2) pouvant expliquer les différences de mécanismes d'induction de l'IFN1. Nous avons récemment isolé une lignée cellulaire de salmonidés invalidée pour irf7-1 et irf7-2, qui présente une surprenante production constitutive d'IFN1 associée à une résistance spontanée à un certain nombre de virus. Ceci nous a conduit à émettre l'hypothèse que les voies de régulation d'irf3/7 chez les poissons sont distinctes du modèle canonique décrit chez les mammifères. Alors que des analyses phylogénétiques et d'expression d'irf3/7 ont été effectuées chez les poissons, l’impact de ces facteurs de transcription sur la cinétique et l'efficacité des réponses IFN1 contre les virus reste inconnu. Pour étudier cette question, nous combinerons nos outils in vitro (lignées cellulaires k.o.) à des modèles in vivo en utilisant des poissons k.o. irf3/7. Ces approches de perte de fonction seront développées dans deux familles de poissons : les cyprinidés (lignées cellulaires de poisson zèbre irf3 et 7 ko, de tête-de-boule irf3 et 7 ko) et les salmonidés (truite arc-en-ciel irf 7-1 et 7-2 ko, lignées cellulaires de saumon chinook irf3 et 7 ko). L’utilisation industrielle potentielle des lignées cellulaires et poissons mutants à phénotypes hypersensibles ou résistants aux infections virales, pour la production de vaccins, sera évaluée. Quatre partenaires, deux unités de recherche de l'INRAE (VIM, LPGP), une du CNRS/Institut Pasteur et une société commerciale (VIRBAC) aux expertises complémentaires feront équipe pour mener à bien ce projet.

Nous avons identifié que la coordination de la floraison et du métabolisme secondaire, chez le Rosier, est médiée via certains facteurs de transcription SPL. Cette coordination est importante pour la qualité de la fleur tant sur le plan de sa couleur que des fragrances qu’elle pourra dégager, et a des implications économiques fortes. L’analyse de la dynamique d’expression des gènes SPL dans l’épiderme permettra de comprendre pourquoi certaines associations de pigments et de composés volatils sont difficiles à obtenir. Nous développerons des outils utilisant des promoteurs permettant l’expression spécifique de gènes candidats dans l’épiderme du pétale. Nous développerons des lignées où l’expression des SPL, sous une forme rendue insensible à l'action de miR156, où leur expression est inductible. L’impact sur le développement de la fleur, le métabolome, le transcriptome et la dynamique chromatinienne sera caractérisé, dans le but de comprendre le fonctionnement du réseau des gènes en aval des SPL.

La protection écologique des cultures nécessite une utilisation raisonnée des résistances génétiques des plantes. Cependant, il n’y a pas de consensus sur la stratégie optimale d’utilisation de ces résistances. L'amélioration de la durabilité des résistances variétales nécessite l'intégration des connaissances sur les événements moléculaires conduisant à la virulence dans des modèles épidémio-évolutifs pertinents. Le projet ENDURANCE se propose d’aborder cette question grâce aux concepts et aux outils de la génétique des populations. Cette discipline permet en effet, d’intégrer le(s) déterminisme(s) génétique(s) de la virulence à l’échelle de la population d’agents pathogènes. ENDURANCE implique cinq partenaires et rassemble 30 personnes (chercheurs, maîtres de conférence, ingénieurs et techniciens) qui sont à la pointe des études sur la durabilité de la résistance, étant experts en modélisation en épidémiologie évolutive, ou dans l'étude moléculaire des interactions hôte-pathogène. Notre consortium comprend des mathématiciens, des modélisateurs, des phytopathologistes, des génomiciens fonctionnels et des généticiens des populations. ENDURANCE sera coordonné par Fabien Halkett, qui possède une grande expertise en génétique des populations des agents pathogènes des plantes. En prélude au projet ENDURANCE, nous avons synthétisé les connaissances actuelles sur la durabilité de la résistance des plantes et publié une note d’opinion. Les études moléculaires mettent en évidence une grande variabilité des mécanismes, mais on sait peu de choses sur leur évolution. Inversement, la plupart des modèles traitent jusqu'à présent d’agents pathogènes génériques (asexués et haploïdes) alors que certains d’entre eux présentent des cycles de vie complexes. Dans ENDURANCE nous allons justement étudier trois espèces ayant des ploïdies et des cycles de vie différents. Notre principale hypothèse de travail est que ces différences se traduiront par une variabilité de dynamiques d'émergence et de propagation de la virulence. Nous élargirons la portée de nos conclusions grâce aux données disponibles sur la dynamique de contournement de résistances pour d'autres espèces pathogènes. Nos objectifs sont : i) d'étendre nos connaissances sur les déterminismes génétiques de la virulence par des études de génomique d'association, des analyses génomiques et de la validation fonctionnelle. ii) d’évaluer les changements temporels dans les fréquences des allèles de virulence ainsi que dans la structure génétique des populations pathogènes grâce à des séries chronologiques d'échantillons. iii) de développer de nouveaux modèles épidémio-évolutifs qui prennent en compte la diversité des déterminismes génétiques de la virulence, ainsi que les particularités des cycles de vie de nos organismes. Ces objectifs définissent les trois tâches du projet ENDURANCE, tâches qui seront menées en étroites collaborations. Outre la collaboration scientifique, ENDURANCE vise également à partager les connaissances techniques et à assurer le transfert de méthodologies entre les partenaires afin d’accélérer nos gains de connaissance. Nous mettrons l’accent sur la mise en évidence des interactions complexes entre les loci et la mesure du coût de la virulence. Nous bénéficierons de grandes collections historiques pour étudier les dynamiques transitoires. Nous développerons à la fois des modèles mathématiques (basés sur le formalisme semi-discret qui correspond aux cycles de vie des agents pathogènes) et des modèles par simulations pour prendre en compte toutes les spécificités des trois espèces d’intérêt. Les prédictions théoriques seront confrontées à des données empiriques et, le cas échéant, les paramètres des modèles seront inférés à l’aide d'analyses de génétique des populations. Notre résultat ultime sera de déterminer la meilleure stratégie pour le déploiement de cultivars génétiquement résistants en intégrant, du gène à la population, toutes les connaissances biologiques.

La reproduction sexuée chez les plantes comprend une succession de phases de développement qui génèrent d'abord des spores haploïdes génétiquement distinctes au cours de la méïose. Après plusieurs cycles de division, les spores mâles et femelles finissent par se différencier respectivement en deux gamètes mâles et deux gamètes femelles (cellule œuf, cellule centrale). La double fécondation des gamètes produit alors un embryon et son tissu nourricier, l'albumen, qui se développent tous deux au sein d'une graine. Au cours de ces phases, des changements massifs dans les compartiments cellulaires, de l'architecture des chromosomes et de la structure de la chromatine se produisent dans un laps de temps relativement court. Malheureusement, ces événements dynamiques se déroulent au sein des organes floraux et dans un nombre limité de cellules, ce qui complique les recherches et a laissé de nombreuses questions en suspens pendant de nombreuses années. Des protocoles d'imagerie en direct ont été développés et permettent maintenant d'observer les cellules reproductrices directement à partir de tissus vivants pendant toutes les phases clés de la reproduction des plantes (méiose, gamétogenèse, fécondation, embryogenèse). Le développement récent, par les partenaires du projet, du système ANCHOR - un nouveau système de marquage de l'ADN - permet de suivre en temps réel la dynamique d'un locus unique dans une cellule vivante. ANCHOR comprend une protéine OR fusionnée à un rapporteur fluorescent qui se lie à une séquence cible ANCH. Ce nouvel outil offre une possibilité sans précédent et complémentaire aux approches d'imagerie pour répondre aux questions liées à la dynamique des chromosomes dans les tissus reproducteurs vivants. En tirant parti du système ANCHOR et en le couplant à d’autres approches de marquage très pointues, le projet DYSCORD vise à mieux comprendre deux étapes importantes de la reproduction (la reconnaissance des chromosomes parentaux pendant la méiose et l'empreinte génomique dans l'endosperme). Dans le work package 1, une collection de lignées d’Arabidopsis thaliana possédant le système de marquage ANCHOR distribué dans l'ensemble du génome sera générée afin de pouvoir observer simultanément et en temps-réel jusqu'à trois loci non liés dans un seul et unique noyau. A noter que cette collection sera accessible à l’ensemble de la communauté scientifique. Dans le second work package, nous étudierons la dynamique des chromosomes pendant la méiose, une étape au cours de laquelle les chromosomes parentaux sont étroitement associés les uns aux autres. Nous utiliserons les lignées ANCHOR pour déterminer la dynamique des interactions entre chromosomes homologues et comparer le comportement de différentes régions chromosomiques soit dans le type sauvage et dans des mutants méiotiques. Le work package 3 se concentrera sur la compréhension du comportement des gènes soumis à l'empreinte parentale caractérisés par une expression monoallélique pendant le développement de l'albumen en s'appuyant sur l'imagerie en temps-réel. La dynamique des différents allèles parentaux fluorescents marqués par ANCHOR et leur activité transcriptionnelle à l'aide de technologies d'imagerie basées sur l'ARN en direct seront visualisées simultanément pendant le développement de l'albumen chez le type sauvage et chez les mutants rétablissant l'expression biallélique de ces gènes soumis à l'empreinte. Les résultats obtenus dans le cadre de DYSCORD sur A. thaliana profiteront à l'ensemble de la communauté scientifique travaillant dans le domaine de la méiose et de la reproduction, mais généreront également plusieurs réalisations techniques révolutionnaires en biologie cellulaire et en imagerie en temps réelle, qui devraient profiter à l'ensemble de la communauté scientifique végétale.

Les nématodes à galles (RKN) sont des vers microscopiques qui parasitent les racines des plantes et constituent l'un des principaux ravageurs des cultures dans le monde. La large gamme d'hôtes de ces ravageurs comprend plus de 5000 espèces de plantes, dont la plupart des plantes cultivées. Chaque année, les nématodes à galles sont responsables de plus de 10 milliards de dollars de pertes agricoles dans le monde. Une fois à l'intérieur de la racine, les nématodes à galles induisent la dédifférenciation des cellules vasculaires de la racine en cellules nourricières géantes, hypermétaboliques et multinucléées. Les cellules entourant les cellules nourricières géantes et les larves de nématodes se divisent et entament une différenciation vasculaire, l'ensemble formant le site nourricier du nématode. La formation du site nourricier conduit à l'apparition de galles racinaires, qui est le symptôme caractéristique de l'infection par les nématodes à galles. L'ontogenèse du site nourricier induit par le nématode constitue donc un modèle physiopathologique original pour l'étude des réarrangements de la paroi cellulaire. Dans un récent article nous avons décrit l'induction de petits ARN non codants, des microARN, dans les galles par une diminution du niveau de cuivre et une sensibilité réduite des plantes à l'infection par le RKN lorsque les plantes sont arrosées avec une solution de sulfate de cuivre non toxique. En outre, des résultats préliminaires obtenus chez Arabidopsis et la tomate ont montré une diminution de la teneur en cuivre dans les galles par rapport aux racines non infectées. Ces résultats suggèrent donc que l'infection par RKN est associée à une diminution du cuivre dans les cellules des galles. Les microARN cuivre induits dans les galles répriment l'expression des gènes codant pour des protéines non essentielles de liaison au cuivre. Ces protéines de liaison au cuivre, telles que les uclacyanines ou les laccases, sont impliquées dans le dépôt de lignine dans les tissus racinaires. Lors de la formation du site nourricier, les tissus entourant les cellules nourricières géantes sont réarrangés. L'endoderme, une couche cellulaire spécialisée renforcée par le dépôt de subérine et une bande de lignine appelée cadre de Caspari, qui entoure initialement le site nourricier lors de son induction, est dégradée. Cette dégradation du cadre de Caspari se produit en même temps que la formation du périderme à partir des cellules du péricycle en division, qui présentent un dépôt de lignine et de subérine dans leur paroi cellulaire. Enfin, le site nourricier mature induit par les nématodes est entouré par une cage de cellules du xylème et du phloème formée de novo. Par conséquent, le site nourricier induit par les nématodes à galles constitue un modèle original pour étudier le rôle du cuivre dans la formation du cadre de Caspari, le remodelage de la paroi cellulaire et le réarrangement des tissus dans les racines d'Arabidopsis et de tomate. Le projet CROWN propose d'intégrer des approches i) d'analyse élémentaire dont notamment des technologies de pointe en microscopie élémentaire (imagerie par fluorescence X), ii) de séquençage omique, iii) de génétique inverse et enfin iv) de biologie cellulaire pour comprendre comment la diminution du taux de cuivre dans les cellules racinaires induit par l'infection par les nématodes à galles pourrait affecter le remodelage de la paroi cellulaire dans les galles et en particulier la dégradation du cadre de Caspari, le dépôt de lignine du périderme et la lignification des vaisseaux du xylème. Pour répondre à ces questions, CROWN réunit les compétences d’experts de l'infection par les nématodes à galles, de l’étude de l'homéostasie des métaux et enfin de l’étude de de la différenciation de l’endoderme et du remodelage de la paroi cellulaire.

Une meilleure compréhension des événements précoces de la reproduction est un enjeu majeur en élevage bovin, où les taux d’échecs restent élevés, avec typiquement 40% avant 7 jours de gestation. Les spermatozoïdes (spz) en route vers l’ovocyte subissent une sélection drastique, doivent acquérir leur pouvoir fécondant et survivre jusqu’à l’ovulation : ces événements ont lieu dans l’oviducte, où se déroule aussi la fécondation, en présence de microflux de fluide oviductal. Dans l’isthme de l’oviducte, une fraction des spz se lie aux cellules épithéliales, formant un « réservoir spermatique fonctionnel », tandis que d’autres spz se dirigent directement vers le lieu de la fécondation. Des études in vitro ont permis d’identifier certains acteurs moléculaires des interactions spz-oviducte et un impact positif de ces interactions sur la viabilité et la capacitation des spz. Cependant, les modèles utilisés sont éloignés de la physiologie complexe de la lumière de l’oviducte. Par ailleurs, le rôle des interactions entre spz et oviducte reste mal compris : le réservoir spermatique sélectionne-t-il les spz les plus aptes à féconder et à former un embryon viable ou, au contraire, piègent-ils les moins bons ? La liaison des spz au réservoir déclenche-t-elle une réponse moléculaire et fonctionnelle de l’oviducte ? Quel en est l’impact pour le développement embryonnaire ultérieur ? Le projet SELECT vise à répondre à ces questions en combinant pour la première fois un modèle innovant d’organoides d’oviducte bovin à la microfluidique. SELECT rassemble deux unités INRAE spécialistes des événements précoces de la reproduction bovine et le laboratoire Applied Microfluidics for BioEngineering Research de l’Université de Twente (Pays-Bas) pour son expertise en microfluidique appliquée à la biologie de la reproduction. Les connaissances générées par SELECT permettront d’améliorer la longévité des animaux d’élevage et développer de nouvelles stratégies de conservation de la biodiversité.

Les progrès des techniques de séquençage et des pipelines d'assemblage de génomes ont permis le développement de projets à grande échelle axés sur la production de génomes de référence de haute qualité qui contribueront à une meilleure compréhension de la diversité et de l'évolution des espèces. Les données issues de ces initiatives ont permis de réaliser des études à l'échelle du pangénome, permettant de passer d'une analyse de la diversité génomique au niveau de l'individu à une analyse au niveau des espèces, ainsi que d'identifier les gènes clés impliqués dans l'adaptation à des environnements contrastés. Les résultats de ces recherches ont redéfini l'importance des espèces sauvages dans la recherche de traits adaptatifs au climat, puisque certains gènes qui pourraient être la cible de la sélection ne sont tout simplement pas présents chez les espèces cultivées. Le café est principalement produit par deux espèces du genre Coffea : C. arabica et C. canephora. Ces espèces sont sensibles aux variations climatiques et une perte de 50 % des zones cultivables est attendue d'ici 2050, avec des impacts socio-économiques considérables. Cependant, des alternatives existent via des espèces sauvages mieux adaptées aux climats contrastés et qui pourraient remplacer les espèces cultivées ou être utilisées dans les programmes de sélection. Néanmoins, la diversité des espèces sauvages de Coffea reste mal connue au niveau génétique et génomique et les facteurs liés à leur adaptation à des climats contrastés sont peu étudiés. Nos connaissances actuelles sont insuffisantes pour obtenir une compréhension complète de l'évolution de la structure du génome, des variations structurales et de l’adaptation des caféiers en raison du manque de ressources génomiques. L'objectif de notre projet est de commencer à remédier à cette situation en profitant du développement de nouvelles technologies de séquençage et d'outils bioinformatiques pour l'assemblage du génome, la génomique comparative et l'intégration du pangénome. La diversité des espèces sauvages conservées dans des collections ex-situ, les ressources phénotypiques et les informations environnementales sont disponibles. Nos principaux objectifs sont d'obtenir, par le biais d'une approche interdisciplinaire (i) des assemblages de génomes de référence et des transcriptomes hautement contigus, précis et annotés de 33 espèces sauvages, représentant la diversité du genre sur la base des relations phylogénétiques; (ii) une vue complète de l'évolution structurelle du génome dans le genre Coffea avec l'intégration d'éléments génomiques tels que les grandes variations structurelles (SV) et la contraction-expansion d'éléments transposables (TE) sur un pas de temps évolutif de 15 My; (iii) une histoire évolutive détaillée des voies de biosynthèse et des clusters, comme la voie de biosynthèse de la caféine; (iv) un assemblage d'un super-pangénome au niveau du genre intégrant le génome principal et les génomes dispensables et les relations entre le génome dispensable et les facteurs impliqués dans l'adaptation environnementale ; et enfin (v) l'intégration des résultats de la recherche dans un système de visualisation permettant de parcourir les annotations, les familles de gènes, les relations orthologues et paralogues, la colinéarité des loci d'intérêt et d'afficher les pangénomes. Les résultats de notre projet auront des implications majeures sur la connaissance de l'évolution des caractéristiques structurelles d'un genre d'arbre tropical, sur le schéma évolutif des voies de biosynthèse et sur l'association entre la fonction des gènes des génomes "shell" et "cloud" et leur implication dans l'adaptation aux contraintes environnementales. Notre ambition est de fournir des ressources ouvertes et des plateformes collaboratives pour promouvoir l'utilisation des espèces sauvages dans les futurs programmes d'amélioration et pour soutenir leur protection et leur conservation.

Le projet PaterLeg s’interesse à la question émergente de l'héritage des petits ARN non codant sncRNAs du sperme et de leur potentiel à façonner le développement de l'embryon et à transmettre d’éventuels phénotypes acquis par le père. Le décryptage du "code de l'ARN du sperme" et de ses conséquences sur l'expression des gènes de la progéniture pourrait faire évoluer le domaine vers des applications dans les domaines de la médecine humaine de la reproduction et de l'élevage de précision. Nous souhaitons ici évaluer dans quelle mesure les sncRNAs du sperme peuvent influencer le développement précoce de l'embryon de mammifères. Nous utiliserons pour cela l'embryon bovin comme modèle d'embryon non rongeur. En effet la souris présente des caractéristiques particulières de régulation du développement précoce, qui n’en font pas toujours un modèle pertinent pour les autres mammifères. De plus, l'impact économique des biotechnologies du sperme et de l'embryon dans la sélection génétique est important pour la filière bovine. Nous évaluerons d'abord l’apport paternel en sncRNAs à l'embryon précoce, en le comparant au contenu de l'ovocyte et aux sncRNAs synthétisés par l'embryon lui-même. Nous explorerons ensuite le rôle des sncRNAs hérités du père par des expériences de surexpression ou d’inhibition artificielle dans l'embryon, de petits groupes de sncRNAs sélectionnés parmi les scnRNAs différentiellement présents dans les spermatozoides de taureaux fertiles versus subfertiles, et/ou acquis tardivement par le spermatozoide, au cours de son passage dans l’épididyme. Les embryons résultants seront phénotypés par une analyse morphocinétique de leur développement préimplantatoire, l’intégration des données RNAseq et sncRNAseq et par analyse de leur protéome. Grâce à des approches mathématiques originales, des réseaux de gènes seront déduits des ensembles de données temporelles et interventionnelles générées par PaterLeg afin de formuler et de valider de nouvelles hypothèses sur le rôle des sncRNA du sperme. PaterLeg améliorera donc nos connaissances des mécanismes moléculaires régissant le développement des mammifères. Il ouvrira également la possibilité d'améliorer le développement embryonnaire précoce par de nouvelles approches biotechnologiques et contribuera à la validation de sncRNAs candidats comme marqueurs de la fertilité des taureaux.

Le maintien de l'intégrité du génome est essentiel au sein des méristèmes qui génèrent de nouveaux organes et tissus tout au long de la vie de la plante. Plusieurs facteurs de transcription contrôlant la réponse aux lésions de l'ADN (DDR pour DNA Damage Response) ont été identifiés. Cependant, comment et dans quel ordre ils agissent pour induire des réponses différentes dans les différents types cellulaires reste une question ouverte. L'activation coordonnée de niveaux de réponse successifs, et le contrôle différentiel de la division et de la mort cellulaire selon les types de cellule sont indispensables pour préserver la fonction méristématique en réponse aux lésions de l'ADN. Dans ce projet, nous proposons de résoudre spatialement et temporellement le réseau de régulation associé à la DDR dans le méristème racinaire. Celui-ci est généralement le premier exposé aux substances toxiques potentiellement présentes dans l'environnement, et est également essentiel à la croissance des racines, et donc de la plante entière. En combinant des techniques de génomique les plus récentes (snRNAseq et snATACseq), de biologie cellulaire (live-imaging) et de biochimie (marquage de proximité), nous reconstruirons les réseaux de régulation mis en jeu de manière cellule-spécifique. Ce modèle sera validé par des approches de génétique inverse et de biologie moléculaire (ChIP). Au-delà de la résolution spatio-temporelle de la DDR, qui est indispensable pour comprendre comment la fonction méristématique est préservée en réponse au stress, la mise en place de ces approches intégratives ouvrira la voie à des études similaires appliquées à d'autres contextes physiologiques tels que le stress thermique ou la sècheresse, ce qui permettra ainsi d'aborder les défis majeurs associés à la croissance des plantes dans le contexte du changement climatique.

Identifier des stratégies alimentaires innovantes pour moduler la fonctionnalité du microbiote intestinal est crucial pour la prévention des maladies métaboliques et inflammatoires chroniques, ce microbiote jouant un rôle central dans ces pathologies en lien avec l’alimentation occidentale. L’objectif du projet interdisciplinaire LACTIBIOTA est de mettre en évidence l’impact de bactéries lactiques et de lipides laitiers d’intérêt sur la fonctionnalité du microbiote humain grâce à l’utilisation d’un modèle in vitro innovant, et d’en étudier les conséquences physiologiques chez l’hôte in vivo. La composition du microbiote et ses fonctionnalités (pouvoir pro-inflammatoire, expressions géniques, métabolites bioactifs) seront analysées de manière approfondie. Par notre stratégie originale consistant à coloniser des souris avec les microbiotes humains modifiés in vitro, nous pourrons démontrer que leur modulation par les composés laitiers exerce un effet préventif propre sur les désordres métaboliques et inflammatoires chroniques chez l’hôte.

Dans un contexte d'amélioration d’une alimentation saine et durable, tout en assurant la sécurité alimentaire, la recherche d'aliments innovants est cruciale pour les années à venir. La filière française des macroalgues pourrait s’avérer intéressante en raison de la disponibilité de cette ressource marine naturelle. Les macroalgues entières sont peu exploitées comme source alimentaire alors qu'elles sont nutritionnellement denses et contiennent des niveaux relativement élevés de microconstituants bioactifs dont les bénéfices nutraceutiques potentiels ont été démontrés à partir d’extraits ou de composés purifiés. Le projet multidisciplinaire ALGOMENU vise à évaluer le potentiel des macroalgues entières du marché français comme source alimentaire sûre et contribuant à une alimentation saine par la modulation de l'écosystème intestinal. Nous proposons 1) de sélectionner des espèces de macroalgues d'intérêt par la caractérisation de la composition biochimique des profils nutritionnel et nutraceutique et de tester des processus écologiques pour réduire les contaminants et augmenter la biodisponibilité des composés bioactifs ; 2) d'évaluer in vivo la tolérance et l'impact de la consommation des macroalgues sélectionnées sur la digestibilité et métabolisme des protéines du régime alimentaire ainsi que l'impact sur l'écosystème digestif et les répercussions métaboliques systémiques (dont le métabolisme des métaux) sur modèle murin nourri avec un régime équilibré ou un régime riche en calories, représentatif de la population occidentale ; et 3) d’évaluer l'acceptabilité par les consommateurs des macroalgues comestibles dans le régime alimentaire par des approches sociologiques et de perception alimentaires, notamment de nouveaux produits formulés contenant des macroalgues. Les résultats du projet permettront de déterminer si les macroalgues marines entières sont de bonnes candidates pour la transition alimentaire avec des avantages nutritionnels et/ou nutraceutiques.

En ville, les inconvénients de l'imperméabilisation des sols (inondations par ruissellement des eaux de pluie, bien-être des habitants dans les îlots de chaleur urbains) sont exacerbés par le changement climatique. La désimperméabilisation est donc une nécessité. Cependant, il faut tenir compte de ses inconvénients tels que la remobilisation de polluants. La désimperméabilisation, étape du processus de renaturation, est en outre un élément de réponse à l'objectif européen de « zéro artificialisation nette » (ZAN) » à l’horizon 2050, adopté par la loi climat et résilience en août 2021. Son marché est en pleine expansion. Cependant, les autorités locales manquent d'outils et de méthodologies, par exemple pour définir des stratégies de désimperméabilisation à différentes échelles de leur territoire. Dans ce cadre, le projet Permépolis ambitionne de développer une méthode pour coconstruire des stratégies territoriales de désimperméabilisation. Considérant les différentes réglementations (e.g. urbanisme et environnement), les différents bénéfices et risques associés à la désimperméabilisation, et les différents points de vue des acteurs, le projet PerméPolis identifie la problématique suivante : Comment combiner, dans un cadre coconstruit avec les parties prenantes, les informations techniques, juridiques et sociales pertinentes, afin de converger vers une stratégie efficace de désimperméabilisation des sols en zones urbanisées ? Le projet associe, dans une approche interdisciplinaire, des instituts de recherche publics (Univ. Eiffel, Nantes Univ., MinesParis-PSL, UTC, ESGT, ONERA, BRGM, Cerema), un partenaire privé (OTEIS) et une collectivité territoriale (Nantes Métropole). Le consortium traitera plus particulièrement les questions de recherche suivantes : i) Comment mieux caractériser les propriétés des sols scellés à l'échelle territoriale ? Le consortium vise à améliorer l'acquisition et le traitement de données hyperspectrales pour cartographier la nature et les propriétés des surfaces imperméabilisées (matériaux, albédo, fréquence d'utilisation…) et cartographier les propriétés foncières des sols et les contraintes légales ; ii) Comment mieux caractériser les bénéfices et les risques associés à la désimperméabilisation des sols ? Le projet vise à évaluer les effets sur les inondations par ruissellement et le confort thermique ainsi que sur la remobilisation potentielle de polluants ; iii) Comment coconstruire une stratégie de désimperméabilisation à l’échelle territoriale et locale ? Le consortium vise à développer une méthode et à démontrer sa réplicabilité sur plusieurs territoires (métropole et outre-mer), en tenant compte de leurs spécificités, des facteurs de divergence (points de vue des acteurs, réglementations, contraintes légales) ainsi que des incertitudes. Le principal résultat attendu est une méthode pour coconstruire avec les parties prenantes des stratégies de désimperméabilisation optimisées et des outils associés. L’outil d’analyse multicritères couplée à un SIG permettra d’améliorer la robustesse de la carte de potentiel de désimperméabilisation (au regard de l'analyse bénéfice/risque, des usages, des points de vue des parties prenantes, des incertitudes) et d’aider à la co-construction de scénarios de désimperméabilisation. Le jeu sérieux dédié aux acteurs facilitera le processus de co-construction grâce à la compréhension de la complexité de la ville et des enjeux de la désimperméabilisation. Le projet produira également des cartes thématiques sur la zone d'étude pilote (territoire de Nantes Métropole) permettant d'améliorer la connaissance du système urbain, tout en intégrant une représentation des incertitudes. L'intelligence artificielle et la géostatistique seront utilisées pour répondre aux incertitudes, qui seront qualifiées de manière concertée pour faciliter leur combinaison sous SIG et leur prise en compte dans le processus de décision.

La collecte et l'analyse statistique de signaux physiologiques sont maintenant omniprésentes, que ce soit pour le suivi des patients dans les hôpitaux ou pour des données de recherche en neurosciences. Si les méthodes statistiques basées sur des traitements manuels sont efficaces pour capturer des effets bien identifiés, elles nécessitent des hypothèses claires sur les processus physiologiques sous-jacents. Les approches non-supervisées automatisées offrent la possibilité d'explorer et d'exploiter ces signaux. Pourtant, les algorithmes non-supervisés génériques restent limités pour ces données. Les signaux physiologiques sont généralement enregistrés avec les événements environnants, qui ne sont généralement pas exploités par les méthodes non-supervisées. Ils peuvent aussi être décrits sous la forme d'événements caractéristiques, tels que les battements de cœur dans les ECG. En s'appuyant sur cette notion d'événements, l'objectif principal de EBUL est de développer une nouvelle génération de méthodes d'apprentissage non-supervisées qui modélisent conjointement les signaux physiologiques et les événements. EBUL développera des méthodes d'apprentissage automatique du signal et favorisera l'émergence de nouveaux défis en se concentrant sur deux problèmes : 1) des méthodes non-supervisées de bout en bout pour modéliser conjointement des signaux et des événements physiologiques, et 2) des modèles d'événements physiologiques avec des processus ponctuels multivariés. Les méthodes développées dans EBUL auront de larges applications dans les domaines où les signaux physiques enrichis d'événements sont traités. Cependant, l'objectif principal de EBUL sera de traiter des signaux physiologiques. Les outils développés seront évalués sur des données venant d'enregistrement pendant l’anesthésie générale, afin d'aider les anesthésistes à développer des outils pour adapter au mieux leurs procédures à leur patient. Le logiciel open source produit dans EBUL assurera un large impact au projet.

Le projet Semi-Amor vise à améliorer l'état-de-l'art en traitement automatique des langues (TAL) dans le cas des tâches pour lesquelles les sorties sont fortement contraintes, comme par exemple la génération contrôlée, l'analyse syntaxique ou sémantique, l'extraction conjointe d'entités et de relations. Nous nous intéresserons plus particulièrement à l'application de la relaxation lagrangienne pour attaquer l'intractabilité des calculs de fonctions de perte et des problèmes de décodage. Nous proposons de remplacer les algorithmes itératifs communément utilisés dans ce cadre par des réseaux neuronaux d'inférence pour améliorer les temps d'apprentissage et de décodage. Les impacts à long terme portent sur tous les cadres d'applications dans lesquels l'agrandissement des réseaux de neurones ne peut pas être la seule solution, par exemple l'analyse sémantique pour les interfaces humain-machine où les sorties mal formées sont bloquantes, ou les chaînes de traitement pour les langues peu dotées qui ne bénéficient de modèles de langue de grande dimension.

Les méthodes d'IA alimentées par les réseaux de neurones profonds (DNN) connaissent un tel succès que certaines études affirment qu'elles ont dépassé les performances humaines. Leur nature complexe de boîte noire, le manque de généralisation hors distribution (OOD) et la considération erronée de la corrélation au lieu de la causalité, peuvent avoir des conséquences graves pour la prise de décision basée sur les données, limitent leur fiabilité et leur acceptation sociale. D’où la quête de robustesse et d'explicabilité des modèles d'IA. L'IA explicable (XAI) est un sujet brûlant, qui est devenu une préoccupation politique et juridique. Avec l'utilisation croissante de l'IA dans les systèmes régissant notre société, des décisions importantes basées sur les prédictions des DNN peuvent être prises avec un grand impact sur la vie humaine. Pour s'assurer que ces systèmes restent en phase avec les intérêts sociaux, il est crucial de rendre fiables les prédictions en apportant au modèle d'IA plus de robustesse, transparence et d’explicabilité. XAI a un panel d'objectifs ; la fiabilité est le principal et, un autre est la causalité. La causalité offre un complément au ML, lui permettant d'aller au-delà des associations. L'apprentissage d'un modèle causal fournit les mécanismes à l'origine des dépendances statistiques observées et permet de modéliser les changements de distribution via les interventions et de lever le voile sur le processus du modèle conduisant à une prédiction. Ainsi, la généralisation OOD ne se limite pas à la performance prédictive ou à la robustesse, mais également à l'explicabilité et à la fiabilité du processus du modèle à travers les changements de distributions. Ainsi, la causalité pour XAI et la généralisation est une préoccupation clé. Ce projet vise à développer une approche qui bénéficie des avancées récentes de causalité pour s'attaquer aux problèmes modernes de ML tels que XAI et la généralisation pour un processus décisionnel fiable et éclairé.

Ce projet se situe à l’interface de l’apprentissage statistique (principalement apprentissage profond) et de l’optimisation combinatoire (principalement stochastique et évolutionnaire). Son originalité est de proposer un couplage entre les deux types d'approches, fondé sur 3 modules: i/ la recherche d'un plongement continu de l'espace combinatoire, respectant les régularités du domaine et/ou de la fonction objectif (e.g., propriétés d'invariance ou d'équivariance); ii/ l'utilisation de ce plongement pour fonder une relaxation continue du problème combinatoire, supportant des recherches locales efficaces fondées sur le gradient (sur la fonction objectif et/ou sur la distribution de Boltzmann associée); iii/ l'utilisation de représentation et d'estimation de distribution sous forme discrète (particules), et d'opérateurs de transport de particules réalisant la convergence de cette distribution vers la distribution cible (Boltzmann). Les retombées visent la conception et la justification d'un couplage effectif entre l'apprentissage de représentations et la modélisation évolutionnaire pour l'optimisation combinatoire. Un tel couplage favorisera les avancées algorithmiques et fondamentales. En particulier, l'analyse de convergence et la justification du mécanisme de transport proposé s'appuieront sur la forme close de la distribution cible.

L'utilisation des techniques d'intelligence artificielle (IA) dans les sciences naturelles est devenue omniprésente, en raison de leur capacité à prédire un résultat donné à partir de données d'entrée potentiellement complexes. Cependant, dans l'intérêt de la connaissance scientifique, l'IA ne peut pas être utilisée comme une recette toute faite, mais doit conduire à des explications scientifiques, ce qui nécessite l'utilisation de l'IA explicable (xAI). Si la xAI peut correspondre à des modèles relativement simples lorsque peu de variables sont impliquées, elle devient une tâche difficile dans un cadre à haute dimension. VITE vise donc à construire des outils fiables avec des garanties statistiques précises pour comprendre l'impact d'une variable donnée utilisée pour prédire un résultat d'intérêt. L'approche doit être agnostique vis-à-vis des modèles. Pour cela, nous proposons d'étendre les schémas de permutation conditionnelle proposés récemment. Nous voulons étudier en profondeur les garanties théoriques qui découlent de telles procédures. Deuxièmement, pour mieux prendre en compte les dépendances complexes qui existent entre les variables, nous voulons construire des tests qui capturent ces dépendances, en généralisant l'utilisation de méthodes d'échantillonnage. De telles méthodes d'échantillonnage peuvent être considérées comme un cas particulier des modèles génératifs maintenant populaires en IA. Enfin, nous aimerions mettre ces procédures à la disposition des utilisateurs. Pour cela, nous éditerons un logiciel utilisant une API compatible avec scikit-learn. Il comprendra des exemples montrant l'utilisation de l'importance des variables dans plusieurs exemples réalistes provenant de l'imagerie génétique du cerveau.

L’objectif général est de proposer un outil d’interprétation de requêtes SQL « respectueux de la vie privée » au sens de la confidentialité différentielle s’intégrant dans PostgreSQL. Ces requêtes iront de la forme Select-Project-Join-Aggregation (SPJA) aux exports de releases (DUMP) d’une partie de la base pour pouvoir travailler sur celle-ci comme si elle ne contenait aucune donnée sensible. Ce projet s’appuie sur l’outil en production PostgreSQL Anonymizer développé par la société Dalibo, qui est membre du consortium. Précisément, l’objectif principal est d’étendre les modèles d’anonymisation déjà intégrés dans cet outil (pseudonymisation, k-anonymat et ajout de bruit) à d’autres modèles vérifiant la DP, existant ou à construire, pour des requêtes SPJA et DUMP, de les intégrer à PostgreSQL Anonymizer et interdire les inférences individuelles à partir des réponses à ces requêtes.

Les cristaux liquides dits nématiques sont le plus souvent formés de molécules organiques, en forme de bâtonnets, qui s’alignent parallèlement les unes aux autres, tout en restant dans un état fluide. Ils sont utilisés principalement dans les afficheurs à cristaux liquides qui dominent de nos jours l’énorme marché des écrans plats. Ces dispositifs électro-optiques utilisent astucieusement l’anisotropie des propriétés optiques, élastiques et électriques des substances nématiques pour obtenir à la fois un bon contraste et une grande vitesse d’affichage. Toutefois, les technologies actuelles des afficheurs à cristaux liquides ne sont pas bien adaptées aux dispositifs nomades tels que les liseuses et les étiquettes électroniques de magasins à cause de leur trop grande consommation énergétique due à la cadence rapide de rafraichissement et au besoin d’une source interne de lumière. Ces segments importants du marché des afficheurs restent donc captifs de technologies concurrentes comme l’encre électronique. Une faible consommation énergétique serait aussi un avantage crucial pour le marché des « fenêtres intelligentes » dont la transmission peut être ajustée en appliquant une différence de potentiel électrique. D’un point de vue plus fondamental, les propriétés mécaniques des nématiques de molécules en forme de bâtonnets, utilisées en affichage, sont définies par leurs trois constantes élastiques pour des déformations en éventail, en torsion et en flexion. En fait, ces trois constantes ne varient d’habitude pas beaucoup d’un composé à un autre. Toutefois, au cours de la dernière décennie, une nouvelle grande famille de composés nématiques avec une forme moléculaire courbée a été inventée par les chimistes organiciens. Ces nouvelles molécules courbées sont actuellement très étudiées, dans le monde entier, essentiellement car elles présentent des organisations nématiques modulées originales en plus de l’état cristal-liquide nématique habituel. Or, il se trouve que ce dernier, pour les molécules courbées, diffère grandement du nématique formé de molécules en bâtonnets ordinaires, utilisé dans les afficheurs, car sa constante élastique de flexion est inférieure de deux ordres de grandeur. En fait, cette très faible constante élastique nématique des molécules courbées modifie complètement le contexte des mécanismes physiques qui sont à la base des afficheurs à cristaux liquides. Nous proposons ici d’exploiter cette opportunité en construisant deux démonstrateurs de nouveaux afficheurs à cristaux liquides combinant faible consommation énergétique, grand taux de multiplexage et bonne qualité optique. En effet, nos expériences et simulations numériques préliminaires ont mis en évidence le grand potentiel de ces matériaux originaux pour leur application à des dispositifs nématiques bistables basés sur des architectures de cellules et des mécanismes de commutation soit classiques (nématique tordu) soit inédits. Au cours de ce projet, nous optimiserons les mélanges cristaux-liquides de molécules courbées pour ces applications et nous élaborerons des dispositifs bistables à faible consommation et opérant en réflexion/transmission, avec ou sans polariseurs. Pour démontrer la faisabilité de cette nouvelle technologie nématique, nous en préparerons deux démonstrateurs et nous en étudierons les caractéristiques. Notre consortium rassemble cinq partenaires, purement académiques ou liés à l’industrie, qui sont des experts dans l’étude des propriétés structurales et la formulation de mélanges cristaux-liquides, les propriétés électro-optiques des cristaux liquides, les mécanismes fondamentaux des afficheurs à cristaux liquides et la conception de tels démonstrateurs.

Le projet UniPoLaser a pour ambition de fournir la première démonstration de lasers polaritoniques unipolaires dans l'infrarouge moyen (MIR). Contrairement aux lasers à cascade quantique standard qui sont basés sur l'inversion de la population d'électrons, les dispositifs proposés ici reposent sur la diffusion stimulée par l'état final de polaritons. Dans ce projet, nous considérerons des dispositifs avec un pompage optique et électrique. Pour le cas optique, nous étudierons la diffusion paramétrique polariton-polariton étant du aux effets de Coulomb et de saturation dans le but de démontrer pour la première fois un oscillateur paramétrique polaritonique dans le MIR. À cet égard, nous proposons des approches innovantes pour améliorer l'efficacité de la diffusion et la durée de vie des polaritons, qui sont les paramètres clés pour obtenir un gain net dans ces systèmes. Pour les dispositifs à pompage électrique, nous considérerons une configuration complètement nouvelle exploitant des états liés induits par la cavité récemment découverts (en raison du couplage avec une cavité, une transition ionisée est poussée à une énergie inférieure et devient un état lié). Nous utiliserons cette nouvelle architecture polaritonique pour pomper électriquement le continuum de manière non résonnante et créer les conditions pour peupler l'état lié induit par la cavité. Ainsi, nous serons en mesure d'explorer un dispositif de pompage électrique dans un régime de stimulation par l'état final. L'objectif est de démontrer le premier laser à polaritons pompé électriquement dans le MIR, avec la possibilité de réduire considérablement le seuil d'émission par rapport aux lasers à semi-conducteurs conventionnels.

SWAG est un projet de recherche pluridisciplinaire à l’interface entre la spintronique, l’électronique moléculaire et l’électrochimie pour la fonctionnalisation contrôlée de surfaces. SWAG emprunte une approche originale pour pousser au développement de la spintronique organique. La protection imperméable de surfaces ferromagnétiques par du graphène et la fonctionnalisation moléculaire du graphène constituent les deux briques technologiques essentielles. Cette synergie a permis de débloquer pour la première fois un verrou technologique majeur dans le domaine de la spintronique organique : la qualité des interfaces. Au-delà de cet aspect primordial, cette approche permet aussi d’implémenter des nouvelles fonctionnalités spécifiques moléculaires prisées pour le transport efficace de spin comme les interférences quantiques. Des dispositifs de spintronique de nouvelles générations seront développés afin d’atteindre une efficacité de filtrages au moins de 80 %.

Ce projet vise à fournir une connaissance sans précédent sur les films minces et ultra-minces de relaxeurs ferroélectriques (FE) et à explorer, pour la première fois, leur potentiel en tant que nouvelle brique pour la conception de futurs dispositifs nanoélectroniques tels que les memristors ou les transistors à effet de champ à capacité négative. Nous voulons comprendre les mécanismes mis en jeu avec de telles nanostructures à base de relaxeurs, qui contrairement aux FE classiques, présentent un paysage énergétique plat de leur polarisation intrinsèque, permettant d'atteindre de multiples états par l’application d’un champ électrique. À cette fin, nous (i) fabriquerons des films minces de haute qualité (jusqu'à quelques nm), (ii) les caractériserons de façon complète à l'aide d'outils expérimentaux et de modélisation avancés et (iii) concevrons, comme preuve de concept, des dispositifs à base de relaxeurs modulables à l'aide d’un champ électrique.

Ce projet vise à concevoir un réseau de nanolasers à semi-conducteurs sur des circuits de guide d'ondes en silicium pour des applications de calcul neuromorphique. Pour concevoir des réseaux avec de nombreux nanolasers, le consortium portera d'abord une attention particulière à la conception de lasers auto-impulsionnels. Ces lasers seront ensuite interconnectés via les circuits de silicium sous-jacents pour des applications informatiques neuromorphiques. Dans ce schéma, des modulateurs Mach-Zehnder intégrés permettront de réaliser des réseaux neuronaux reconfigurables pour différentes applications de calculs neuromorphique.

Ce projet de recherche vise à démontrer des miroirs absorbants saturables à semi-conducteurs (SESAM) pour la gamme spectrale du moyen-infrarouge entre 3 et 5 microns de longueur d'ondes. Il s'agit d'une technologie qui a révolutionné les lasers ultra-rapides dans le proche infrarouge, mais n'existe pas à des longueurs d'onde plus longues. Le deuxième objectif du projet et de appliquer ces SESAMs aux lasers à fibre qui sont en cours de développement dans cette gamme spectrale, en leur offrant des fonctionnalités ultra-rapides. Nous visons la démonstration de peignes de fréquence à base de fibres, fonctionnant à température ambiante, dans la fenêtre de longueurs d'ondes entre 3 et 5 microns, avec des impulsions sub-ps et des taux de répétition de 50/100 MHz. Ces résultats feront radicalement progresser le domaine.

L' «Edge-computing» est une solution clef pour le traitement massif de données dans les réseaux denses de nœuds de capteurs. Au-delà de l’efficacité de calcul, la sécurisation des données depuis leur acquisition à l’edge jusque leur transmission vers le cloud reste un point essentiel. Tandis que l’«edge-security» commence à être implémentée grâce à la cryptographie et aux primitives de sécurité (Physical Unclonable Functions – PUF, True Random Number Generators - TRNG) le stockage sécurisé de clefs de cryptographie reste peu exploré car une Mémoire Non-Volatile (MNV) sécurisée est implicitement considérée. Durant ces dernières années, les MNV ferroélectriques émergentes (FE-MNV) à base d’oxyde de hafnium dopé Zr (HZO) ont attiré une attention considérable de par de leur excellente compatibilité CMOS, leur endurance élevée et leur ultra-basse consommation vis-à-vis des technologies compétitrices. En outre, leur stochasticité intrinsèque à l’échelle nanométrique en font des candidats naturels au remplacement de la mémoire Flash pour implémenter des matrices de MNV sécurisées et des primitives de sécurité. Cependant les FE-NVM souffrent encore d’effets indésirables tels que l’imprint, qui soulève des problèmes majeurs en termes de sécurité. Bien que vivement débattus dans la littérature, les mécanismes gouvernant l’imprint ne sont toujours pas élucidés et ce dernier est occulté lors de l’évaluation de circuits à base de FE-MNV. Dans ce contexte, ECHOES se propose de déterminer si les FE-NVM peuvent surclasser les MNV actuelles pour l’edge-security en poursuivant 3 objectifs: (i) Amener un éclairage compréhensif de l'imprint par la caractérisation avancée et la modélisation physique : bénéficiant de dispositifs à l’état de l’art, ECHOES combinera un large éventail de techniques de caractérisation physique, chimique et électrique afin d'établir des corrélations entre les performances électriques (y compris la fiabilité et l’imprint) et les propriétés des matériaux et interfaces. La collecte d'un large éventail de données sera ensuite exploitée pour élaborer un modèle physique de dispositifs basé sur la modélisation par champ de phase qui servira de cadre unifié reliant les propriétés physique des matériaux et des défauts à l’imprint, à l’échelle du dispositif. (ii) Développer des dispositifs FE exempt d’imprint grâce à l'ingénierie des matériaux et interfaces: ECHOES suivra une stratégie de contrôle des défauts basée sur diverses approches d'ingénierie des interfaces et des électrodes, telles que l'optimisation de l'épaisseur, de la composition, de la nanostructure et des conditions de process à l’aide de différentes techniques de dépôt. Nous tirerons parti de ce vaste champ d'exploration pour identifier des solutions permettant d'obtenir des valeurs d’imprint inférieures à l'état de l’art et compatibles avec les applications edge-security. (iii) Démontrer l'efficacité des solutions de stockage sécurisées FE en mettant en œuvre des stratégies d'atténuation de l’imprint au niveau du circuit : Des matrices de mémoire FE seront conçues à des nœuds CMOS avancés, permettant la conception et l'évaluation des primitives de sécurité. Des modèles compacts incluant l’imprint seront calibrés sur des données recueillies sur des dispositifs fabriqués Durant le projet et seront utilisés pour démontrer la pertinence des MNV FE pour l’ edge-security. L'impact de l'imprint sur les performances du circuit sera systématiquement évalué afin de guider l'exploration de l'espace de fabrication des dispositifs. Atteindre ces objectifs nécessite donc une étroite collaboration scientifique couvrant les domaines de la science des matériaux, de l'ingénierie et de la modélisation des dispositifs et de la conception de circuits basée sur des technologies émergentes. Le projet adopte donc une approche DTCO (Design-Technology Co-Optimization) permettant d'évaluer et de quantifier les contributions à l'imprint et ses stratégies d'atténuation.

La majorité des plates-formes IoT s'appuient sur des micro-architectures et jeux d'instructions très spécialisés conçus manuellement à l'aide de langages HDL. La conception d'une micro-architecture à ce niveau d'abstraction est très fastidieuse, même pour des pipelines in-order peu profonds. La possibilité d'inférer automatiquement une micro-architecture à partir d'un modèle comportemental de l'ISA du processeur réduit ces difficultés, car elle accélère la conception du circuit tout en permettant d'explorer un espace de conception. C'est le cas du flot SpecHLS d'IRISA qui est capable de générer automatiquement un modèle HDL de processeur à partir d'un simulateur de jeu d'instructions en C/C++, avec des performances et des résultats en surface comparables à ceux des conceptions manuelles. De nouveaux défis de conception font cependant surface : en plus des contraintes de performance et d'énergie, les plateformes matérielles IoT doivent désormais également intégrer des garanties de sécurité et de prédictibilité. Mettre en œuvre de telles garanties nécessite une compréhension très fine du comportement temporel de la micro-architecture, mais aussi des modifications souvent subtiles (et ad hoc) du modèle HDL. Assurer ces garanties peut également avoir un impact sur les performances et les coûts. Par conséquent, le choix d'une solution implique souvent un compromis entre ces exigences contradictoires, et les contraintes de temps obligent souvent à opter pour des solutions sous-optimales. L'objectif du projet LOTR est de proposer un flot de synthèse micro-architectural opérant à partir d'un niveau d'abstraction élevé (modèle de jeu d'instructions), où les propriétés non fonctionnelles sont gérées dans ce flot à travers une analyse spécifique à un domaine (pour la prévisibilité), des transformations (pour la sécurité), et des optimisations (pour la surface et les performances). Le projet se concentrera sur le jeu d'instruction RISC-V.

Ce projet a pour ambition d’analyser les déterminants de la ségrégation urbaine en France au cours des 50 dernières années, et ses conséquences à long terme sur les trajectoires socio-économiques des résidents des quartiers défavorisés. La France est particulièrement intéressante pour étudier ces conséquences, car elle a accueilli d'importants flux migratoires depuis le début des années 1960, et elle a aussi mis en place des politiques de la ville visant à atténuer les effets négatifs de la ségrégation urbaine. La période historique 1960-2020 couvre ainsi des transformations urbaines majeures liées aux flux migratoires massifs provoqués par la décolonisation, à la construction des "Grands ensembles", ou aux phénomènes de désindustrialisation et de mondialisation ayant suivi les crises pétrolières. Ces chocs historiques offrent la possibilité d’exploiter les changements locaux de composition socio-économique pour évaluer l’impact causal du quartier de résidence sur le devenir de ses résidents. Notre travail prendra appui sur des données microéconomiques géocodées retraçant l'histoire résidentielle d'un large panel d'individus sur 50 ans (Echantillon Démographique Permanent ou EDP), ainsi que sur leurs caractéristiques issues du recensement, pour identifier des discontinuités dans l’évolution dynamique des quartiers. Notre projet s’articulera autour de quatre axes de recherche principaux : - Ségrégation urbaine et chocs sur le marché du travail ; - Ségrégation urbaine et trajectoires des immigrants ; - Politiques de la ville et ségrégation urbaine ; - L'évolution des quartiers urbains sur une longue période de 50 ans. Les résultats de cette recherche apporteront un éclairage nouveau sur l’effet des quartiers sur les destins individuels, ainsi que des éléments utiles pour réfléchir à la conception de politiques urbaines les plus à même de réduire les inégalités.

Les recherches empiriques en sciences sociales sont sujettes à une incertitude importante. La prendre en compte, en particulier via des intervalles de confiance appropriés, est impératif pour s'assurer que les découvertes ne sont pas dues au hasard. Souvent, ces intervalles sont construits en supposant l'indépendance entre observations. Cette hypothèse est cependant irréaliste lorsque les données sont multi-indicées, comme en commerce international : les exportations de Chine vers les Etats-Unis sont probablement corrélées aux exportations d'Allemagne vers la Chine, car la Chine est commune aux deux variables. De même, les salaires de travailleurs d'un même secteur ou d'une même zone géographique sont probablement corrélés du fait de chocs agrégés dans ces dimensions. Le projet Ricode vise à améliorer les pratiques existantes, très perfectibles, dans ces cas de figure de données dites échangeables. Nous escomptons établir de nouveaux résultats théoriques, développer des programmes R et Stata correspondants et étudier plus en détail des domaines d'applications clés. Côté théorie, nous proposerons une méthode d'inférence analytique robuste aux situations dites « dégénérées » où la loi limite n'est plus nécessairement gaussienne. Nous étudierons également les propriétés de méthodes de bootstrap adaptées à ce type de dépendance. Nous développerons enfin des méthodes valides à distance finie, à l'aide de tests de permutation. Côté applications, nous considérerons les modèles de commerce international, qui incluent des effets fixes de grande dimension et pour lesquels aucune théorie d'inférence n'a encore été développée. Nous étudierons également l'estimation de fonctions de demande, où les données sont bien échangeables dans certaines dimensions (comme les biens ou les producteurs) mais pas dans la dimension temporelle, également cruciale. Enfin, nous revisiterons la littérature empirique afin de quantifier l'importance de recourir à des méthodes d'inférence appropriées.

L’archéologie produit, corollairement à son enquête sur les vestiges des sociétés du passé, des traces matérielles et immatérielles significatives dans l’environnement où elle se pratique. L’archéologue remodèle nos représentations des altérités historiques et bouleverse littéralement le paysage et la spatialité des territoires où il intervient comme la vie de celles et ceux qui les habitent. Il est donc le producteur d’une économie scientifique agissant sur le monde de son temps et le nôtre. Son activité « produit » des significations, mais également de nouveaux monuments, des collections d’objets, des archives, en d’autres termes : des vestiges. Nés de l’activité archéologique, ces vestiges peuvent être considérés comme un objet d’étude à part entière. En combinant les compétences de spécialistes de l’histoire et de l’anthropologie des savoirs, du droit et du patrimoine, sans se priver des apports d’une archéologie réflexive, ArchArch interroge ce qu’est l’archéologie après l’archéologie. Il nourrit l’objectif de concevoir et mettre à l’épreuve une herméneutique des restes de l’archéologie qui vise à penser les différents types de vestiges concernés : les sites archéologiques, les artefacts, les archives, les infrastructures, la mémoire savante et non savante de l’archéologie. Cette méta-archéologie se fonde sur deux cas d’étude situés dans des pays musulmans anciennement colonisés par la France, le Maroc et la Mauritanie, qui ont été explorés dans des contextes tour à tour coloniaux, nationaux et de coopération internationale : Volubilis, site majeur de l’Afrique romaine, et Koumbi Saleh, cité capitale de l’Afrique médiévale. L’analyse comparative des restes de leurs archéologies tisse une réflexion historicisée et documentée sur les façons savantes et non savantes de gérer et digérer un héritage archéologique, agrégation complexe du legs des Anciens (inscrits dans une généalogie identitaire) et des archéologues (situés dans une filiation scientifique). ArchArch est structuré en trois unités distinctes et interdépendantes. En premier lieu, ArchArch se donne, à partir de la notion de « vestiges de l’archéologie », les moyens d’une herméneutique de ce que l’activité archéologique fait à son environnement, à la société et aux gens, ainsi qu’à l’archéologie et aux archéologues eux-mêmes. En deuxième lieu, ArchArch met la question des vestiges de l’archéologie à l’épreuve des deux sites, Volubilis et Koumbi Saleh, qui, dans ce qu’ils ont de plus contrasté – le premier inscrit sur la Liste du patrimoine mondial de l’Unesco, le second à l’abandon – constituent de formidables « gisements » documentaires : sources d’archives, mobilier archéologique, textes juridiques, données ethnographiques, sources orales. Visant un traitement holistique des deux cas, c’est au prisme de l’histoire, de l’anthropologie et des sciences juridiques que sont traquées, collectées, inventoriées, archivées et analysées les traces matérielles et immatérielles laissées par l’activité archéologique sur ces deux sites. En troisième lieu, ArchArch met en œuvre une expérience originale de déploiement et séquençage de la chaine opératoire des archives de l’archéologie de Volubilis et de Koumbi Saleh, depuis la prise en charge archivistique de fonds jusqu’à leur diffusion via les humanités numériques, en passant par l’analyse de leur contenu et de leur constitution en tant qu’objet à part entière, documentant ainsi l’absence consubstantielle à la recherche archéologique qui détruit son gisement en même temps qu’elle exhume et produit son objet propre. Ainsi, ArchArch contribue à bâtir les archives qui sont cruciales pour le devenir de l’archéologie en tant que science, pour les institutions et les Etats qui financent la recherche et, plus largement, pour les sociétés nécessairement parties prenantes à la construction de leurs passés.

Au décours d’une journée classique, il a été estimé que les individus ont une pensée orientée vers le futur environ toutes les 16 minutes. Ces pensées permettent d’anticiper ou de planifier des événements pouvant se produire dans l’avenir, ou simplement de s’évader mentalement du temps présent. Dans ce flux important de projections, des questions subsistent quant à la manière dont les individus parviennent à distinguer des événements imaginés pouvant se produire de façon réaliste dans leur futur personnel, de projections plus imaginaires ou irréalistes. Cette distinction apparaît essentielle pour utiliser les projections futures comme des bases fiables pour guider les choix et comportements dans la vie quotidienne (e.g., régulation émotionnelle, prise de décision, relations sociales). Basé sur des propositions théoriques récentes dans le domaine de la pensée future, le programme de recherche FUTUROC vise à approfondir nos connaissances sur le rôle de la métacognition dans la distinction entre des événements futurs personnels et des scénarios imaginaires/irréalistes. Pour ce faire, notre approche combinera la psychologie cognitive développementale et la neuropsychologie, et s’appuiera sur des variations développementales et cliniques dans la disponibilité des « ingrédients cognitifs » (i.e., richesse épisodique, intégration des événements dans un contexte autobiographique) qui façonnent les évaluations métacognitives des événements imaginés. Des mesures métacognitives explicites (auto-rapportées par l’individu) et implicites (eye-tracking) seront recueillies afin d’approfondir les connaissances sur les mécanismes cognitifs et comportementaux sous-tendant la métacognition de la pensée future, leur dynamique développementale de l’enfant à l’adulte âgé, et leurs modifications dans le contexte de troubles neuropsychologiques consécutifs à un traumatisme crânien modéré à sévère. Un dernier volet du projet FUTUROC visera à améliorer notre compréhension des fonctions de la pensée future dans la vie quotidienne, en examinant notamment la contribution spécifique des évaluations métacognitives portant sur des événements imaginés. Les études développementales nous permettront d'examiner dans quelle mesure la trajectoire développementale des évaluations métacognitives d'événements imaginés s’accompagne de changements dans l'utilisation de la pensée future au quotidien et dans la capacité à prédire l’occurrence et le déroulé réels des événements dans le futur. De façon complémentaire, l'étude auprès de personnes ayant subi un traumatisme crânien modéré à sévère apportera de nouvelles connaissances sur l’impact des déficits de la pensée future – et plus particulièrement des évaluations métacognitives, dans différentes sphères de la vie quotidienne, ainsi que leurs liens avec des manifestations cliniques couramment observées dans cette population clinique (e.g., troubles de la conscience de soi, apathie, impulsivité).

Ces dix dernières années le développement de matériaux semi-conducteurs bidimensionnels (2D) a été fortement stimulé par l’émergence des nanostructures ultrafines, d’épaisseur contrôlée à la monocouche atomique et présentant un fort caractère excitonique. Parmi elles, les nanoplaquettes (NPLs) colloïdales de semiconducteur II-VI, avec leur grande section efficace d’absorption et rendement quantique de photoluminescence important, se sont révélées particulièrement prometteuses pour la réalisation de dispositifs à émission de lumière tels que les LEDs et lasers. Le prochain défi à relever concerne le couplage électronique de ces nanoplaquettes entre elles, notamment au sein d’hétéro-structures. Afin d’augmenter l’efficacité de conversion lumière-électricité dans les dispositifs tels que les cellules solaires ou photodétecteurs, nous proposons dans ce projet de cibler deux enjeux majeurs : - contrôler le couplage électronique entre NPLs dans des hétérostructures dans le plan et hors plan afin d’obtenir des excitons à transfert de charge, tout en maîtrisant la qualité de l’interface ; - réduire l’écart énergétique de l’alignement dans l’hétérostructure en dessous du seuil imposé par l’énergie de liaison des excitons dans ces systèmes en jouant sur la délocalisation de l’exciton et sur son caractère à transfert de charge. Pour ce faire, nous combinerons les méthodes de synthèse colloïdales avec des techniques de spectroscopie optique avancées qui cibleront les dynamiques des états à transfert de charge (taux de transfert et de dissociation) ainsi que leurs propriétés mécaniques (couplage aux phonons, rôle de la qualité de l’interface). Le but ultime du projet DeXCTer sera d’exploiter les effets d’un champ électrique externe sur la délocalisation de l’exciton et sur son caractère à transfert de charge, afin de maximiser l’efficacité des processus dynamiques de transfert de charge et de dissociation qui en résultent.

La chiralité joue un rôle central dans le domaine de la chimie pharmaceutique. Tandis que l'un des deux énantiomères d'un principe actif chiral induit la bioactivité attendue sur la cible biologique (eutomère), l'autre peut conduire à des effets différents, allant de l'absence d'activité à des effets secondaires potentiellement toxiques (distomère). Dès lors, la détermination rapide et précise de l'énantiopureté des principes actifs chiraux est un défi analytique majeur pour la recherche universitaire et l'industrie pharmaceutique. Le projet INENDRA propose d'explorer et d'appliquer des stratégies innovantes de RMN énantiorésolues pour l'analyse chirale de composés pharmaceutiques chiraux à hauts et bas champs magnétiques, en particulier dans le cas de molécules bioactives mono ou polyfluorées. La proposition présente ainsi trois objectifs de recherche cohérents : i) développer des méthodes innovantes et rapides de RMN en milieux orientés chiraux pour mesurer l'énantiopureté des produits pharmaceutiques avec une performance analytique supérieure à l’état de l’art actuel, ii) la conception de protocoles adaptés pour déterminer l'énantiopureté directement depuis une formulation pharmaceutique et iii) discriminer pour la première fois les énantiomères d'un même principe actif chiral avec un spectromètre RMN (H-1/F-19) de paillasse. Pour atteindre ces objectifs, INENDRA s'appuiera à la fois sur des phases cristal-liquides chirales enantiodiscriminantes, basées sur des polypetides déjà éprouvés et sur des polyacétylènes prometteurs récemment développés, puis sur le développement de méthodes RMN afin d’obtenir des spectres haute-résolution sur de tels milieux orientés avec une séparation spectrale optimale entre les énantiomères. Ces développements RMN s’articuleront d’une part, autour d’expériences spatialement sélectives et de l’approche SHARPER ("Sensitive, Homogeneous And Resolved PEaks in Real time") récemment proposée pour s’affranchir des déformations et des élargissements des raies issus d’une uniformité spatiale imparfaite du cristal liquide et des inhomogénéités du champ magnétique externe B0 qui peuvent en découler. D’autre part, des méthodes de RMN 2D rapides multi-quantum (approche « maximum quantum ») seront mises en place pour améliorer encore la séparation spectrale des énantiomères dans le cas de principes actifs polyfluorés. La réalisation du projet INENDRA aboutirait alors à des stratégies de RMN avancées pour une mesure rapide et efficace de l'énantiopureté de molécules bioactives, seules ou dans une matrice médicamenteuse, avec des spectromètres RMN haut-champs et de paillasse. Les retombées de ce projet de recherche en RMN auraient un impact significatif à court terme dans la chimie pharmaceutique où la chiralité moléculaire est enjeu majeur, du design d’un principe actif jusqu’au contrôle de la formulation pharmaceutique. En outre, ces développements sont en bonne adéquation avec le nombre croissant de médicaments approuvés et commercialisés sous une forme énantiomérique pure. Enfin, le développement pionnier de méthodes énantiorésolues sur des spectromètres RMN de paillasse constituerait une étape majeure vers la diffusion d’approches RMN performantes, puisque cette instrumentation plus accessible et ne nécessitant pas de fluides cryogéniques est de plus en plus répandue dans les laboratoires pharmaceutiques et biomédicaux.

Le dichroïsme circulaire vibrationnel (VCD) est la très faible différence d’absorption par une molécule chirale entre une onde circulaire droite et gauche, dans le domaine de l’infrarouge (IR). Il est une sonde extrêmement sensible des interactions moléculaires, des changements conformationnels, et de l’organisation des solides. Le projet DICHROSOL associera des approches expérimentales et théoriques des spectroscopies d’absorption IR et VCD dans des solvants innovants comme les liquides ioniques ou les solvants eutectiques profonds, après une étape de validation des méthodes sur des solides cristallins. Les mesures expérimentales de spectroscopie IR et VCD dans la région du proche IR, pour une large gamme de systèmes et dans différentes conditions de température, seront interprétées par des simulations reposant sur la dynamique moléculaire (MD). Il faudra à cet effet adapter et appliquer des méthodes de MD ab initio ou reposant sur des champs de force de nouvelle génération, qui ont été récemment développées pour les espèces en solution ou les solides cristallins, à ces solvants impliquant de fortes interactions. Le projet utilisera en particulier la non-localité dans l’espace du signal VCD pour sonder la symétrie d’un cristal, l’organisation locale d’un solvant (liquide ionique ou solvant eutectique profond), les interactions soluté-solvant, avec un accent particulier sur la compréhension du transfert de chiralité entre le soluté et le solvant, la sélectivité des interactions entre un solvant chiral et les deux énantiomères d’un soluté chiral, ainsi que la définition d’indicateurs locaux de la chiralité.

La fission singulet (SF) est un processus autorisé par le spin impliquant au moins deux chromophores dans lequel un exciton singulet (S1S0) produit par photoexcitation peut spontanément se convertir pour donner deux triplets indépendants de plus faible énergie (T1 + T1) avec un rendement de formation des états triplets pouvant atteindre 200%. Par conséquent, ce processus offre la possibilité de dépasser la limite d'efficacité des cellules solaires à simple jonction au-delà de la limite Shockley-Queisser de 33% et de l’amener à 45%. La SF a donc récemment suscité un regain d’intérêt en vue de la conversion de l'énergie solaire. Mais, malgré des efforts récents, le nombre de chromophores susceptibles de SF est encore limité et les chemins suivis par le système pour obtenir les états triplets individuels restent encore flous. Dans le modèle le plus simple, l'état singulet excité évolue vers la formation d'un intermédiaire appelé paire de triplets (T1T1). Cette dernière paire se découple, perd la cohérence de spin et forme deux états triplets individuels. Actuellement, deux mécanismes conduisant à la SF sont acceptés, mais leur nature exacte et l'évolution des intermédiaires font l'objet d'intenses débats: (i) la formation de (T1T1) à partir de (S1S0) à travers des états de transfert de charge ou (ii) la formation directe (T1T1) depuis (S1S0). Malgré l'acceptation de ce modèle, l’identification récente de différents intermédiaires comme des états quintuplets, excimères, a semé une grande confusion : tous peuvent être interprétés comme des cas limites d'un mélange complexe d'états. Ainsi, une description mécanistique complète avec une interprétation détaillée de tous les processus intermédiaires conduisant à des états triplets est encore loin d'être atteinte. Dans ce contexte, l'objectif de notre projet est de caractériser les états intermédiaires, de développer un modèle complet de la dissociation, et de proposer les conditions optimales pour réaliser des triplets indépendants. Deux familles de systèmes modèles (acène et rylène), bien connues pour présenter une fission singulet, seront étudiées. La nature des états intermédiaires et la dissociation de la paire de triplets seront examinées en fonction de plusieurs facteurs physico-chimiques: le caractère endothermique/exothermique du processus, la force du couplage excitonique, le rôle des couplages vibronique/vibrationnel et du désordre. Le projet multidisciplinaire SingletFission nous permettra de mieux comprendre les événements mécanistiques fondamentaux intervenant lors du processus de fission singulet. Nous utiliserons une combinaison de techniques de spectroscopie résolues dans le temps de la phase gazeuse à l’état solide et compléterons les résultats expérimentaux par une modélisation théorique approfondie. La recherche sur la SF en phase gazeuse est particulièrement novatrice et fournira la dynamique de relaxation intrinsèque de systèmes isolés. De telles études pourront donc directement être mises en relation avec les calculs théoriques et sont complémentaires avec des expériences en phase condensée pour découvrir les processus en jeu dans la SF. La combinaison des techniques de spectroscopie de diffusion Raman stimulée femtoseconde (FSRS) et d'absorption transitoire sera essentielle pour décrire la dynamique du système en phase condensée, pour comprendre l'implication des espèces intermédiaires, et pour trouver les clés permettant de déplacer l'énergie vers la voie souhaitée, dans notre cas, de maximiser la formation des états triplets à longue durée de vie. Une boucle de rétroaction continue entre les résultats théoriques et expérimentaux permettra de comprendre le rôle des différents paramètres physico-chimiques, la nature des états intermédiaires et le mécanisme de la SF. La compréhension de ces processus fondamentaux conduisant à la fission singulet constitue un tremplin vers le développement de photosystèmes plus efficaces.

Le project CARNYX a pour objectif d’établir la spectroscopie de photoélectrons avec des impulsions femtosecondes dans l’extrême ultra-violet produites par laser comme nouvel outil de la chimie inorganique ultra-rapide. Nous développerons un dispositif expérimental compact et innovant possédant une résolution temporelle femtoseconde et une sensibilité spatiale à l’échelle du métal ou du ligand. Ce dispositif mettra à profit la complémentarité entre photo-ionisation en couche de valence et en couche interne pour caractériser complètement et en temps réel la dynamique de métaux carbonyles photoexcités. Ces composés possèdent une photochimie riche, avec des applications en photocatalyse, en synthèse ou encore en photothérapie dynamique. Cette classe de molécules représente une formidable plate-forme pour l’étude systématique des processus fondamentaux mis en jeu dans les dynamiques ultra-rapides des molécules inorganiques. En particulier, nous étudierons des systèmes qui présentent des voies photochimiques compétitives (telles que la dissociation d’une liaison M-L, M-M ou M-L’) et déterminerons les différents mécanismes en fonction de la longueur d’onde d’excitation. Nous examinerons également l’effet relatif des couplages spin-orbite et vibronique par une étude systématique de complexes différant par un seul ligand. Nos expériences donneront accès à une image globale des réarrangements structuraux, électroniques et de spin mis en jeu après photoexcitation des métaux carbonyles à l'échelle femtoseconde.

Les électrons de basses énergies (EBE), quelques eV, sont abondamment produits lors de l’irradiation de la matière par les rayonnements ionisants, sans que l’on connaisse précisément les mécanismes de leur formation et de leur relaxation dans l’environnement. Nous étudierons par une approche couplée expérience/théorie la photo-ionisation de petites molécules (diazabicyclo[2.2 ;2]-octane), notamment d’intérêt biologique (amino acides, nucléobases de l’ADN), déposées sur des agrégats nanométriques. L’objectif est de comprendre ces phénomènes à l’échelle moléculaire sur des échelles de temps allant de la femto- à la picoseconde. Expérimentalement, le Velocity Map Imaging (P3, ISMO, Orsay) donnera accès à la distribution en énergies et en angles des photoélectrons (DEAP) réémis par les agrégats, permettant de caractériser les processus de diffusion élastiques et inélastiques. Afin de comprendre le rôle de l’intensité des interactions entre le milieu avec les EBE, différents environnements de diffusion seront testés (agrégats atomiques d’Ar, moléculaires de H2O, NH3, CO2). Ces données expérimentales constitueront un banc d’essai précieux pour valider les nouvelles approches de simulation. Pour s’attaquer au défi de la simulation de la dynamique de relaxation des photoélectrons au seins des agrégats à l’échelle nanométrique, nous développerons des algorithmes inédits reposant sur la DFT sans orbitales (OF-DFT). Nous couplerons cette approche à la DFT Kohn-Sham (P1, ICP, Orsay et P4, IDRIS, Orsay), à la DFTB (approche liaisons fortes de la DFT, P2, LCPQ, Toulouse) et à un potentiel MM (mécanique moléculaire) polarisable (P1, P2 et P4). Ces trois développements méthodologiques permettront des descriptions complémentaires : une description de meilleure qualité sur quelques trajectoires avec l’approche OF-DFT, des simulations exhaustives nécessaires à l’interprétation des expériences avec des méthodes plus efficaces mais mois précises (OF-DFTB et OF-MM). Une fois validés, les nouveaux algorithmes seront mis à disposition de la communauté scientifique dans les codes deMon2k et deMonNano. Les systèmes étudiés expérimentalement seront simulés afin de prédire leurs structures et leurs dynamiques. Nous simulerons la photo-ionisation en DFT dépendant du temps, et les phases de relaxation et diffusion seront simulées avec les nouveaux algorithmes. Les DEAP obtenus expérimentalement et théoriquement seront comparés, ce qui devrait permettre une compréhension avancée de l’évolution des systèmes. Nous fournirons à la communauté des temps caractéristiques de diffusion des électrons ainsi que des libres parcours moyens pour les systèmes étudiés pouvant être utilisés, par exemple, comme paramètres dans des codes de diffusion de type Monte Carlo. Grâce à BIRD nous disposerons d’outils uniques pour caractériser l’impact de la diffusion des EBE dans des systèmes moléculaires complexes dans des milieux biologiques (lésions de l’ADN ou d’autres biomolécules), astrochimiques (mécanismes de formation de molécules dans le milieu interstellaires ou dans les atmosphères/ionosphères planétaires) ou mis en jeu dans les industries spatiales et nucléaires.

Les réactions chimiques ont une importance fondamentale, et sont la principale voie pour accéder à de nouvelles structures et propriétés. Le suivi de réactions en temps réel est une approche efficace pour décrire, comprendre et optimiser les réactions chimiques. Un éventail de méthodes analytiques existe pour ce suivi, et celles-ci permettent typiquement d’obtenir une information cinétique sur des composés déjà identifiés. L’accès direct aux informations structurales pour des composés dans un mélange réactionnel aurait un impact majeur en synthèse, en facilitant notamment l’identification d’intermédiaires ou de sous-produits. Le projet SOFTNMR vise à fournir des informations très riches sur les réactions chimiques organiques, à travers le développement de méthodes sensibles pour l’analyse de mélanges réactionnels, qui reposent sur la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) en flux. Le suivi par RMN consiste classiquement à conduire une réaction directement dans un tube RMN, ce qui limite la fiabilité des données, ainsi que la nature des réactions qui peuvent être étudiées. Le suivi en ligne par RMN en flux permet de dépasser ces limites, et d’effectuer un suivi dans des conditions expérimentales d’intérêt. Cependant, la RMN en flux est aujourd’hui limitée par i/ la complexité des spectres et ii/ la sensibilité limitée de la RMN. Le projet SOFTNMR répondra à ces deux limites. Nous développerons des expériences RMN ultrasélectives rapides pour extraire des spectres de composés individuels pendant le suivi en ligne. Nous concevrons des expériences applicables en flux continu, avec une sélectivité contrôlée. Nous développerons également un montage innovant qui exploite le flux pour hyperpolariser continûment l’échantillon avec du parahydrogène, sans contamination. Nous exploiterons la méthode SABRE, avec des catalyseurs de transfert de polarisation greffés, et intégrés à un circuit en flux développé dans le cadre du projet. Ces méthodes générales, s’appuyant sur des concepts originaux de dynamique de spin et d’instrumentation, permettront d’identifier un grand nombre de composés. Ces méthodes seront ensuite utilisées pour guider la conception de nouvelles réactions, et notamment pour aborder la réactivité limitée de plusieurs classes d’hétérocycles azotés dans les réactions de Diels-Alder. Le consortium réunit des expertises essentielles en spectroscopie RMN, instrumentation et synthèse organique, détenues par trois partenaires complémentaires. Les participant·e·s de CEISAM (Partenaire 1) développent et exploitent des méthodes RMN pour l’analyse de mélanges, et pour la synthèse en flux. Les participant·e·s de NIMBE (partenaire 2), développent et exploitent de nouveaux outils RMN, pour les systèmes hyperpolarisés notamment, et travaillent sur la fonctionnalisation de surface. Les participant·e·s de LIMA (Partenaire 3) travaillent en synthèse organique et ses applications en sciences de la vie et des matériaux. Le coordinateur, J.-N. Dumez, a une expérience reconnue en résonance magnétique et en coordination de projet. Il a développé des concepts et méthodes originaux pour l’analyse de mélanges par RMN. Le projet SOFTNMR aura un impact scientifique majeur dans tous les domaines qui exploitent le suivi de réactions en temps réel, grâce aux méthodes à la fois robustes et générales qui seront développées. Elles seront notamment utiles pour la synthèse organique en batch, et, au-delà du projet, pour la synthèse en flux. Les concepts de dynamique de spin et d’instrumentation introduits au cours du projet seront pertinents pour d’autres applications, telle que l’analyse à haut débit de mélanges. Les séquences d’impulsions développées seront diffusées librement. L’impact économique sera assuré par les interactions de chacun des partenaires avec des entreprises, et par la diffusion des résultats auprès d’un public large.

Les quantités abondantes de lin retrouvé dans de bons états de préservation en Égypte font de ce matériau une source d’investigation unique pour restituer l’histoire des techniques et de la vie des anciens Égyptiens. Le projet iSOPALIN propose une étude multi-isotopique des fibres de lin retrouvés en contexte archéologique en Égypte, visant à appréhender leurs états de dégradation à travers le prisme des isotopes légers (2H, 13C, 15N et 18O), à proposer une étude de provenance des fibres basée sur l’isotopie du strontium 87Sr/86Sr ainsi qu’à compiler l’ensemble des informations isotopiques obtenues pour documenter les milieux de croissance associés au lin. La datation par le radiocarbone de ces artéfacts archéologiques permettra d’ancrer chronologiquement la restitution de ces environnements de culture. Ce travail s’articulera entre spectrométrie de masse des rapports isotopiques (IRMS) et spectroscopie laser CO2, entre France et Égypte, entre fibre et sédiment, et entre échantillons de lin moderne, fragments provenant de collections muséales européennes et textiles archéologiques retrouvés lors de fouilles récentes en Égypte. Il combinera des développements analytiques de pointe (tels que le développement de la spectroscopie laser CO2 appliqué à la mesure du d13C dans les échantillons archéologiques) et des défis archéologiques d’envergure, en documentant le lin en tant que matériau et en permettant de mieux appréhender ses compositions isotopiques, aussi bien en isotopes stables (2H, 13C, 15N, 18O, 87Sr) que radioactifs (14C). Ces derniers aspects permettront d’approfondir nos connaissances des paléoclimats associés à la culture du lin en Égypte ainsi que l’utilisation de ce matériau en tant que marqueur chronologique pour restituer l’histoire de cette civilisation exceptionnelle.

Ce projet porte sur le développement d’un nouveau concept analytique, appelé Magnéto-Electrographie 2D à l’échelle micrométrique (2D-ME). Ce concept permettra dans un même micro-canal de réaliser simultanément une migration à deux dimensions : l'électrophorèse sous un champ électrique élevé et la magnétophorèse sous un gradient de champ magnétique. Avec la 2D-ME, nous proposons une alternative très prometteuse à la chromatographie et à l'électrophorèse à micro-échelle, qui sont les deux axes dominants de la science séparative. Les nano-objets, notamment les nanoparticules magnétiques (NPM), jouent un rôle important en biomédecine et en diagnostic, et le nouveau concept que nous proposons sera plus adapté à leur caractérisation en taille, charge et forme qui restent un défi pour la science analytique moderne. Pour chaque famille de nano-objets, la coexistence de sous-populations de taille et de charge proche peut avoir un impact considérable sur leurs applications. Leur séparation et leur caractérisation représente un véritable défi. De plus, la grande variété ainsi que l'émergence de nouveaux nano-objets requièrent des efforts continus pour développer de nouvelles technologies de séparation toujours plus puissantes. Pour répondre à ce besoin urgent, nous développerons dans ce projet le premier prototype de 2D-ME au format microfluidique et la preuve de concept de 2D-ME sera démontré avec une application portant sur la séparation selon la charge et la taille de « nanorods » magnétiques utilisés pour la délivrance de médicaments. La 2D-ME pourra ensuite être étendue à d'autres nano(bio)-objets tels que les vésicules extracellulaires, des biomolécules chargées et mêmes les ions. Le bon déroulement de ce projet sera garanti par les compétences complémentaires du consortium, qui regroupe plusieurs disciplines telles que la synthèse chimique, l'instrumentation analytique, la micro-fluidique, la modélisation, la physique, la bioanalyse et les nanosciences. La réalisation de ce projet ambitieux sera assurée par l'expertise complémentaire des partenaires. Le consortium est composé de chercheurs scientifiques aux carrières avancées et de jeunes chercheurs à fort potentiels et certains membres ont déjà contribué à la création de StartUps. Fort de cette expérience, le projet bénéficiera d'une grande variété de points de vue scientifique provenant de différents horizons et d’une expérience en valorisation et transfert technologique. Le consortium soutient pleinement l'égalité de genre avec 3 hommes et 3 femmes. Le projet 2D-ME aura un impact à plusieurs niveaux. Dans une perspective à court terme, ce projet permettra le développement d'un concept analytique original et d'un dispositif de détection sensible avec une séparation à haute résolution de nanoparticules cibles issues de populations complexes et hétérogènes. A moyen terme, le projet 2D-ME débouchera également sur la réalisation d'un prototype à fort potentiel d'exploitation industrielle, car il y a un grand besoin d'outils performants de caractérisation et de détection de nano-objets (surtout avec des tailles inférieures à 50 nm). A plus long terme, 2D-ME permettra d’explorer et contrôler l'hétérogénéité nanométrique pour améliorer la synthèse des nanoparticules et la qualité de la nanomédecine.

Les interactions sucre - protéines sont cruciales pour le développement de médicaments interagissant spécifiquement avec leurs cibles thérapeutiques. Les stratégies de thérapie photodynamique (PDT) utilisent des photo-sensibilisateurs (PS) décorés de Mannose pour cibler des protéines récepteurs à Mannose (MRP) surexprimées sur les cellules tumorales. Une priorité dans la conception de nouveaux PS est d'améliorer la spécificité de leur interaction avec les MRP. Le projet SIMPA rassemble des spécialistes de spectroscopie en phase gazeuse, de science des surfaces appliquée aux systèmes pharmaceutiques, de la modélisation de systèmes biomoléculaires de grande taille et des chimistes organiciens. Nous proposons des approches complémentaires de physico-chimie pour étudier les interactions moléculaires entre le mannose et les MRP exploitées en PDT ciblée. Les systèmes moléculaires que nous étudierons vont des modèles en phase gazeuse aux systèmes pharmaceutiques réels. En phase gazeuse nous étudierons la structure de complexes de modèles des PS contenant du Mannose et des modèles de MRP inspirés des sites naturels de liaison, soit complètement isolés, soit interagissant avec quelques molécules d'eau. La spectroscopie laser sélective en conformation en phase gazeuse et résolue vibrationnellement sondera de manière unique les interactions moléculaires locales et le rôle structurel de l'eau. En phase solvatée, l'interaction entre les PS et les MRP, déposées dans des membranes artificielles, sera étudiée par microscopie à force atomique et microbalance à crystal de quartz et dissipation, ainsi que par des mesures RMN. Ces expériences fourniront des informations clés sur l'affinité, la force et la sélectivité de l'interaction pour différents arrangements de CBH sur le PS et pour différents MRP. La modélisation moléculaire permettra d’interpréter, compléter et de faire le lien entre les résultats des études en phase gazeuse, sur des membranes artificielles et en phase liquide.

Des études de bio-informatique récentes sur les bases de données des structures des protéines ont révélés qu’un tier de toutes les protéines connues ont leur structure stabilisée par des interactions non covalentes entre les atomes de soufre et les électrons pi des cycles aromatiques : l’interaction S-pi. Ces groupes S-pi servent aussi comme station relais dans le processus de transport d’électrons au sein des protéines. La pertinence biologique de cette interaction est aussi due à son implication dans des pathologies associées à la perte de l’interaction suite à l'oxydation des soufres, telles que Alzheimer et Creutzfeldt-Jacob. Les interactions S-pi gagnent actuellement en intérêt dans de nombreux secteurs de recherche, tel que les médicaments pour les thérapies ciblées, les catalyseurs organiques, ou encore la compréhension de la structure et de la fonction de biomolécules. Aujourd’hui, cependant, il n’existe pas de données spectroscopiques permettant d’identifier l’interaction S-pi. Étudier cette signature apporterait des informations sur la structure électronique, les transferts de charges et autres propriétés dérivées dans ces protéines, mais constituerait aussi un marqueur biologique de la dénaturation d’une protéine pour la détection précoce de certaines pathologies. Avec ce projet, nos équipes emploieront des méthodes spectroscopiques de pointe (spectroscopie IR, UV, VUV, rayons-X), en combinaison avec des techniques de spectrométrie de masse, pour identifier et caractériser l’interaction S-pi dans des peptides et des protéines ainsi que pour évaluer les effets de l’oxydation des soufres sur la dénaturation des protéines et la signature spectroscopique. Des calculs théoriques QM/MM, traitant de façon ab initio l’interaction S-pi et par mécanique moléculaire le reste de la molécule, serviront de support aux expériences. Le calcul des spectres se fera en combinaison avec une méthode de clustering pour estimer les familles de conformères les plus importantes.

Le retournement de l’aimantation à la vitesse la plus rapide et avec la plus faible consommation énergétique est l’un des sujets les plus actuels du magnétisme moderne. Il nécessite une compréhension approfondie des interactions entre le spin, l’électron, et le réseau ainsi que leurs réponses à un stimulus externe. Le projet ULTRAMAG a pour but d’explorer le retournement non thermique et ultra-rapide de l’aimantation dans des matériaux magnétiques photo-actifs et transparents avec des impulsions laser femtosecondes. La réalisation de ce retournement non thermique représente un enjeu majeur, car il nécessite des isolants magnétiques particuliers, ce qui le rend de loin moins exploré par rapport au retournement thermique de l’aimantation induit dans des systèmes métalliques par une excitation laser ultra brève. Nous envisageons d’étudier ce phénomène sur une variété de nouveaux isolants magnétiques de grenat de fer, très adaptés au retournement ultra-rapide et non thermique de l’aimantation par impulsions laser femtosecondes. La longueur d’onde de l’impulsion laser sera résonante à des transitions spécifiques du champ cristallin, très prometteuses pour un retournement ultra-rapide et non thermique de l’aimantation via des effets photo-magnétiques. De plus, l’effet de plusieurs paramètres fondamentaux tels que l’anisotropie magnétique, l’épaisseur du film, ainsi que la taille et la forme de nanostructure sur le retournement de l’aimantation seront explorés. Le système optimisé sera couplé à une couche photonique pour réaliser une plateforme photonique-magnétique intégrée pour une future technologie non thermique et ultrarapide de stockage et de traitement de l'information.

La quête de la supraconductivité à température ambiante n'a jamais cessé de battre son plein depuis sa découverte en 1911. Ce phénomène fascinant, où le matériau perd sa résistivité au passage du courant en dessous d'une température critique (Tc), se présente comme une solution aux défis sociétaux dans les domaines de l'énergie, des transports, de la santé et de l'informatique, et est déjà en jeu dans plusieurs infrastructures modernes. En l'état actuel des connaissances, les températures critiques les plus élevées ont été atteintes, à pression ambiante, dans une classe de matériaux à base d'oxyde de cuivre découverts en 1986, à savoir les cuprates. Ces oxydes sont des isolants de Mott antiferromagnétiques dans lesquels le dopage en trous induit un état supraconducteur qui survit jusqu'à 135 K, au-dessus de la température de l'azote liquide. Au fil des années, ces matériaux se sont révélé être un puits inépuisable d'instabilités électroniques exotiques qui ont stimulé un large éventail de recherches expérimentales et théoriques. Le diagramme de phase électronique des cuprates supraconducteurs hauts-Tc dopés en trous est dominé par l'énigmatique phase de pseudogap dans le régime sous-dopé. Le pseudogap est considéré un élément clé pour la compréhension du mécanisme de la supraconductivité, jouant soit le rôle d'un état préemptif pour la supraconductivité, ou celui d'un paramètre d'ordre, caractérisé par des symétries brisées, en compétition avec la supraconductivité. Malgré des décennies d'efforts expérimentaux et théoriques, l'origine de ce mystérieux état électronique de la matière demeure une énigme. Une multitude de sondes expérimentales rapporte des brisures des symétries discrètes de renversement temporel, de parité et de rotation se produisant dans le pseudogap, interprétées comme les signatures d'un ordre magnétique caché préservant la symétrie de translation du réseau cristallin (magnétisme à q=0). Alors que les interprétations en termes de magnétisme de spin ou orbitalaire ne parviennent pas à reproduire les résultats expérimentaux, des phases exotiques impliquant des états quantiques magnéto-électriques de boucles de courants offrent une description satisfaisante des états électroniques conduisant à cet ordre à q=0. Cependant, ce magnétisme préservant la symétrie de translation, il ne peut être seul à l’origine du pseudogap. Récemment, nous avons découvert de nouvelles corrélations magnétiques dans la phase de pseudogap, donnant lieu à une diffusion magnétique à q=1/2 dans l'espace réciproque. Combinées au magnétisme q=0, ces corrélations conduisent à une texture magnétique cachée au sein de la phase de pseudogap, brisant la symétrie de translation et pouvant jouer un rôle dans l'ouverture du pseudogap. Le projet NEXUS suit une approche transdisciplinaire à deux volets, reliant la chimie et la physique de la matière condensée. Les deux principaux objectifs de NEXUS sont de : i) sonder l'universalité du magnétisme q=1/2 dans la phase de pseudogap de différentes familles de cuprates, sa caractérisation (en fonction du dopage, de la température, du champ magnétique) et comprendre son interaction avec d'autres instabilités électroniques dans l'état pseudogap telles que l’onde de densité de charge et l’état supraconducteur et ii) étudier les signatures de la brisure de symétrie de translation dans l'état de pseudogap, résultant d’une texture magnétique cachée de boucles de courant, qui serait la preuve directe du lien entre le magnétisme de boucles de courant et l'apparition du pseudogap. La méthodologie de NEXUS comprend une importante activité de chimie du solide et de croissance cristalline de divers cuprates par la méthode de fusion de la zone solvante ou par flux. L’étude des nouvelles corrélations magnétiques à q=1/2 et leur lien avec le magnétisme à q=0 seront menées sur très grands instruments de recherche, au moyen d’outils de pointe : la diffusion neutronique et la diffraction résonante des rayons X.

Les réseaux magnétiques déposés sur les supraconducteurs peuvent être utilisés comme qubits. Ces qubits constituent une plateforme particulièrement prometteuse pour le calcul et la simulation quantiques, car ils devront montrer des temps de cohérence exceptionnellement longs. Cela est dû, d'une part, au gap énergétique du supraconducteur et, d'autre part, à la protection topologique prévue par la théorie. À ce jour, les spins des supraconducteurs ont été étudiés par microscopie à effet tunnel (STM), idéale pour visualiser, manipuler et mesurer à l'échelle atomique. Néanmoins, cela n'a été fait que dans les limites classiques et statiques. La principale stratégie pour créer des qubits robustes a été de modifier la structure de bande des réseaux magnétiques en modifiant leur orientation sur le supraconducteur sous-jacent ou leur couplage à celui-ci. En parallèle, la résonance de spin électronique (ESR) à basse fréquence (<1kHz) de spins quantiques sur des substrats MgO/Ag a été récemment développée. Je propose de combiner ces deux techniques dans un nouvel instrument pour étudier la dynamique des spins quantiques sur les supraconducteurs et leurs interactions avec le condensat supraconducteur. Cet instrument sera basé sur un STM à fréquence finie (shot-noise) développé dans notre groupe, dont le rapport signal/bruit à 1MHz est déjà supérieur d'un ordre de grandeur aux ESR-STM actuels. De plus, contrairement aux ESR-STM actuels, l'excitation sera assurée par des résonateurs diélectriques : un convertisseur très efficace de la puissance radiofréquence en champ magnétique, qui permet d'optimiser la géométrie du champ micro-onde. Enfin, une nouvelle méthode de détection basée sur le décalage énergétique des états de Yu-Shiba-Rusinov nous permet d'utiliser des pointes non magnétiques, et donc de régler indépendamment l'excitation et la détection. Tous ces éléments permettront de réduire considérablement le caractère invasif de la lecture et de préserver le temps.

L'objectif du projet est de quantifier l'importance des mécanismes de friction solide dans les assemblages structurés de fibres, comme dans les fils ou les tissus. Dans le cas d'arrangements de fibres comme dans un fil ou un tissu, la tenue mécanique se propage sur des distances très grandes devant la taille des fibres individuelles. Dans le but de caractériser cette tenue mécanique, nous proposons des expériences visant à quantifier les forces de frictions, la plasticité des assemblages et la métastabilité de ces systèmes aux échelles des fils de fibres torsadées, des contacts entre fils, et de tissus modèles. L'étude expérimentale de systèmes modèles dans lesquels la friction à une échelle donnée est contrôlée est proposée. En particulier les liens entre les comportements macroscopiques moyens (modules élastiques, endommagement,…) ou variables (fluctuations de contraintes,...) et les sources individuelles de frictions seront étudiés. Les résultats expérimentaux seront complétés par un modèle numérique de fibres frictionnelles en contact qui permettra des études paramétriques systématiques.

Phase separation into coexisting dense and dilute phases is a fundamental self-organization phenomenon in active systems. In recent years, types of phase separation that are impossible at equilibrium -- such as bubbly phase separation or active foams -- were either predicted theoretically or observed experimentally. Not only are we unable to control the type of phase separation that arises in a particular active system, we do not even theoretically know either the morphologies that might arise or their properties. Further, experiments on self-propelled colloids routinely find local hexatic or even crystalline order in the dense phase; here, topological defects are observed to cluster into self-organised structures, but nothing is known about their impact on the macroscopic properties of the phase-separated system. This theoretical project aims to control bubbly phase separation, active foams and defect-riddled hexatic phases in active phase separation, and to describe their macroscopic properties.

La dynamique des extrêmes contrôle souvent l'évolution temporelle des systèmes complexes. C'est le cas pour les infections bactériennes, le franchissement de barrières dans les réactions chimiques, les processus de recherche de cible, la transmission de signaux en biologie et bien d'autres. Bien que la statistique des valeurs extrêmes pour des particules indépendantes à un instant fixé soit bien comprise, il n'y a pas de théorie de l'évolution temporelle des extrêmes ou de l'universalité des fonctions de corrélation temporelles. Plus généralement, en présence d'interactions et/ou de désordre, il n'existe pas de méthodes quantitatives pour étudier la dynamique des extrêmes. L'objectif ambitieux d'EDIPS est de développer une théorie pour décrire la dynamique des extrêmes de particules en interaction, à courte et longue portée, avec ou sans désordre, avec des applications aux systèmes complexes en dynamique non linéaire, matière molle, probabilité, climatologie et en finance. Pour ce faire, nous développerons des outils analytiques conjuguant théorie des grandes déviations, approches hydrodynamiques, intégrabilité et matrices aléatoires, ainsi que des méthodes numériques d'"importance sampling". Nous commencerons par étudier des modèles simples, mais non triviaux, pour lesquels des résultats exacts peuvent être obtenus. Nous utiliserons ensuite ces connaissances pour développer des outils permettant de décrire la dynamique des extrêmes dans des systèmes plus complexes. EDIPS est divisé en 4 tâches. Dans la tâche 1, nous étudierons l'évolution temporelle des extrêmes pour les dynamiques de Langevin avec et sans interaction. Nous calculerons les fonctions de corrélation temporelles des extrêmes, en une et plusieurs dimension. Dans la tâche 2, nous considérerons un système de N particules diffusives sujettes à une réinitialisation stochastique à leurs positions initiales et à des moments aléatoires. Cette remise à zéro simultanée les rend fortement corrélées et conduit le système à un état stationnaire hors d'équilibre. Ici aussi, nous calculerons les fonctions de corrélation temporelles des extrêmes en toute dimension. Dans la tâche 3, nous aborderons la diffusion des valeurs extrêmes dans des milieux aléatoires dépendant du temps, dans le but de caractériser la manière dont l'évolution dans environnement commun affecte les statistiques des valeurs extrêmes. Ceci est particulièrement important pour des expériences actuelles sur la diffusion de traceurs dans des fluides, visant à tester les violations de la théorie d'Einstein de la diffusion . Dans la tâche 4, nous appliquerons les méthodes développées dans les tâches 1-3 au problème de la diffusion d'ions chargés en interaction dans des canaux pour comprendre comment la dynamique des valeurs extrêmes contrôle les propriétés de transport. La compréhension de l'effet des charges surfaciques sur le courant circulant dans le canal constituera une avancée importante dans le domaine du transport ionique en confinement. Ces 4 tâches illustrent l'étendue du spectre des problèmes où la dynamique des extrêmes joue un rôle majeur. EDIPS démontrera la complémentarité de ces 4 tâches et fournira une approche théorique unifiée pour la dynamique des extrêmes. EDIPS fournira un nouveau cadre théorique pour une variété de problèmes, de nouveaux algorithmes pour mesurer les grandes déviations dans d'autres contextes, et stimulera de nouvelles expériences. EDIPS implique 4 partenaires théoriques (LPTMS, LPENS, LPTHE, LOMA) qui ont largement collaboré par le passé. Ils ont contribué aux progrès récents sur les extrêmes dans différents contextes. Leurs nombreuses collaborations internationales leur complémentarité les positionnent pour faire de ce projet ambitieux un succès, avec un impact sur divers domaines, soutenu par l'organisation d'un Workshop. Nous demandons le financement d'un postdoc pour 2 ans, un au LPTMS et un au LPENS, pour augmenter la synergie entre les partenaires.

L'interprétation des observations du milieu interstellaire, en extinction (absorption et diffusion) et en émission, repose sur une modélisation complexe des propriétés photophysiques des composantes à partir de données de laboratoire sur des analogues. Jusqu'à présent, les propriétés des espèces interstellaires de quelques dizaines à quelques centaines d'atomes de carbone ont été majoritairement extrapolées à partir d'espèces plus petites ou d'analogues des nanoparticules, bien que cette composante interstellaire puisse contenir jusqu'à plusieurs dizaines de % du carbone interstellaire disponible. La raison principale du manque d’études d’analogues de laboratoire est le manque de sources de ces grands systèmes moléculaires en phase gazeuse. Au cours des dernières années, bien que le processus de nucléation dans les flammes suitées reste largement inexpliqué et a défié les chercheurs pendant au moins les 40 dernières années, il a été démontré que ce processus génère efficacement des espèces de tailles et de structures similaires à celles suspectées dans le milieu interstellaire, entre les précurseurs moléculaires des suies (jusqu'à environ C24H12) et les plus petites particules de la distribution des noyaux de suie (contenant une centaine d'atomes de carbone). Le consortium a une expertise unique de la combustion à l'astrophysique de laboratoire pour exploiter des flammes originales et produire efficacement de grands systèmes moléculaires en phase gazeuse à partir de la zone de nucléation des suies, et étudier leur photophysique dans des conditions simulant celles du milieu interstellaire. La caractérisation structurale, l'absorption électronique, la fluorescence électronique et la fluorescence récurrente seront ensuite étudiées en effectuant des expériences in situ, en ligne et ex situ complétées par une modélisation théorique approfondie. Ce projet permettra d'avancer sur l'identification des porteurs de signatures spectrales interstellaires inexpliquées.

Lorsque l'isotope le plus commun de l'hélium est refroidi à une température inférieure à 2.17K, il apparaît dans une phase fluide atypique appelée He II. Celle-ci consiste en un mélange d'un fluide normal, visqueux, et d'un superfluide, non-visqueux, qui interagissent par des forces de friction mutuelle. De manière remarquable, la vorticité de la composante superfluide de l’He II est localisée dans des tourbillons de taille atomique et dont la circulation (l'intégrale de la vitesse sur une boucle fermée) est quantifiée par le rapport entre la constante de Planck et la masse de l’atome d’hélium: on parle de tourbillons quantiques. La description de la dynamique de l'He II dans son intégralité reste toutefois à ce jour un défi et il n'existe pas encore de théorie unifiée capable de décrire l’ensemble des régimes et des échelles des écoulements d'He II. Ce projet se concentre sur l'interaction entre les tourbillons quantiques, briques élémentaires des écoulements de superfluide, et la composante normale du fluide lorsque l’He II est mis en rotation et soumis à un flux de chaleur. Nous considérerons trois configurations. Dans la première, nous étudierons un récipient d’He II soumis à une rotation d’ensemble dans lequel un réseau hexagonal de tourbillons quantiques est attendu. Nous modulerons lentement le taux de rotation de l’He II pour pouvoir étudier la dynamique associée de création ou de disparition de tourbillons quantiques. Nous étudierons ensuite un écoulement d’He II en rotation forcé par un flux de chaleur modéré (éventuellement oscillant), dans lequel nous caractériserons les instabilités conduisant à la propagation de modes ondulatoires de Kelvin, de Tkachenko et d'inertie dans le réseau de tourbillons quantiques et leur interaction avec les ondes d’inertie dans la composante classique de l’He II. Nous étudierons finalement l'écoulement d’He II en rotation forcé par un flux de chaleur intense pour lequel nous nous concentrerons sur les interactions et les reconnexions entre tourbillons quantiques et sur l'état de turbulence quantique que nous atteindrons finalement. Cette étude sera réalisée grâce à des expériences et des simulations numériques innovantes et coordonnées pour décrire la « transition à la turbulence quantique » que la succession de ces trois configurations forment ensemble. Dans les expériences, nous utiliserons des techniques avancées de visualisation des tourbillons quantiques dans un cryostat tournant et, dans les simulations numériques, une nouvelle approche qui s’appuie sur un traitement auto-consistant du couplage entre tourbillons quantiques et fluide normal. Grâce à ces approches complémentaires et au tout meilleur niveau scientifique et technologique actuel, nous apporterons un nouvel éclairage sur la dynamique de l'He II et ouvrirons la voie à des avancées théoriques concernant la transition à la turbulence quantique.