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Le projet EMERALD “ElectroMagnetic compatible EngineeRed Active Low-consumption Diamond-based optics” s’inscrit dans la continuité des résultats prometteurs obtenus dans le cadre du projet ASTRID D-FACTO, coordonné par Thales Research & Technology - France. Le consortium avait alors démontré la preuve de concept d’une fenêtre optique infrarouge à base de diamant nanostructuré aux propriétés anti-reflets, superhydrophobes, anti-givre et anti-encrassement par activation électrochimique. C’est notamment cette dernière fonctionnalité, permettant un nettoyage de l’optique en situation opérationnelle et donc de s’affranchir de toute opération de maintenance, qui avait motivé le montage de ce projet. Ces fenêtres nanostructurées possèdent par ailleurs une robustesse mécanique accrue par rapport aux fenêtres « standard » en verre, silicium ou germanium, même lorsque les épaisseurs de diamant mises en jeu sont faibles (100nm). Les développements technologiques menés avaient pour objectif de répondre aux besoins de nombreux systèmes optiques et optroniques utilisés dans les domaines civils et militaires : capteurs visible ou infrarouge des aéronefs (drones), des véhicules autonomes, l’instrumentation spatiale d’observation terrestre, les systèmes de surveillance pour les domaines maritime et terrestre, l’ensemble des senseurs optroniques, les LiDARs… Le projet EMERALD vise à améliorer les propriétés d’auto-nettoyage des fenêtres optiques à base de diamant par l’intermédiaire d’une couche mince collectrice de charges électriques, transparente dans la bande spectrale d’utilisation (visible ou infrarouge), et destinée à rendre le courant d’activation électrochimique compatible d’une électronique faible consommation (typiquement 1W pendant quelques secondes). Le consortium travaillera également à la pérennisation du caractère superhydrophobe d’une optique à base de diamant nanostructuré via le développement d’une méthode de fonctionnalisation chimique robuste. La mise en œuvre de ce procédé de fonctionnalisation devra être peu contraignante, afin de rendre possible, en situation terrain, une régénération du caractère anti-pluie dont le maintien n’est plus garanti après activation électrochimique de l’optique. Enfin, les propriétés de conduction électrique et de transparence optique offertes par le diamant rendu conducteur par dopage, devront permettre, à l’aide d’un design d’électrodes optimisé, l’obtention d’un caractère CEM (Compatibilité Électromagnétique) et LO (Low Observable) de la fenêtre optique dans certaines plages de fréquences de la bande RADAR. Le projet EMERALD permettra la conception et la réalisation de démonstrateurs optiques fonctionnant dans la bande visible ou infrarouge, et possédant les différentes propriétés mentionnées précédemment (superhydrophobie, auto-nettoyabilité et CEM/LO). Une fenêtre optique sera implémentée sur un drone afin de tester les différentes fonctionnalités, et notamment la capacité d’auto-nettoyage, en situation opérationnelle, i.e. en vol.

Les écoulements d’air à très haute vitesse engendrent des variations de masse volumique dont l'intensité augmente rapidement avec le nombre de Mach. Dans la zone de l'écoulement proche-paroi (la couche limite), la formation de gradients locaux de masse volumique est la cause commune des deux problématiques autour desquelles s’articulent les axes du projet MIDENGRAD : l'émission acoustique et les effets aéro-optiques. Le premier axe a des implications sur notre capacité à générer au sol des essais d’écoulements hypersoniques qui puissent correctement reproduire la physique de l'écoulement en vol. En effet, rares sont les souffleries hypersoniques dites "silencieuses" dans le monde, aucune ne l’est en Europe, et tout porte à croire que la plupart des données dont nous disposerons continuera de porter la signature du bruit émis par les couches limites des tuyères de souffleries. Dans ce projet, nous développerons une méthodologie de contournement de cette difficulté qui n’est pas basée sur l’élimination du bruit - ce en quoi consiste la stratégie des souffleries silencieuses. Au lieu de cela, nous caractériserons expérimentalement le bruit de souffleries “bruyantes” afin de l’intégrer dans nos modèles numériques. Cet objectif permettra d'éliminer un obstacle majeur dans le processus de validation des modèles à l’aide d’essais sol bruyants, ce qui nous permettra de continuer à travailler avec l'immense majorité des données expérimentales qui seront disponibles à court et moyen terme. Le second axe porte sur un champ nouveau à l'intersection entre la mécanique des fluides et la photonique. Il consiste à développer une capacité de génération de champs de masse volumique à bas coût, tout en restant représentatifs des couches limites turbulentes et hypersoniques. Ces champs synthétiques serviront ensuite au développement et à la calibration de méthodes de compensation des effets aéro-optiques induits par la couche limite sur les rayons lumineux qui la traversent. La capacité de voir et de communiquer à partir de véhicules hypervéloces en maîtrisant les obstacles à la propagation de fronts d’ondes sur ces vecteurs ouvre de nouvelles possibilités, mais requiert en premier lieu de lever de nombreux verrous scientifiques abordés dans ce projet.

Le projet NEMO, mené en collaboration entre l’Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (ICMMO) et l’Institut de Recherche Biomédicale des Armées (IRBA), a pour objectif de développer une plateforme innovante de décontamination ciblée pour les agents chimiques de guerre, notamment les agents neurotoxiques organophosphorés des séries G, V et A, ainsi que l’ypérite (gaz moutarde). Pour y parvenir, le projet repose sur la conception de bio-nanoréacteurs hybrides intégrant des complexes organo-métalliques dans des cages protéiques, combinant deux mécanismes complémentaires : une oxydation sélective du soufre pour neutraliser les agents de la série V et l’ypérite, et une hydrolyse spécifique des agents de la série G et A afin d’assurer leur élimination rapide et efficace. Ces nano-réacteurs offriront un environnement confiné qui favorise la reconnaissance et la transformation des toxiques tout en protégeant les catalyseurs de toute dégradation prématurée, garantissant ainsi une solution stable, efficace, facile à utiliser et économique. Adaptée aux interventions sur les surfaces sensibles (peau, textiles, équipement sensible) et biocompatible avec l’environnement, cette approche répond à un besoin urgent de nouvelles stratégies de décontamination en proposant une alternative plus écologique, polyvalente et performante aux méthodes actuelles, avec des applications prometteuses dans les domaines militaire et civil

Résumé du projet : Le projet DFC (Distortion Free Camera) vise à concevoir une nouveau type de systèmes d’optique stabilisée en temps réel, permettant de corriger des effets de distorsion atmosphérique, avec un design optiques/capteur(s) simplifié. Architecturés autour de détecteurs à réponses duales Linéaires/Logarithmiques conjointement à l’exploitation de lectures non destructives rapides, de tels systèmes proposeront des solutions d’optiques stabilisées à un seul détecteur/chemin optique. En effet, l’analyse de la perturbation et l’image finale corrigée seront effectuées sur le même capteur d’image. Le projet sera mené conjointement par le Laboratoire de Physique de l'Ecole Normale Supérieure de Paris (LPENS), le Laboratoire Temps Espace de l’Observatoire de Paris (LTE) en collaboration avec l’Observatoire Midi Pyrénées (OMP)i, et le département d’Optique et Technique Associée de l’ONERA (DOTA) en collaboration étroite avec le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM). L’ENS développe de l’instrumentation d’imagerie de hautes performances à destination scientifique, l’Observatoire de Paris leader en planétologie propose une plateforme instrumentale unique pour les essais et mise au point d’un tel système (le T1m du Pic du Midi en collaboration avec l’Observatoire Midi Pyrénées), tandis que l’ONERA apporte l’expertise et son savoir faire unique en optique stabilisée et adaptative pour les applications sécurité et défense ainsi que ces moyens expérimentaux en laboratoire (banc PICOLO) et sur Ciel (Station sol FEELINGS et banc de démonstration ciel PAPYRUS) Ce projet est également rendu possible grâce aux résultats préliminaires obtenus autour du prototype de la caméra SIRIS, entièrement développée par le LPENS et testée conjointement par le LPENS, le LTE et l’OMP avec le télescope de 1m du Pic du Midi. Cette caméra a été conçue autour d’un détecteur Infra-rouges SWIR (Short Wave Infra-Red), hybride CMOS-InGaAs, de la société française NIT (New Imaging Technologies). Les essais et mises au point instrumentales prévus sur le télescope de 1m du Pic du Midi, permettront également de mener des campagnes d'observations scientifiques. En effet la très grande dynamique ainsi que la stabilisation des images du système DFC va permettre d’observer les satellites naturels internes des planètes géantes. On pourra alors quantifier les effets de marées et contraindre les modèles internes des planètes (présence d’un noyau rocheux,....) et des satellites (masse, présence d’océan liquides…). Cela ouvrira la voie, par ailleurs, aux problématiques de détection et d'étude des exoplanètes (lorsque DFC pourra être exploitée sur des télescopes de plus grand diamètre comme le télescope COPERNICO de 1,82m ou sera installé le banc PAPYRUS). En parallèle, des essais en laboratoire dans des conditions représentatives de finalités défenses (focalisation de faisceaux laser à travers la turbulence pour maximiser le dépôt d’énergie, imagerie endo-atmosphérique à haute résolution) seront menés à l’ONERA. L'objectif du projet est de faire passer le niveau de préparation technologique (TRL) de cet appareil du concept intermédiaire actuel (2) au niveau (4-5).

Le projet ASIAM (Analyse Situationnelle par l’Intelligence Artificielle générative Multimodale) vise à développer une solution innovante et souveraine d’intelligente artificielle générative (IAG) multimodale permettant d’accompagner un opérateur dans son analyse de l’environnement en augmentant de manière significative sa conscience situationnelle. L’IAG apparaît comme une technologie prometteuse pour révolutionner le traitement de l’information, l’aide à la décision et améliorer l’efficacité opérationnelle. Cependant elle présente encore des limitations majeures pour son usage dans des applications militaires/critiques. Il s’agit principalement du manque de précision, de fiabilité, des lacunes en matière de compréhension et de raisonnement en profondeur. En outre, elle reste aujourd’hui cantonnée au traitement de textes et d’images. Enfin, à ces verrous techniques s’ajoutent des préoccupations concernant sa souveraineté et la confidentialité des données qu’elle peut traiter. Pour lever ces verrous, Thales et le CEA mobiliseront leur expertise complémentaire pour développer des MM-LLM (Multimodal Large Language Models) souverains en s’attachant à trois axes de recherche : - La spécialisation des modèles au domaine cible et leur précision ; - La multi-modalité étendue, couvrant les textes, les images, les données cartographiques et les données structurées; - La capacité de raisonnement des modèles allant de la description fine jusqu’au raisonnement spatio-temporel. L’analyse situationnelle exploitera un large spectre de sources d’information : réalité du terrain perçue par les personnes (échanges de textes, transcriptions audio, images et vidéos), autres modes de captation (caméras dans le visible ou l’IR, radars...), sources d’information privées, données disponibles sur le web et les réseaux sociaux, données cartographiques, et données structurées. Les enjeux adressés par ASIAM sont de réussir à : i) fusionner efficacement des données hétérogènes, ii) produire des informations synthétiques, précises, fiables et pertinentes, dans le contexte, iii) générer de l’information de haut niveau intelligible, par l’intégration de mécanismes de raisonnement à différentes échelles d’espace et de temps. Les innovations et avancées majeures attendues dans le projet seront : - Des nouveaux outils d’annotation intelligente des données et des chaînes de raisonnement ; - Un modèle multimodal, MapCLIP, premier du genre, permettant d’aligner la modalité carte à la modalité texte et ouvrant la possibilité à l’extraction d’informations sémantiques des cartes; - De nouvelles approches d’apprentissage pour le raisonnement géo-spatial ; - Les premiers MM-LLM pour la défense, maîtrisés de bout en bout, et capables d’exploiter toutes les modalités citées et de rechercher l’information avec précision, notamment avec des techniques de type Graph-RAG; - Une évaluation objective des performances des MM-LLM développés ; - Une démonstration des fonctionnalités développées dans le cadre de l’assistance à l’opérateur par l’IAG. ASIAM jouera le rôle d’un assistant intelligent de confiance pour l’utilisateur, lui permettant de dialoguer facilement et efficacement avec des bases d’informations dans le but de faciliter et d’accélérer la prise de décision humaine. Par exemple, appliquée au domaine du renseignement, l’IA générative multimodale, permettra d’extraire, de traiter, de corréler et d’interpréter simultanément différents types d’informations provenant de sources multiples pour générer des synthèses et accélérer la production de rapports fiables. Appliquée au commandement, elle permettra de mettre à jour la situation réelle avec les données terrain et de mettre en évidence les écarts avec la situation prévue. Le projet ASIAM s’inscrit dans le cadre de la thématique « 6.15 Intelligence artificielle », et s’intéresse plus particulièrement aux méthodes d’intelligence artificielle multimodales au service des applications critiques (6.15.1 et 6.1.2).

La disponibilité croissante de données de télédétection, comme celles provenant de la constellation Sentinel, offre de nombreuses opportunités pour l'automatisation de tâches en observation de la Terre. Cependant, la majorité des données brutes transmises quotidiennement par les capteurs décrivent des phénomènes courants dont l'analyse détaillée n'est pas indispensable. À l'inverse, les événements d'intérêt peuvent se retrouver noyés dans la masse d'information. Compte-tenu de la masse de données de télédétection acquise chaque jour, il devient crucial de pouvoir automatiquement identifier les observations les plus riches en information. L'intelligence artificielle peut ainsi jouer un rôle en aidant à filtrer les acquisitions inhabituelles pour une interprétation plus approfondie. Le projet OGRE (Observation de la Terre et IA Générative pour la Reconnaissance d'Événements rares) a pour objectif de développer de nouvelles méthodologies utilisant les modèles génératifs profonds afin d'identifier des événements extrêmes dans des piles multimodales SAR/optique d'images de télédétection. Nous faisons l'hypothèse que les images les plus pertinentes sont celles présentant un caractère inhabituel, déviant de la distribution habituellement observée. Cette définition regroupe ainsi les catastrophes naturelles (inondations, incendies, tempêtes, séismes...), des événements environnementaux et météorologique extrêmes (fonte des glaces, sécheresses prolongées) ou des activités humaines anormales, voire illégales (déforestation, contrebande, construction non réglementée). Pour ce faire, le projet croise l'état de l'art en détection non-supervisée de données « hors distribution » et celui des modèles génératifs profonds tels que les modèles de diffusion et les auto-encodeurs masqués. En effet, ces modèles permettent d'apprendre la distribution des observations « normales », sans aucune supervision. Des critères, tels que l'erreur de reconstruction, permettent alors d'estimer la vraisemblance d'une nouvelle observation et de la placer soit comme étant représentative de la distribution, soit comme étant en marge de celle-ci. Les images ainsi identifiées correspondent plausiblement à des événements rarement observées dans la distribution initiale. La force du projet est de construire un cadre de travail dédié à l'imagerie de télédétection, en développant des modèles génératifs adaptés à l'imagerie optique multispectrale et à l'imagerie SAR, bien au-delà des modèles habituels de la vision par ordinateur. En s'appuyant sur ces outils, le projet évolue selon trois directions: - le conditionnement des modèles génératifs et leur influence sur la capacité à détecter différents types d'événements extrêmes, afin de prendre en compte que certains phénomènes ne sont rares que dans certains contextes (une tempête de neige est exceptionnelle à Paris mais commune à Anchorage, Alaska), - la localisation spatiale de l'événement, afin de placer précisément où dans l'image se situe l'événement extrême, jusqu'au niveau du pixel, - la prise en compte de la temporalité des phénomènes en étendant les modèles génératifs au cas des séries temporelles d'images satellitaires, permettant d'identifier des événements rares constituant des ruptures (par exemple, changements du tissu urbain). Le croisement des modèles génératifs et de la détection de données en queue de distribution est entièrement nouveau pour l'observation de la Terre. Le projet construit donc un cadre méthodologie nouveau, au caractère fortement exploratoire. Toutefois, il se raccroche à plusieurs cas d'usage réels, sur lesquels ces nouvelles méthodes seront validées expérimentalement, allant de la segmentation d'inondation à la détection de fonte des neiges en passant par l'identification de deep fakes et le suivi des changements urbains.

Avec l'expansion rapide des activités humaines dans l'espace, qu'il s'agisse des missions habitées, des satellites de communication, des constellations pour l'observation de la Terre ou des initiatives du New Space, la gestion du domaine spatial devient de plus en plus complexe. Cette complexité accrue nécessite une surveillance accrue de l'espace pour garantir la sécurité des infrastructures en orbite. L'optique, et plus particulièrement l'optique adaptative (OA), offre un potentiel considérable pour surveiller avec une haute résolution les objets spatiaux. L'optique adaptative est une technologie clé pour corriger les effets de la turbulence atmosphérique, permettant ainsi d'obtenir des images détaillées depuis des télescopes terrestres. Aujourd'hui, l'OA est intégrée dans tous les grands télescopes au sol. Avec la construction de l'Extremely Large Telescope (ELT), l'OA est devenue indispensable. Équipé d'une OA ultra-performante, l'ELT ouvre des perspectives fascinantes, telles que la détection de planètes similaires à la Terre et l'analyse potentielle de leurs atmosphères. L'OA joue également un rôle stratégique dans la surveillance de l'espace, notamment pour l'observation des satellites et la sécurisation des communications optiques entre le sol et les satellites. En améliorant la résolution angulaire, l'OA permet de distinguer des détails tels que les panneaux solaires, les antennes ou les variations de forme des satellites. Elle facilite également la détection de changements, comme les dégradations mécaniques ou les dysfonctionnements, et améliore la précision astrométrique pour déterminer les orbites. Ces capacités sont essentielles pour surveiller les comportements anormaux et identifier les satellites potentiellement hostiles. La plateforme PROVIDENCE, développée par l'ONERA, vise à répondre à ces enjeux en offrant des capacités d'observation, de classification, d'identification, de caractérisation et de surveillance à haute résolution angulaire de l'orbite terrestre basse. En combinant les avancées en optique adaptative et en apprentissage automatique, le projet AI4AO vise à repousser les limites actuelles de l'imagerie à haute résolution angulaire, avec des applications directes pour l'astronomie, les communications optiques et la surveillance de l'espace. AI4AO ambitionne de transformer les systèmes d'OA en les rendant plus performants, robustes et autonomes. Développé sur 36 mois, AI4AO se positionne comme un projet structurant pour les futures générations d’instruments à haute résolution angulaire. Les avancées réalisées bénéficieront directement à des projets comme l'ELT et PROVIDENCE, offrant des perspectives d’innovation majeures au service de l’astronomie, des télécommunications optiques et de l’observation de l’espace. Le projet prépare également le terrain pour une future maturation technologique, en vue d'un déploiement opérationnel à plus grande échelle. Le consortium est composé du Laboratoire d'Astrophysique de Marseille, de l'ONERA et de l'Université de Durham, réunissant des expertises complémentaires en photonique, IA et intégration de solutions en temps réel embarquées.

Les métasurfaces optiques, fines couches judicieusement nanostructurées, ont la capacité de manipuler la lumière à l’échelle locale, avec des fonctions indépendantes sur plusieurs bandes spectrales. Ainsi, l’émission thermique infrarouge d’une surface peut être modifiée et pilotée à l’aide de nanocavités optiques. Si elles sont aussi largement utilisées pour contrôler la phase, la polarisation ou la diffraction, très peu de travaux ont porté jusqu’à présent sur le contrôle de la diffusion de la lumière, d’autant plus que les structurations restent souvent périodiques. Or, dans un contexte défense, une surface va avoir une réponse optique qui va permettre de la détecter, l’identifier et éventuellement agir à son encontre. Cette détection optique est très dépendante des scénarios considérés, mais repose fondamentalement sur le rayonnement directement émis par l’objet ou sur le rayonnement renvoyé et peut porter sur plusieurs bandes spectrales. Dans un contexte civil, obtenir des comportements d’émission et diffusion à façon dans le visible et l’infrarouge peut servir la lutte anti-contrefaçon, mais a aussi des intérêts pour le photovoltaïque ou les vitrages de bâtiments ou de véhicules qui doivent combiner plusieurs fonctionnalités visuelles et thermiques. Le projet RENARD vise au développement de métasurfaces utilisant des ensembles désordonnés d’antennes permettant le contrôle à la fois de l’émissivité infrarouge et du comportement en diffusion, angulairement et spectralement. Ces dispositifs combinent les propriétés des structures résonantes à l’état de l’art, et des connaissances récemment développées dans le domaine de la diffusion. La réponse optique d’une surface texturée va dépendre de 2 échelles. La première échelle, microscopique, est décrite usuellement via les équations de Maxwell avec des éléments résonants permettant de contrôler le niveau d’absorption ou de transmission. La seconde échelle est à un niveau plus macroscopique et correspond à l’organisation des nanostructurations, qui peut aussi être décrite comme un facteur de structure et va rigoureusement déterminer les directions autorisées de renvoi de la lumière. Le projet vise à associer ces deux éléments pour démontrer des réponses qui seraient compatibles d’applications type furtivité. Le projet RENARD part de développements théoriques sur les structures désordonnées et de développements de modèles pour permettre la conception, l’optimisation et la fabrication de trois familles de composants. La première famille de composants sont des revêtements présentant un diagramme de rayonnement de diffusion anormal (contrôle angulaire de l’énergie). La deuxième famille de composants sont des revêtements combinant un contrôle angulaire de l’énergie et un comportement résonant, notamment pour des bandes spectrales d’émissions et de diffusions (contrôle spectral de l’énergie). La troisième famille de composants sont des revêtements présentant les propriétés des deux familles précédentes, mais sur des surfaces non planes. Le projet vise à arriver à une caractérisation expérimentale de ces différents dispositifs fabriqués par lithographie laser, et à développer une maquette de laboratoire grande surface sur substrat souple permettant d’illustrer la capacité de camouflage vis à vis de caméras infrarouge. Dans ce projet, nous visons plusieurs objectifs : 1. Développer un modèle et implémenter un code de simulation d’ensembles désordonnés de structures résonantes. 2. Démontrer le contrôle spectral simultané de la diffusion et de l’émission thermique par une métasurface. 3. Démontrer le contrôle angulaire non-lambertien de la diffusion par une métasurface désordonnée. 4. Concevoir des métasurfaces combinant un contrôle spectral et un contrôle angulaire (identiques ou différents) sur plusieurs bandes spectrales de manière indépendante. 5. Étendre ces résultats aux surfaces non planes.

Le projet ECOSONIC vise à développer une filière souveraine de transducteurs ultrasonores à base de matériaux piézoélectriques sans plomb. Les impératifs environnementaux et la précarité de l’exemption dont bénéficie le PZT dans le cadre de la directive européenne RoHS rendent ce développement aussi impératif qu’urgent. Si cette problématique de remplacement du PZT est identifiée de longue date, la principale barrière au développement d’une telle filière réside principalement dans l’absence de synergie public-privé. Celle-ci résulte dans le développement en laboratoire de formulations toujours plus complexes de composés piézoélectriques toujours plus performants mais qui ne sont pas industrialisables. Du côté des entreprises, le principal frein est l’absence de disponibilité de matériaux ad hoc qui permettraient un simple remplacement du PZT dans les transducteurs actuels, optimisés pour le PZT. Notre consortium vise, à travers ce projet, à surmonter cette barrière en développant ensemble une solution matériau adaptée aux exigences industrielles tout en concevant des transducteurs nouveaux adaptés à ces matériaux sans plomb. L’objectif du projet ECOSONIC est donc la réalisation de prototype de transducteurs pour le contrôle non destructif et de transducteurs sous-marins à base de matériau actif sans plomb. Le matériau sans plomb sélectionné est la solution solide BaTiO3-BaSnO3 (BTSn). Ce choix est basé sur 1/ l’absence de solution commerciale alternative qui soit performante et souveraine pour des matériaux sans plomb, 2/ sur la capacité à industrialiser la production du matériau en évitant les éléments volatils comme le sodium, le potassium ou le bismuth et les formulations complexes amenant à des variabilités des performances, et 3/ sur les propriétés piézoélectriques et diélectriques de cette solution solide. Les transducteurs cibles ont des plages de température d’utilisation qui sont compatibles avec la température de Curie relativement basse (>120°C) de cette solution solide et la conception des échantillons sera adaptée à cette température de Curie. L’utilisation d’une texturation des céramiques réalisées par coulage en bande permettra par ailleurs de tirer parti de l’anisotropie des propriétés diélectriques et piézoélectriques. Ceci permettra de rapprocher les performances piézoélectriques des céramiques des monocristaux tout en conservant un coût de fabrication raisonnable. La texturation sera réalisée à l’aide de plaquettes monocristallines de BaTiO3 synthétisées par la méthode hydrothermale, elle aussi transférable à une production industrielle et respectueuse de l’environnement. Comme indiqué précédemment, en plus du matériau actif, le projet vise à redéfinir la conception des transducteurs, en prenant en compte les propriétés élastiques, de masse volumique, diélectriques, piézoélectriques et de température de Curie du matériau sans plomb sélectionné. Le projet consistera en une phase préliminaire dans laquelle les plaquettes de BaTiO3 et les poudres de BTSn seront synthétisées au laboratoire SPMS alors que les travaux de conception des transducteurs (détermination des tenseurs des propriétés, sélection des autres matériaux, méthode de conception etc.) seront initiés avec des échantillons de BaTiO3 commercial dans les deux entreprises : IMASONIC et PYTHEAS Technology. Ces travaux seront affinés avec les premiers échantillons, non orientés, de BTSn puis avec les échantillons de BTSn orientés produits par le SPMS. La maîtrise de la synthèse de ces matériaux sera transférée à PYTHEAS Technology pour un passage à une production industrielle, avant intégration des échantillons produits industriellement dans les transducteurs prototypes finaux, qui seront réalisés à IMASONIC et PYTHEAS Technology, et dont le niveau de performances sera caractérisé en comparaison avec les versions actuelles en PZT pour les applications en contrôle non destructif et sous-marines.

La plage de longueur d'onde eSWIR (extended short wave infrared) allant de 1 µm à 2,5 µm suscite un intérêt grandissant avec de nombreuses applications émergentes aussi bien sur les plans civiles, spatiales que militaires. On peut citer par exemple le tri sélectif de plastique à 1,9 µm, l'observation spatiale de l'environnement terrestre et notamment des dégagements de CO2 d'origine humaine ou encore l'utilisation de laser plus difficilement détectable au-delà de 1,7 µm pour les applications de télémétrie, de télécommunication en espace libre ou d'imagerie active. Aujourd'hui, les quelques imageurs eSWIR existants fonctionnement à des températures cryogéniques en dessous de 200 K, ce qui nécessite la mise en place d'une machine à froid encombrante et couteuse en énergie. Le projet AGATINE a ainsi pour objectif de réaliser en France un premier démonstrateur d'un imageur VGA hautes performances dans la gamme de longueur d'onde du proche infrarouge étendu à 2,5 µm et avec une température de fonctionnement non cryogénique d'au moins 230 K. Pour y parvenir, nous utiliserons les solutions à base de super-réseaux de matériaux III-V intégrées dans une architecture détectrice à barrière. Des super-réseaux de type Ga-free se sont imposés pour le moyen infrarouge mais ne sont pas compatible de l'eSWIR. Nous avons identifié une alternative prometteuse de type InAsSb/GaAsSb dans le cadre d'une collaboration commune entre Lynred, III-V Lab et le CEA et l'enjeu est de confirmer son aspect prometteur en allant jusqu'à la fabrication et la caractérisation fine de cet imageur infrarouge. La solution proposée devra de plus être compatible de la chaine de production Lynred. Ce projet comporte cinq partenaires travaillant sur la détection infrarouge de longue date et en étroite collaboration. Le consortium va des systémiers Thales Alenia Space et Thales and Air System, à l’industriel français de l’imagerie infrarouge Lynred et enfin trois entités impliquées dans le développement des matériaux III-V : III-V Lab, IES et C2N étroitement liées. Pour répondre à cet objectif ambitieux, ce projet se décompose en 5 tâches : une tâche de management et 4 tâches techniques. Dans les tâches techniques, nous fabriquerons ce matériau super-réseau InAsSb/GaAsSb et le caractériserons par des mesures structurales comme la diffraction aux rayons X et le microscope à transmissions électronique ainsi que par des mesures électro-optiques comme la photoluminescence, la transmission FTIR, la décroissance de photoconduction ou l'effet Hall. Nous réaliserons ensuite et caractériserons par des mesures de courant noir et de réponse spectrale deux générations de composant détecteur mono-élément. Les architectures les plus performantes seront sélectionnées pour la fabrication de l'imageur infrarouge. Des mesures radiométriques, spectrales ainsi que de la résolution de l'imageur seront enfin réalisées. En parallèle, deux études plus amont seront menées. L'une concernera l'analyse de la métallurgie exacte du super-réseau par des techniques de microscopie avancées HAADF afin d’ajuster nos dessins de composant à la base de la composition réelle. L'autre concernera la croissance des matériaux massifs à base d'antimoine par MOVPE susceptibles de couvrir la gamme eSWIR.

Le projet THERMACOM vise à répondre à des enjeux scientifiques et techniques liés aux performances des systèmes antennaires et des cordons RF, dans des environnements thermiques particulièrement sévères. Les applications ciblées couvrent aussi bien le domaine Défense (antennes, signatures radar) que civil (spatial, nucléaire, volcanologie). D’une manière générale, les systèmes radiofréquence (RF) et hyperfréquences, notamment les antennes, les câbles et les connectiques associées, doivent supporter des températures élevées ; des environnements thermiques de l’ordre de plusieurs dizaines de degrés sont fréquents. Néanmoins, pour certains systèmes, ces températures peuvent devenir bien supérieures : c’est le cas par exemple des porteurs hypervéloces, des lanceurs spatiaux, des satellites et des réacteurs nucléaires, pour lesquels les températures peuvent atteindre 600°C. Le défi réside dans la capacité à concevoir des technologies permettant de s’accommoder conjointement des contraintes thermomécaniques, aérothermiques et électromagnétiques (EM). L’intégration d’un système antennaire soumis à de très haute température ne peut pas se limiter à la cellule de rayonnement ; elle doit prendre en compte le câblage RF auquel celle-ci est connectée. L'objectif principal du projet est donc de développer des capacités expérimentales (protocoles et technologies de mesure avancées) pour tester et caractériser des composants de type antenne ou cordons RF à de très hautes températures, afin de garantir leur performance sous contraintes thermiques extrêmes. Ce développement inclut la mise en place de trois bancs d’essais dédiés : - Un banc d’essais four tubulaire pour évaluer les cordons RF et des maquettes de démonstration. - Un banc d’essais en espace libre (c.à.d. hors chambre anéchoïde) pour caractériser des matériaux et des rayonnements d'antennes sous contrainte thermique. - Un banc d’essais en guide d'onde pour caractériser électromagnétiquement (permittivité et perméabilités complexes) les échantillons des matériaux en température. Ces bancs permettront de mesurer la réponse EM des composants dans des conditions proches de celles rencontrées, dans des contextes de défense ou civils, pour lesquelles la précision des performances est crucial pour la réussite de la mission (application radar, télémétrie, communications, commandes sans fil. Plus particulièrement, le projet propose le développement d’une solution innovante de cordons RF (câble et connecteurs) semi-rigides capables de fonctionner à des températures élevées, jusqu’à 600°C. Ces cordons, utilisés notamment dans les radars AESA (Active Electronically Scanned Array) et SAR (Synthetic Aperture Radar), permettent de transmettre des signaux avec une précision élevée. En outre, le projet propose la mise en place d’un sujet de thèse pour lequel un doctorant travaillera sur la modélisation thermo-électromagnétique, et participera par son travail fondamental à la cohérence entre les différentes étapes du projet. Ce travail s’inscrit dans le cadre de l'axe thématique « Ondes acoustiques et radioélectriques», et plus particulièrement dans les sous-axes thématiques : - « Génération et mesure des rayonnements » avec l’orientation « Maîtrise des systèmes antennaires en environnement aérothermique ». - « Guerre électronique et furtivité », avec l’orientation « Caractérisation électromagnétique des matériaux in situ et en température ». Pour mener à bien ces travaux, le projet THERMACOM est organisé autour de trois partenaires aux profils complémentaires : - L'ONERA, laboratoire de recherche pour la défense, l’aéronautique et le spatial. - RADIALL, industriel leader dans le développement et la fabrication de connecteurs et des composants associés pour des applications électroniques. - L’Institut Fresnel, laboratoire académique de recherche en optique, photonique, électromagnétisme, traitement de l’information et imagerie avancée.

De la lutte contre la désinformation à la cartographie en passant par la cybercriminalité et l’exploration spatiale, DALEAS a pour objectif de mettre en place la preuve de concept d’un outil multimodal capable de répondre aux exigences de métiers extrêmement différents. Plonger dans l’analyse de masse et en personnaliser les résultats grâce aux travaux de chercheurs qui ont une approche nouvelle des sujets. Inspiré à l'origine d'un système d'alertes utilisé dans le domaine de l'astronomie, appelé Fink, l’architecture proposée sera conçue pour permettre à différents agents (gendarmes, cartographes, journalistes, astronomes) d’analyser efficacement de grands volumes de données multimédias (images, vidéos, textes, etc.) en flux, provenant de diverses sources (ex. réseau social X, agences de cartographie, sources internes à un partenaire), par confrontation avec des corpus de données de référence vérifiés (IGN, images certifiées C2PA et référencées par France Télévisions, etc.), afin de détecter des anomalies, par rapport à ces références (par exemple, une information fausse telle qu’une “fake news” sur un réseau social ou une information caduque telle qu’une incohérence dans un jumeau numérique nécessitant une mise à jour). Cette preuve de concept, implantée avec le framework Apache Spark™, sera intrinsèquement pensée pour le passage à l'échelle. Ce paradigme permettra d’apporter un socle adapté à de nouvelles perspectives de recherche pour la détection d’anomalies en flux, au cœur de laquelle se trouve la problématique de l’indexation et de la recherche multimodale à grande échelle, c’est-à-dire la capacité à rechercher rapidement des informations selon un critère donné, potentiellement complexe, dans une base de données massive. Pour cela, le consortium réunit deux partenaires, l’IJCLab et le LaSTIG, qui ont développé des compétences avancées et complémentaires dans le traitement de l’information à large échelle, notamment spatiale. Ils apporteront des solutions uniques et innovantes en termes d’architectures matérielle, logicielle et algorithmique pour le traitement massif de données multimédias, reposant sur l’architecture Fink. Afin de valider qualitativement cette architecture, trois cas d’utilisation relevant de secteurs très différents seront traités : la lutte contre la désinformation avec France Télévisions et Comcyber-MI du Ministère de l’Intérieur, la mise à jour de jumeaux numériques avec l’IGN et la détection de satellites artificiels avec l’IJCLab. En mutualisant toutes les briques de cette infrastructure et en abstrayant les difficultés inhérentes à l’utilisation de l’informatique, les utilisateurs auront tout le loisir de se concentrer sur leur cas d’utilisation. DALEAS produira ainsi une infrastructure collaborative proposant des cas d’utilisation innovants. Enfin, elle s’inscrira dans l'approche des FAIR Principles for Research Software (FAIR4RS Principles), qui promeut la transparence, l’adaptabilité, la reproductibilité et l'accessibilité des logiciels de recherche, rendant ainsi réalisable et pérenne son exploitation après le projet pour tout type de secteur manipulant l’analyse de données massives en flux.

La forêt amazonienne abrite la biodiversité terrestre la plus riche de la planète, constitue l'un des plus grands réservoirs de surface du carbone et a été un puits majeur pour les émissions de CO2 d'origine anthropique. Mais les changements anthropiques du climat et d'utilisation des terres peuvent forcer la forêt amazonienne à un processus de dégradation irréversible, la caractérisant alors comme un point de bascule central du système climatique. L’étendue de la forêt amazonienne dépend aussi de la quantité et de la saisonnalité des précipitations en Amazonie. La baisse future des précipitations en Amazonie, qui pourrait être modifiée régionalement par le ralentissement de la circulation méridienne de retournement de l'Atlantique (AMOC), pourrait affecter négativement la forêt amazonienne. Se préparer aux changements futurs repose sur une compréhension approfondie de la végétation et du climat de l'Amazonie, incluant sa variabilité naturelle et ses forçages océaniques. Les données paléoclimatiques constituent une source précieuse d'informations sur le fonctionnement des écosystèmes et du climat de l'Amazonie, mais les archives naturelles de grande qualité sont rares, en particulier celles couvrant une période plus ancienne que la dernière période glaciaire. Heureusement, de nouvelles carottes de sédiments marins de haute qualité prélevées lors de la campagne océanographique franco-brésilienne AMARYLLIS-AMAGAS II, coordonnée par les PIs d’AMACLIM en 2023, sont maintenant disponibles pour combler cette lacune. AMACLIM vise à utiliser les changements climatiques interglaciaires et millénaires des derniers 220 000 ans comme expériences naturelles permettant de fournir la première vision intégrée des interactions atmosphère-terre-océan qui contrôlent les changements naturels du climat et de la végétation de l'Amazonie sous différents forçages climatiques des deux derniers cycles glaciaires. Pour atteindre ces objectifs, AMACLIM associera des reconstructions paléoclimatiques à haute résolution provenant de deux carottes de sédiments marins prélevées en aval de l'embouchure de l'Amazone lors de la campagne AMARYLLIS-AMAGAS II, à des simulations réalisées avec les meilleurs modèles de végétation et de climat pour l'Amazonie. Le projet abordera des questions majeures sur la manière dont les changements interglaciaires et millénaires de la dynamique en surface, en subsurface et en profondeur de l'Atlantique équatorial de l’Ouest ont influencé le climat et la végétation de l'Amazonie, avec des impacts potentiellement différents dans les régions andines et de plaines. AMACLIM rassemble une équipe unique d'experts français et brésiliens des reconstructions et de la modélisation des paléoclimats de la région amazonienne. Les résultats attendus comprennent (1) la première caractérisation des mécanismes et rétroactions reliant la dynamique de l'Atlantique équatorial de l’ouest, le climat et la végétation de l'Amazonie sous différentes conditions climatiques, ainsi que les premières reconstructions complètes de la réponse du climat et de la végétation de l'Amazonie (2) à des conditions plus chaudes que les conditions préindustrielles et (3) à des ralentissements de l'AMOC d'amplitude variable, comme cela pourrait être le cas dans le futur. Cette vision intégrée du climat et de la végétation de l'Amazonie, et de ses forçages océaniques, constituera une avancée scientifique majeure, nous aidant à mieux anticiper ses changements futurs. AMACLIM s'appuie sur l'étroite collaboration franco-brésilienne établie en paléocéanographie et paléoclimatologie à travers trois initiatives en cours : la campagne AMARYLLIS-AMAGAS II et deux projets de mobilité scientifique (les projets IRP-INSU Saravá et CAPES-COFECUB). Il s'inscrit également parfaitement dans l'axe « Sciences de la Terre et de l'Océan » (Pilier "Océans et Climat") du Centre international de recherche « Transitions » créé en 2024 entre le CNRS en France et l'Université de São Paulo au Brésil.

Connaître la pollution atmosphérique actuelle et ancienne est nécessaire pour comprendre les interactions humains / environnement et évaluer leurs impacts sur la santé, les écosystèmes et le patrimoine culturel. Cependant, les mesures directes de la qualité de l’air sont récentes et sporadiques. Pour remonter dans le passé, des proxies de la pollution doivent donc être trouvés. C’est pourquoi, dans le projet ANARCHIST, nous proposons d’étudier les croûtes noires formées sur les monuments – caractéristiques du milieu urbain local – comme archives de la pollution récente et ancienne. En effet, abritées des pluies, les croûtes noires sont formées de strates de gypse qui piègent le contenu particulaire de l’atmosphère. Ainsi, la matrice minérale et son contenu peuvent potentiellement témoigner de la pollution au cours du temps. Pour révéler ce potentiel des croûtes noires, nous disposerons d’un set d’échantillons uniques exposés à l’atmosphère parisienne du XIIIème siècle jusqu’à aujourd’hui (statues des têtes des rois de Juda, tombes de cimetières). Afin de les analyser, le projet mettra au point des protocoles innovants de caractérisation in-situ de différents traceurs : métaux et 14C pour tracer les sources ; isotopes du plomb pour dater les échantillons ; isotopes du S, O et N pour tracer le caractère oxydant de l’atmosphère. Les résultats seront ensuite confrontés à une étude historique (menée en parallèle à partir de différentes archives). Une fois la méthodologie validée, nous disposerons alors d’une archive unique pour remonter aux sources de pollution et à leur évolution au cours du temps et pour mieux comprendre les processus chimiques atmosphériques. Celle-ci pourra être employé pour obtenir des données sur la pollution ancienne dans de nombreux sites afin d’évaluer la validité des modèles de chimie-transport dans le passé, mieux connaître notre histoire industrielle ou encore évaluer l’exposition à la pollution à fine échelle spatiale.

À la fin de l'Holocène, les forêts des marges nord de l'Afrique centrale ont disparu. Récemment, un déclin dans leur verdeur a été observé. Si l'origine climatique de la crise forestière de la fin de l'Holocène est contestée, la question d'une nouvelle déstabilisation de ces forêts sous l'effet du changement climatique se pose. Les climats des forêts équatoriales sont souvent perçus comme exempts de saisons sèches, et les causes du déclin des forêts recherchées dans les perturbations des saisons des pluies. Cependant, 2 stations météorologiques installées au nord de la République du Congo en 2016 montrent qu’en hiver boréal, la sécheresse atmosphérique est marquée, avec des épisodes d'air très sec pouvant durer jusqu'à 3 semaines. On sait peu de choses sur la saison sèche des marges septentrionales des forêts d'Afrique centrale alors que des études récentes suggèrent que la sécheresse de saison sèche est un facteur déterminant de l'étendue passée et actuelle, et du fonctionnement des écosystèmes forestiers africains. Aussi l'objectif principal de DYSCATTI est d'étudier la saison sèche sur un continuum Holocène-Anthropocène afin de comprendre sa variabilité et son évolution, et mettre en lumière son impact potentiel sur ces forêts. Grâce à la mise en synergie de données météorologiques in situ et de simulations climatiques transitoires avec végétation dynamique originales, de réanalyses et de simulations CMIP6, nous documenterons la variabilité intra-saisonnière à pluri-centennale de la saison sèche, afin de mieux comprendre les forçages et les mécanismes qui façonnent les saisons sèches les plus extrêmes. Simulations climatiques transitoires et estimations satellitaires seront aussi analysées pour évaluer, respectivement, les réponses lentes et rapides des forêts à la variabilité de la saison sèche, c’est à dire leur étendue spatiale au cours des derniers 6000 ans et la variabilité interannuelle des flux de carbone, de biomasse ... au cours des dernières décennies.

Le projet REXEL est pensé comme un projet conceptuel pour concilier le besoin d'indépendance des ressources minérales nationales avec les réglementations environnementales locales régissant l'exploitation minière. Ce projet est basé sur les impacts environnementaux passés et présents, l'histoire des activités minières afin d'inspirer de nouvelles stratégies de gestion durable des sites miniers. Outre la compréhension des risques environnementaux associés à des métaux(loïdes) spécifiques, les résultats du projet contribueront à répondre aux exigences de durabilité en s'inspirant des processus d'atténuation naturelle in situ, lorsqu'aucune autre solution ne peut être envisagée dans le cadre de la nouvelle valorisation des ressources minérales et donc à déterminer la résilience des milieux fortement impactés par l'anthropisation. Pour y répondre, les processus impliqués à diverses échelles et les cinétiques réactionnelles sur une période de plus de 20 ans seront étudiés par le biais d'outils de cristallochimie, spéciation solide, géochimie, thermodynamique ou géophysique. Cela permettra de comprendre les couplages thermo-hydro-mécano-chimiques qui conduisent à la remobilisation ou à la rétention de l'As, du Bi et du W. Ce projet vise à analyser les changements au cours du temps et dans l’espace d'un ancien site minier sur les déchets au cours des deux dernières décennies. L'objectif principal est d'acquérir des connaissances fondamentales sur les processus qui contrôlent les risques environnementaux. Cette étude portera sur la dynamique des contaminants (spéciation, géochimie) dispersés par des vecteurs variés de contamination (mode de transfert, dispersion spatiale) et sur leur devenir pour des écosystèmes à préserver. L'étude se focalisera sur l'As, le Bi et le W en raison de leur dangerosité potentielle et/ou de leur criticité.

Accélérer l'altération des roches (ERW) est une solution pour l'élimination du dioxyde de carbones. Les recherches actuelles se concentrent sur le carbone inorganique dans le sol et les terres cultivées. Ce projet vise à combler les lacunes dans les connaissances concernant les co-bénéfices de la séquestration organique, ainsi que l'application dans les forêts, en développant des modèles innovants et des stratégies de collecte de données pour soutenir sa mise en œuvre dans l'agriculture, la sylviculture et la restauration des écosystèmes, ce qui peut rendre le potentiel d'élimination du dioxyde de carbone de l’ERW plus important que ce que l'on suppose actuellement. Le premier objectif est de compiler les données existantes sur le carbone inorganique et organique et sur la respiration du sol à partir d'expériences en laboratoire et sur le terrain, et de les compléter par de nouvelles mesures dans le cadre d'essais sur le terrain dans des terres cultivées et des forêts plantées. Le deuxième objectif est de créer un émulateur d'apprentissage automatique d'un modèle de transport réactif open-source, qui sera intégré au modèle de biosphère. Cette intégration permet d'étudier les interactions entre les réponses biologiques et géochimiques à l’ERW. Le troisième objectif est de quantifier la réponse du carbone du sol à l’ERW sur des échelles de temps pluriannuelles dans les conditions climatiques actuelles et futures. Le modèle déterminera les contributions des processus abiotiques et biologiques aux réponses du carbone du sol. Les interactions avec les parties prenantes garantissent l'application pratique des résultats du projet. Ce projet multidisciplinaire vise à combler les lacunes critiques dans la compréhension des réactions des sols à l’ERW, tout en veillant à ce que les résultats et les logiciels développés soient accessibles au public afin de soutenir l'utilisation durable des terres et les actions d'atténuation du climat.

L'exploitation scientifique des données d'éléments traces et d'isotopes (TEIs) dans l'océan obtenues dans le cadre des campagnes GEOTRACES est souvent réalisée via des outils simples de type modèles en boite, modèles à une dimension, ou analyses multiparamétriques optimales. Ces approches ne permettent généralement pas de combiner pleinement les différentes observations, à savoir la physique (courants, transport, mélange), la biogéochimie et les contraintes combinées des différents traceurs isotopiques. Le projet GEOMOBS propose de réaliser cette exploitation scientifique véritablement pluridisciplinaire (physique, biogéochimie, TEIs) et véritablement multi-traceurs, sur la campagne GEOVIDE (GA01), en combinant un travail de modélisation et de production de nouvelles données de traceurs. Le modèle couplé physique/biogéochimie NEMO/PISCES sera couplé à des modules de TEIs pour simuler simultanément les distributions des isotopes du fer, du 231Pa, 230Th, 228Ra et les terres rares. Il comportera un volet global à 1° et un volet régional Nord Atlantique au 1/4°. Pour ce dernier les efforts seront mutualisés avec des travaux en cours au LOPS et au LSCE. De nouvelles données d'isotopes du fer et de concentration en 228Ra seront produites à partir d'échantillons de particules en suspension collectées au cours de la campagne (mais non exploitées), pour compléter les données existantes des phases dissoutes. Ces données permettront de fournir des informations indispensables aux représentations/paramétrisations des cycles de ces TEIs dans les modèles. Ces traceurs ont été choisis pour leur complémentarité dans les contraintes qu'ils apporteront sur les cycles biogéochimiques, notamment sur la nature et les flux des sources sédimentaires et sur les échanges dissous particules dans la colonne d'eau. En retour les simulations permettront d'interpréter les données in situ en intégrant l'ensemble des informations disponibles (physique, biogéochimie). Afin d'optimiser les enrichissements réciproques des volets modélisation et données in situ, des outils spécifiques de statistique, de visualisation et de machine learning seront mis en place, notamment via l'outil JupyterLab. Une des faiblesses du programme GEOTRACES résulte du fait que chaque campagne est une vue instantanée, mais que l'ensemble du programme s'étale sur 20 ans. La campagne GEOVIDE a été réalisée sur la radiale OVIDE qui a documenté la variabilité temporelle de la zone pour la physique et la biogéochimie (pas les TEIs) tous les 2 ans de 2002 à 2021, avec des intensités de circulation méridienne de retournement (MOC) variables. La mise en place de deux configurations physiques-biogéochimiques à MOC minimale et maximale pour la période 2002-2021 nous permettra d'évaluer la représentativité des observations TEIs de l'instantané GEOVIDE 2014 sur cette période de 20 ans. GEOMOBS est motivé en premier lieux par ses objectifs scientifiques. Cependant, l'exploitation d'échantillons collectés mais non exploités d'une part et la mutualisation des efforts de modélisation numérique d'autre part inscrivent ce projet dans une stratégie bas carbone. Ce projet ambitionne de nombreuses retombées académiques et vers la société. Il respectera les principes FAIR (Findable, Accessible, Interoperable, Reusable), pour maximiser l'accessibilité et la réutilisabilité des données au sein de la communauté scientifique.

Déterminer l'impact de la variabilité climatique naturelle sur l’évolution des glaciers himalayens est crucial au regard de leur recul actuel et leur devenir. Les extensions glaciaires passées décrites à partir des moraines permettent d'identifier les forçages climatiques associés. Nous souhaitons documenter l'évolution holocène de 40 glaciers situés en Inde, au Népal et au Bhoutan et comprendre la part respective des forçages climatiques associés et du contexte géomorphologie. Le projet est structuré en 5 WPs, le premier étant destiné à l’organisation et la diffusion des savoirs. Le WP2 porte sur le fonctionnement actuel des 40 glaciers et le climat local à partir de réanalyses ERA 5 couplées à un downscaling statistique pour ensuite calibrer le modèle glaciologique OGGM. Dans le WP3 on étudie l’évolution Holocène des 40 glaciers à partir des moraines datées par isotopes cosmogéniques. Des comparaisons entre glaciers permettront de mesurer l’influence du climat et de la géomorphologie. Dans le WP4, les variations climatiques et les forçages associés seront décrits à partir des sorties downscalées des nouvelles simulations du modèle climatique IPSL combiné aux sorties déja disponibles des modèles TraCE, HADCM3 et LOVECLIM. Des runs zoomés du modèle IPSL avec tests de sensibilité seront réalisés afin d’analyser le rôle des forçages. Une comparaison modèle - données sera réalisée afin de mieux contraindre les incertitudes associées. Dans le WP5 on proposera des trajectoires annuelles d’évolution des glaciers soit en forçant OGGM avec les sorties climatiques dont la pertinence sera testée à partir des moraines soit à partir d’une modélisation statistique indépendante des GCMs. En parallèle, des couples température précipitation déterminés à partir de la ligne d’équilibre seront comparés aux valeurs des modèles de climat. Un indice sera proposé pour identifier les meilleurs glaciers, cibles privilégiées pour étudier leur réponse au climat et ses impacts sur le niveau de la mer et les aléas. Ce projet repose sur quatre laboratoires français que sont le CEREGE, l’IGE, le LSCE, et Epoch auxquels sont associés des partenaires en Inde et au Népal. Une attention particulière sera portée sur la transmission des acquis scientifiques de ce projet au grand public en France et à l’étranger. Plusieurs axes sont proposés en plus des articles et conférences scientifiques aux colloques internationaux notamment la réalisation d’un film, d’une école d’été et un projet de science collaborative avec les professeurs de science d’une classe de 1ere. Sur le terrain on veillera a l’équilibre des genres et à la participation d’étudiants issus des universités partenaires pour favoriser la transmission des savoirs.

Les actions d'ingénierie de l'éléphant d'Afrique sont diverses, nous étudierons ici un effet d'ingénierie spécifique, la transformation des savanes boisées sèches, pour mesurer les conséquences sur la séquestration du carbone dans les sites présentant des forêts sèches utilisées par les éléphants (zone protégée) et utilisées par les éléphants et les humains (forêt naturelle, forêts classées). Le projet bénéficie de zones contrastées à faible densité et très forte densité d'éléphant dans le parc national, mais également à faible densité et assez forte densité d'éléphant dans les forêts classées. En utilisant des parcelles de suivi de la végétation à long terme et de nouveaux sites d'échantillonnage le long du gradient de densité des éléphants, dans le WP1, nous étudierons la relation entre l'utilisation des arbres par les éléphants et les changements dans la biomasse ligneuse et le stock de carbone épigé, en tenant compte des changements dans la composition des traits de l'assemblage d'arbres avec une attention particulière pour les traits impliqués dans le stockage du carbone (par exemple, la densité du bois). Dans le WP2, l'accent sera mis sur la mesure des conséquences de l'ingénierie des éléphants dans ces forêts sur la séquestration du carbone dans le sol, en quantifiant le retour du carbone dans le sol à partir des activités des éléphants (bouses, détritus de bois) et en évaluant leur contribution aux stocks de carbone à l'aide de techniques isotopiques. La réponse des arbres en terme de densité racinaire, également contribuant au stock de carbone, sera mesurée. Une attention sera aussi portée sur l'influence qu'ils peuvent avoir sur la proportion de carbone labile et stable dans le sol, un élément important de la séquestration. Dans le WP3, en se basant sur les données et les connaissances des WP1 et WP2, nous ajusterons et paramétrerons un modèle basé sur un modèle générique Sol-Végétation-Herbivore. Nous identifierons les facteurs et les combinaisons de facteurs qui favorisent la séquestration ou la libération du carbone de la végétation et du sol sous un gradient de pression d'herbivorie par l'éléphant, et nous définirons les seuils et les facteurs ou combinaison de facteurs qui favorisent la séquestration de C par les forêts sèches en présence d'éléphants, avec les humains ou non, intégrant les prévisions de l'IPCC.

Les fluides riches en hydrogène (H2) libérés par les sources hyperalcalines associées à la serpentinisation représentent une opportunité unique pour explorer la production d’H2 naturel, considéré comme une source importante d’énergie naturelle et décarbonée potentiellement exploitable. En subsurface et plus particulièrement en milieu ultramafique, l’H2 est la principale source d’énergie pour les microorganismes, qui pourraient en retour impacter son flux et son temps de séjour des profondeurs à la surface (à des T < 100°C). Les microorganismes qui consomment ou produisent de l’H2 ont été documentés dans plusieurs systèmes associés à la serpentinisation dans le monde. Cependant, leurs interactions et leurs contributions au devenir de l’H2 dans ces systèmes restent largement méconnues. Le projet de recherche HYDROGENOMIC vise à évaluer et à comprendre le rôle des microorganismes dans la régulation des concentrations d’H2 et son devenir dans plusieurs sources hyperalcalines (considérées comme des fenêtres ouvertes sur la biosphère de subsurface). Notre recherche expérimentale se focalisera sur deux sites hyperalcalins montrant des concentrations d’H2 différentes (massif de Voltri, Italie ; Baie de Prony, Nouvelle-Calédonie). Nous déchiffrerons les métabolismes, adaptations et interactions inter-espèces des microorganismes, et les relierons à la biogéochimie de l’H2 en réalisant des incubations sur le terrain et des expériences en laboratoire combinant des approches complémentaires culturales, de tri en cytométrie en flux et omiques, couplées à des analyses bio-informatiques avancées, pour enrichir, isoler et caractériser les microorganismes indigènes actifs. Les données obtenues dans ce projet seront comparées à celles déjà obtenues par notre consortium dans deux autres sites (massif de Ronda, Espagne ; Bulqizë, Albanie), pour caractériser le métabolisme H2 et les interactions des acteurs microbiens clés à partir de ces écosystèmes uniques. En reliant l'activité des microorganismes (pour la plupart incultivés) originaires des systèmes associés à la serpentinisation avec leur rôle dans la production et la consommation d’H2, nous répondrons aux principales questions scientifiques qui freinent actuellement les progrès de l'exploration géologique de l’H2 naturel, à savoir : 1) pourquoi la concentration en H2 varie dans différentes sources d’une seule formation ultrabasique, 2) Existe-t-il des facteurs abiotiques ou biotiques spécifiques empêchant la consommation d’H2 et favorisant ainsi son accumulation. Le projet fournira aussi des connaissances cruciales sur les hydrogénotrophes de subsurface, nécessaires pour optimiser le stockage souterrain de l’H2 dans les réservoirs naturels et aborder des questions plus fondamentales sur l’un des métabolismes les plus primitifs de la vie sur Terre.

Notre compréhension de comment les écosystèmes réagissent au changement climatique et l'influencent reste lacunaire, car les environnements changent rapidement et non linéairement. Les approches classiques de l'étude des écosystèmes ont négligé l'interaction entre le sol, les communautés microbiennes et les communautés végétales. L'hypothèse globale de cette étude propose que le fonctionnement des écosystèmes, les communautés microbiennes et les populations végétales sont façonnés au premier ordre par les interactions entre paramètres du sol, conditions climatiques mondiales et événements climatiques extrêmes. Pour simuler les climats futurs, il est nécessaire de manipuler simultanément plusieurs facteurs environnementaux. Les écotrons offrent une opportunité sans précédent d'étudier la réponse d'écosystèmes complexes aux futurs changements climatiques. Ce projet propose une approche multiple utilisant des chambres climatique en écotron, des techniques isotopiques de marquage, des outils de biogéochimie, la métagénomique microbienne et des méthodes de génomique des populations pour évaluer l'impact du changement climatique futur sur la structure et les processus de l'écosystème. L'étude vise à examiner l'impact des paramètres du sol, des scénarios climatiques et des événements extrêmes sur les écosystèmes plantes-microbiome-sol. Nous commencerons par mener des expériences de terrain sur neuf sols distincts en fonction de leur pH, de leur teneur en argile et en matière organique. Ensuite, nous réaliserons des expériences en écotron avec différents scénarios réalistes présents et futurs, ainsi que plusieurs événements extrêmes (canicule, sécheresse, inondations). ous utiliserons un large éventail de techniques pour évaluer la résistance des populations végétales et microbiennes à ces différentes conditions. L'objectif final est d'identifier les facteurs écologiques les plus affectés par les effets du changement climatique et les propriétés du sol.

La compréhension des interactions écologie-évolution, appelées boucles de rétrocontrôle éco-évolutives (BR2E), constitue une frontière en biologie. Les études théoriques prédisent que les BR2E jouent un rôle clé dans la formation et le maintien du monde naturel, mais les études empiriques restent à la traîne. Une série d'expériences réalisées en laboratoire dans des chémostats ont démontré que les BR2E déterminent la périodicité, l'amplitude, voire l'existence même des cycles prédateur-proie. Cependant, l'importance des BR2E pour des systèmes plus complexes hors laboratoire reste inconnue. BackOut est le premier projet coordonné visant à capturer les BR2E hors du laboratoire, à les disséquer et à en quantifier les différents mécanismes dans de multiples systèmes empiriques. Nos objectifs sont doubles : (i) utiliser les meilleures données possibles et un nouveau cadre de modélisation pour effectuer la première mesure intégrée des BR2E, et (ii) concevoir de nouvelles méthodes analytiques pour détecter et quantifier les BR2E dans des séries temporelles de moindre qualité. Pour ce faire, notre consortium regroupe des chercheurs aux compétences hautement complémentaires. La compréhension empirique des BR2E devrait renforcer notre capacité à prédire la trajectoire de pratiquement n'importe quel système biologique, et les méthodes que nous proposons de développer seront utiles à une large communauté de chercheurs. D'un point de vue pratique, nous pensons que BackOut permettra d'améliorer notre capacité à atténuer de multiples problèmes environnementaux, notamment ceux liés à la surexploitation des ressources vivantes, aux invasions biologiques, au changement climatique, à la fragmentation de l'habitat, aux épidémies ou aux résistances aux médicaments et aux pesticides.

Chez les organismes sexués, les mâles et les femelles partagent la majorité de leurs génomes mais répondent souvent à des pressions sélectives distinctes. La théorie prédit que les mâles évoluent pour être plus persistants sur le plan reproductif et les femelles pour être plus résistantes aux manipulations des mâles. Cela peut conduire à un phénomène dit conflit sexuel intra-locus (CSIA), dans lequel un allèle génétique avantageux pour un sexe est délétère pour le sexe opposé. Le CSIA peut être résolu en limitant l'expression des allèles au sexe pour lequel ils sont avantageux. Cependant, les conséquences d'un CSIA non résolu ne sont pas encore claires. Nous supposons que le CSIA non résolu peut être maintenu de manière évolutive et augmenter la diversité sexuelle s'il conduit à un syndrome de mimétisme sexuel réciproque, dans lequel chaque sexe est polymorphe pour différents traits et la forme sélectivement avantageuse mime le phénotype du sexe opposé. Nous testerons cette hypothèse chez la mouche Drosophila erecta, où les différences marquées de couleur et d'odeur spécifiques au sexe sont contrôlées par un élément génétique court régulant deux gènes. Les morphes femelles imitant les mâles bénéficient d'un avantage en réduisant le harcèlement sexuel, tandis que les morphes mâles imitant les femelles ont un meilleur succès d'accouplement en attirant les femelles ou en réduisant la compétition. Nous allons (i) identifier les variantes génétiques responsables de chaque trait et comment elles sont régulées dans chaque sexe, (ii) évaluer l'avantage sélectif sexuel des allèles de mimétisme, (iii) évaluer les différences spécifiques au sexe dans les fréquences allélique dans les populations sauvages, et (iv) retracer l'évolution de l'élément régulateur dans la lignée menant à D. erecta grâce à des analyses d'espèces alliées. Nos résultats élucideront le rôle du CSIA comme source majeure de l'évolution et du maintien de la diversité sexuelle au sein et entre les sexes.

Bactris gasipaes, ou palmier-pêche, est la seule espèce de palmier domestiquée en Amérique du Sud. Elle a une importance culturelle et nutritionnelle majeure pour les communautés de l’Amazonie, une région confrontée à des menaces liées aux changements globaux. Le palmier-pêche, polyvalent mais négligé, fournit de la nourriture, des matériaux et des remèdes. Malgré son potentiel, il est sous-exploité à cause de limitations économiques, stigmates sociaux et du manque de recherches, surtout en Équateur. Le projet PeachPalm4LIFE adopte une approche transdisciplinaire en intégrant savoirs locaux, recherche et politiques publiques pour co-créer des solutions durables pour valoriser le palmier-pêche en Haute Amazonie (Équateur, sud Colombie et nord Pérou). L'objectif est de mieux comprendre les systèmes socio-agro-écologiques du palmier-pêche, en abordant la diversité génétique et écologique, ainsi que les défis liés à sa culture durable et à sa valorisation. En collaboration avec les communautés indigènes équatoriennes, des institutions de recherche, des ONG et le secteur privé, PeachPalm4LIFE développera des innovations, mettra en œuvre des pratiques durables et créera des supports éducatifs. WP1 co-construira des recherches sur les défis, opportunités et indicateurs bioculturels à travers des ateliers participatifs. WP2 explorera la diversité génétique, culturelle et environnementale du palmier-pêche en Haute Amazonie via des études génomiques et des enquêtes socio-culturelles. WP3 identifiera les bases génomiques de la diversité des fruits, décrira l’écologie de la pollinisation et évaluera la gestion culturelle communautaire. WP4 co-développera, testera et mettra en œuvre des solutions innovantes et durables, en intégrant politiques publiques, éducation communautaire et sensibilisation. Le projet s'aligne sur les Objectifs de Développement Durable des Nations Unies, contribuant à la sécurité alimentaire et à la résilience des communautés autochtones amazoniennes.

La transition vers une agriculture durable et respectueuse de l'environnement est essentielle pour relever les défis planétaires tels que la sécurité alimentaire, la dégradation de l'environnement et le changement climatique. L'agroécologie, qui applique des principes écologiques aux systèmes agricoles, est au cœur de cette transformation. Cependant, la mise en œuvre de pratiques agroécologiques nécessite a) des données détaillées en temps réel sur des aspects tels que les conditions du sol et les interactions entre plantes et insectes, et b) un soutien technologique avancé pour atteindre la précision requise pour des tâches telles que la plantation de cultures diversifiées et adaptées au contexte local. Dans ce contexte, les robots agricoles légers, multifonctionnels et connectés sont considérés comme indispensables à cette transformation, comme le soulignent des initiatives telles que France 2030. Toutefois, le déploiement à grande échelle de ces robots nécessite une infrastructure numérique adaptative pour connecter les flottes de robots au système de supervision basé sur les données de l'agriculteur. Néanmoins, la réalisation d'une telle infrastructure est confrontée à un défi majeur : alors que les agriculteurs ont besoin d'un accès constant à des données de haute qualité et en grand volume (par exemple, l'état des champs, y compris les flux vidéo), les robots opèrent dans des environnements imprévisibles et dynamiques où des problèmes de connectivité et mécaniques peuvent se produire. Pour y apporter une solution, AGREENET introduit un cadre de connectivité et de tâches résilient et adaptable pour les robots, qui peut être déployé à la demande dans divers environnements. La principale innovation d'AGREENET réside dans son système de réseau adaptatif et son approche multi-agents, qui fonctionnent ensemble pour coordonner une flotte de drones afin de fournir une connectivité résiliente et de haute qualité sur le terrain.

Les polluants organiques persistants (POP) constituent une menace environnementale et sanitaire majeure en raison de leur stabilité chimique, de leur bioaccumulation et de leur toxicité. Face aux limitations des méthodes conventionnelles de traitement, l'électro-oxydation émerge comme une solution prometteuse mais se heurte à deux obstacles majeurs : le coût énergétique élevé et les performances limitées des électrodes disponibles. Le projet ElectrO-POP propose une innovation majeure en développant des électrodes écologiques à base d'hydroxydes doubles lamellaires (LDH) synthétisés à partir de polysaccharides, combinant ainsi haute performance et durabilité environnementale. Ces matériaux présentent des avantages uniques avec leur structure lamellaire modulable offrant une grande surface active, leur composition biodégradable à faible coût, et leur réactivité avec des agents réticulants non toxiques. La synthèse de ces LDH suit une approche verte en milieu aqueux, évitant tout solvant toxique, tandis que leur caractérisation rigoureuse par DRX, MEB et analyses électrochimiques permet d'optimiser leurs propriétés physico-chimiques. L'objectif principale est de démontrer l'efficacité supérieure de ces électrodes pour la minéralisation complète des POP en CO2 et H2O, via des mécanismes combinant transfert d'électrons direct et production de radicaux hydroxyles. Les tests sur échantillons réels visent à valider la robustesse du procédé dans des conditions environnementales variées. Cette technologie innovante pourrait ainsi offrir une solution à la fois performante, économique et respectueuse de l'environnement pour l'élimination définitive des POP, marquant une avancée significative dans le domaine du traitement des polluants persistants.

La biomasse lignocellulosique est une matière première abondante, peu coûteuse et durable pour permettre la décarbonisation des industries chimiques, mais la récalcitrance de la lignocellulose est un obstacle majeur à sa bioconversion en carburants et produits chimiques. Les Clostridies sont des bactéries anaérobies comprenant des espèces nativement capables de fermenter la lignocellulose en produits biochimiques de commodité. Cependant, des technologies innovantes sont nécessaires pour concevoir des souches et des co-cultures de Clostridies avec des capacités améliorées pour métaboliser complètement la lignocellulose avec un prétraitement minimal. La réduction du prétraitement de la lignocellulose est essentielle pour des raisons environnementales et économiques, mais présente de nouveaux défis car le prétraitement doux signifie que le xylane n'est pas modifié, ce qui entraîne l'accumulation de xylo-oligosaccharides qui diminuent le rendement et inhibent l'activité cellulasique. Dans le cadre du projet REBBAR, nous étudierons et optimiserons la capacité des biocatalyseurs clostridiens à dégrader et à métaboliser les xylo-oligosaccharides (B-XOS) complexes. Le projet REBBAR a pour objectif d'élucider les voies d'utilisation des B-XOS chez les Clostridies, de construire des souches avec une meilleure utilisation des B-XOS et de développer des co-cultures de souches pour accélérer la conversion des B-XOS en éthanol. Ce projet permettra non seulement d'améliorer notre compréhension de la manière dont les xylo-oligosaccharides sont utilisés naturellement, mais permettra également d'appliquer directement ces connaissances à un problème industriel.

Les dispositifs à base de GaN offrent des alternatives attrayantes aux technologies existantes à base de silicium pour répondre à la demande toujours croissante de dispositifs en électronique haute puissance. La largeur de bande interdite du GaN améliore la tension de claquage du dispositif et réduit la résistance à l'état passant par rapport au silicium traditionnel dans les dispositifs unipolaires. Cependant, les limitations en performances de ces dispositifs conventionnels peuvent être surmontées en utilisant la technologie Super-Junction (SJ), déjà démontrée expérimentalement dans les technologies Si et SiC. En raison des défis actuels liés au dopage sélectif des couches dans le matériau GaN, la fabrication de dispositifs GaN à SJ verticaux reste un défi majeur et sans résultats expérimentaux publiés à ce jour. Pour surmonter ces limitations, nous proposons une technologie innovante mettant en œuvre des jonctions PN latérales dans des nanofils de GaN pour créer la prochaine génération de dispositifs GaN SJ verticaux. Ces nouveaux dispositifs auront une tension de claquage et une résistance à l'état passant de 650V et 0.02O cm² respectivement, pour une région de dérive de 2 um d'épaisseur. Le consortium est composé de quatre laboratoires de recherche publics : LN2 (Laboratoire deNanotechnologies et Nanosystèmes), C2N (Centre des Nanosciences et Nanotechnologie), LTM (Laboratoire des Technologies de la Microélectronique) et Ampère, couvrant un large éventail d'expertises et de connaissances appliquées. L'expertise complémentaire des partenaires dans les activités liées au GaN est un facteur clé contribuant au succès de ce projet. Pour ces laboratoires académiques, participer au projet Super-GaN représente une excellente opportunité pour développer de nouvelles compétences, générer un impact scientifique significatif et créer de la valeur économique.

Après deux années de chaleur record, les villes du monde entier ont été menacées par des températures pouvant atteindre les 50 °C, mettant à l'épreuve la santé des habitants et poussant les réseaux électriques au bord de l'effondrement. La nécessité d’un tournant radical dans les stratégies de lutte contre le réchauffement climatique, notamment dans les zones urbaines s’impose donc. L'efficacité des systèmes de refroidissement est une question majeure, car selon l'Agence internationale de l'énergie, jusqu'à 20 % de l'électricité utilisée dans les bâtiments est consommée par des climatiseurs. Néanmoins, la dureté des vagues de chaleur, même dans les zones géographiques autrefois considérées comme tempérées, nous oblige à repenser les approches traditionnellement adoptées. Il faut envisager une nouvelle stratégie où des climatiseurs classiques utilisés dans de grands espaces intérieurs fonctionneront en parallèle avec des systèmes de refroidissement petits, légers et facilement déployables qui seront capables de préserver véhicules, médicaments et nourriture, ainsi que les corps humains à une température appropriée, même lorsque la température extérieure atteint des pics de l'ordre de 50°C. CooT propose une approche innovante de refroidissement où des films de polymères P(VDF-TrFE-CFE) électrocaloriques (EC) seront utilisés comme réfrigérants dans des dalles plates, légères, flexibles, évolutives et énergétiquement efficaces. Celles-ci fonctionneront sur une différence de température de l'ordre de 20-30 °C à 20 % du COP de Carnot et avec une puissance frigorifique de l'ordre de 100 mW/cm2. Une gestion innovante de la chaleur, mettant le réfrigérant EC en contact avec les réservoirs, permettra d'atteindre des rendements plus élevés et une meilleure compacité. CooT jettera les bases de nouvelles technologies de refroidissement efficaces, faciles à déployer, portables et évolutives, qui peuvent changer radicalement la manière dont nous abordons les vagues de chaleur.

Dans le domaine de l'électronique de puissance, les fabricants de modules de puissance à base de semi-conducteurs ont développé des lignes de conception très avancées qui prennent en compte un certain nombre de fonctions. Cependant, bien que la fiabilité soit prise en compte dès la phase de conception, elle est toujours évaluée expérimentalement en fin de processus, après la réalisation des prototypes physiques. La fiabilité est ainsi traitée par une première approche « globale » qui s’appuie sur une analyse statistique de résultats de tests accélérés réalisés sur un grand nombre de composants de même technologie. Le cyclage de puissance est le test de fiabilité le plus pertinent, il nécessite de longues campagnes de tests. Ces tests exigent d’appliquer des sollicitations multiphysiques amplifiées en regard de celles présentes dans les conditions normales de fonctionnement afin d’accélérer les mécanismes de dégradation. Une extrapolation vers les faibles sollicitations permet d’estimer la durée de vie dans les conditions réelles. Cependant, l’écart entre la prédiction par cette approche et l’observation faite sur le terrain est significatif. De plus, il n'existe pas de chemin de rebouclage vers la phase de conception, limitant ainsi la capacité à ajuster et améliorer les conceptions initiales en fonction des retours d'expérience issus des tests de fiabilité. La variabilité des conditions d'exploitation, n'est pas suffisamment prise en compte, ce qui fragilise davantage les prédictions de durée de vie. Enfin, la durabilité des composants est souvent négligée car les modèles et les pratiques actuelles ne favorisent pas une approche proactive en matière de conception pour la fiabilité et la longévité. PowerTwin répond à la nécessité de développer de nouvelles méthodologies et outils pour améliorer la prédiction de la fiabilité, réduire les coûts de fabrication et optimiser la conception des modules de puissance dans un contexte d’évolution rapide des technologies.

Les polymères durables représentent une solution idéale pour relever les défis environnementaux cruciaux posés par la production et l'élimination des polymères synthétiques. Récemment, les polymères contenant un atome de soufre au lieu d'un atome d'oxygène ont suscité un grand intérêt. L'incorporation d'atomes de soufre peut modifier de manière significative les propriétés des polymères, conduisant à un large éventail de matériaux avancés. Ces polymères ont été préparés principalement par polycondensation et polymérisation par ouverture de cycle. L'objectif de ce projet est de préparer des matériaux entièrement dégradables via la polymérisation radicalaire de monomères à base de monomère contenant une fonction thionocarbonyle permettant la préparation d'architectures macromoléculaires complexes présentant des propriétés de dégradation et/ou de recyclage avancées. Ce projet peut ouvrir la voie au développement de nouveaux matériaux aux propriétés inédites, fabriqués par polymérisation radicalaire. Deux applications principales sont visées : les nano-vecteurs dégradables pour l'administration de médicaments et les matériaux pour remplacer les polymères traditionnels à base de monomères vinyliques. L'objectif final de ce projet est donc de démontrer tout le potentiel des matériaux à base de soufre comme alternative aux biomatériaux et aux matières plastiques traditionnelles dans une économie durable.

L'objectif du projet CrystalEm est d'utiliser des cristaux actifs naturels pour stabiliser les interfaces huile/eau de nouvelles émulsions qui pourraient être utilisées comme formulations topiques innovantes sur la peau humaine. Des cristaux phytochimiques actifs seront utilisés comme particules solides stabilisant des émulsions, et leurs propriétés physico-chimiques seront contrôlées afin d'optimiser la stabilité des émulsions. L'avantage de ces cristaux naturels réside dans la stabilisation immédiate des émulsions sans qu'il soit nécessaire d'utiliser des tensioactifs. L'influence des propriétés physico-chimiques des cristaux sera étudiée sur les caractéristiques des émulsions : mécanismes de stabilisation, type d'émulsion, aspects macroscopiques et microscopiques, comportements rhéologiques volumiques et interfaciaux, etc. Différents paramètres seront également modifiés, tels que la distribution de la taille des cristaux, leur morphologie ou leur concentration, la nature de la phase huileuse, le rapport huile/eau ou l'énergie émulsifiante. Ces émulsions de Pickering innovantes seront étudiée pour la pénétration cutanée de substances actives, en fonction des propriétés de la forme cristalline phytochimique choisie et de l'ingrédient actif utilisé dans la phase huileuse. Le projet se compose ainsi de trois parties : 1) choix et préparation de cristaux actifs naturels aux propriétés physico-chimiques contrôlées ; 2) utilisation de ces cristaux actifs pour la formulation, la stabilisation et l'optimisation d'émulsions ; 3) validation des propriétés biologiques des émulsions in vitro en utilisant des modèles de culture de peau, et établissement d'une preuve de concept d'efficacité pharmacologique dans les dermatoses inflammatoires.

Les matériaux 2D de haute qualité sont importants pour les progrès en nano-fabrication et en nano-optoélectronique. Les réseaux fonctionnels supramoléculaires auto-assemblés (SAMN), dans lesquels les molécules fonctionnelles s'auto-organisent par physisorption sur un substrat, sont très polyvalents en termes de briques moléculaires et groupes fonctionnels possibles. Toutefois, ces assemblages non covalents sont généralement labiles et présentent une faible stabilité thermique. Pour pallier ces limitations, la photoréticulation « à la demande » du réseau moléculaire semble être une solution prometteuse. Jusqu'à présent, seules des études thermiques et quelques études de photoréticulation ont été rapportées, toutes dans des conditions d'ultravide et sans fonctions spécifiques. Le projet PANEL vise à réaliser des réseaux covalents 2D basés sur des tectons moléculaires auto-assemblés sur mesure (monomères ou oligomères) via une réticulation induite par la lumière dans des conditions ambiantes, à l'interface air-solide ou liquide-solide. Ce projet implique des chimistes et des physiciens, s'appuyant sur notre expérience antérieure dans le développement de SAMN spécifiques, PANEL relèvera 3 défis scientifiques principaux : Conception et synthèse de nouveaux tectons moléculaires spécifiques, caractérisation des assemblages 2D par sonde locale, caractérisation de la monocouche réticulée après irradiation. Nous caractériserons ces SAMNs optiquement et en utilisant des sondes locales à différents stades du processus de fabrication. L'assemblage de blocs moléculaires fluorescents fonctionnels permettra l'émergence de nouvelles propriétés optiques grâce au positionnement précis à l'échelle nanométrique des mono/oligomères fonctionnels formant le SAMN, le but ultime étant de démontrer un film monocouche « zéro défaut » tel qu'une monocouche fonctionnelle organique émettrice de lumière.

L'OMS a établi une liste d'agents pathogènes (ESKAPE) présentant des résistances aux antimicrobiens. Parmi eux, Pseudomonas aeruginosa (PA) est une bactérie impliquée dans de multiples infections et est mortelle pour les patients atteints de mucoviscidose. Les bactéries se lient aux cellules hôtes par des interactions protéine-sucre. Les lectines présentes à la surface des bactéries peuvent être utilisées pour cibler les bactéries. Des glycoclusters multivalents ont été conçus comme inhibiteurs de l'adhésion des PA en ciblant les lectines. Nous avons démontré que ces glycoclusters se comportent comme agents antiadhésifs contre l'infection pulmonaire à PA dans des modèles animaux. GlycoDyn développera un système innovant d'administration de médicaments pour transporter les antibiotiques vers PA en utilisant un polymère glycosylé conjugué à un antibiotique par l'intermédiaire d'un lien clivable pour sa libération dans les bactéries. Les sucres seront conjugués au polymère par des liaisons covalentes réversibles (acylhydrazones) qui permettront d'adapter à une bactérie spécifique la composition du polymère en sucres. Cette bactérie sélectionnera ces sucres in situ par chimie combinatoire dynamique basée sur des acylhydrazones en équilibre. Le polymère glycosylé comportera trois entités constitutives: (1) une partie dynamique et réversible pour la conjugaison aux saccharides ; (2) une queue polymère hydrophile/hydrophobe pour différentes stratégies de formulation (hydrosoluble ou nanoparticules) et (3) un linker clivable portant l'antibiotique désiré pour assurer sa libération efficace. La synthèse de polymères glycosylés non-réversibles sera effectuée pour les applications biomédicales à plus long terme. La stratégie de chimie combinatoire dynamique permettra d'identifier rapidement la composition optimale d'un glyco-polymère pour une cible donnée (lectine ou bactérie) et ensuite la version covalente non-réversible sera étudiée pour les applications en biologie.

Malgré sa croissance rapide et son application significative dans le milieu académique et industriel, des défis subsistent pour mettre à l'échelle les réactions photoredox UV/visible en raison de la faible pénétration dans les milieux réactionnels et des inefficacités énergétiques. Ces limitations nécessitent le développement de processus durables qui minimisent le gaspillage d'énergie tout en assurant la tolérance des groupes fonctionnels. Le domaine émergent de la photocatalyse par lumière rouge offre des solutions prometteuses, permettant une pénétration plus profonde dans les milieux réactionnels et des conditions de réaction plus douces. Le projet RUtilus vise à développer ce domaine en concevant de nouveaux complexes de ruthénium qui absorbent dans la région rouge et couvrent une large fenêtre redox. En utilisant une approche de relation structure-photoactivité, le projet cherche à développer une bibliothèque de complexes de Ru avec des propriétés photophysiques et électrochimiques améliorées, permettant le déploiement de la photocatalyse sous lumière rouge. L'expérimentation à haut débit viendra soutenir le projet et faciliter la synthèse rapide d'une grande bibliothèque de ces complexes, l'évaluation de leurs propriétés optiques et l'optimisation de leur efficacité dans des réactions de référence d'intérêt.

Le projet DEDALE se focalise sur la production durable d'analogues de pentose phosphate à partir de Lévoglucosénone (LGO) biosourcée, grâce à la conception de voies multi-enzymatiques innovantes. Ces intermédiaires dérivés de sucres présentent un fort potentiel en tant que composants renouvelables pour des applications chimiques et biotechnologiques. Le projet vise à exploiter ce potentiel en développant d'efficaces cascades biocatalytiques capables de convertir la LGO en divers analogues de pentose phosphate, grâce à une approche innovante combinant exploration de la biodiversité, criblage combinatoire à haut débit, conception d'expériences et mise à l'échelle. Plus précisément, DEDALE s'appuiera sur une approche enzymatique combinatoire pour identifier les séquences d'enzymes les plus efficaces et optimiser leurs conditions. Si l'objectif principal est de générer des molécules de type pentose phosphate structurellement diversifiées, une attention particulière sera portée aux défis intrinsèques de la biocatalyse multi-étapes. Il s'agit notamment d'ajuster finement les ratios enzymatiques et les concentrations de substrat afin de surmonter les goulots d'étranglement cinétiques, d'éviter l'inhibition par des intermédiaires et de favoriser la formation des cibles souhaités tout en minimisant les réactions secondaires ou les sous-produits toxiques. Les travaux préliminaires menés à l'URD ABI sur des cascades simplifiées en deux étapes, telles que la conversion de LGO en 2-HBO, ont démontré l'importance cruciale de l'orchestration de l'ordre et des proportions enzymatiques pour orienter la réaction vers la voie la plus favorable. Fort de ces connaissances, DEDALE étendra cette stratégie à des cascades plus complexes, en combinant des enzymes de diverses familles de manière combinatoire et statistique, grâce à la puissance robotique, afin d'élargir l'espace chimique des dérivés de pentoses phosphates accessibles. En associant la valorisation de la LGO à une ingénierie biocatalytique avancée, le projet vise à terme à contribuer au développement de voies de synthèse plus écologiques et plus polyvalentes pour des molécules plateformes dérivées de sucres.

Le projet NeOClick vise à développer de nouvelles réactions organocatalysées de cycloadditions s'appuyant sur des stratégies employant la fluorescence. Ceci permettra de tester un grand nombre de catalyseurs et de conditions via un criblage à haut débit. Les partenaires impliquées dans les réactions OrganoClick sont des cétones activées qui seront transitoirement transformées en énamines afin de réagir avec des dipôles ou des diènes. Le projet s'articule en 3 tâches distinctes: 1) La mise au point de réactions OrganoClick en employant soit une stratégie s'appuyant sur la fluorogénécité soit une stratégie s'appuyant sur des phénomènes de FRET, 2) la mise au point de réaction Click & Release en s'appuyant sur la fluorogénécité de cycloadditions dans une perspective de bioorthogonalité, 3) la mise au point de versions énantiosélectives de réactions OrganoClick. Dans chacune de ces tâches, les phénomènes associés à la fluorescence permettront de cribler un grand nombre de paramètres réactionnels.

Les diodes électroluminescentes organiques (OLED) émettant de la lumière circulairement polarisée par le biais d’un émetteur chiral sont apparus comme des dispositifs prometteurs pour les technologies d’affichage. Elles permettent un meilleur contraste et une consommation électrique limité comparée à leurs contreparties non-polarisées. Pour obtenir ces dispositifs performants, l’utilisation d’émetteurs chiraux possédant des propriétés d’émission de lumière circulairement polarisée (CPL) en combinaison avec la fluorescence retardée (TADF) est apparue comme une des solutions optimales. C’est dans ce contexte que le projet MolKiCy vise à développer de nouvelles familles de molécules chirales basées sur des structures de type « cyclophane » possédants des synthons donneurs et accepteurs d'électrons. Au travers d’une étude sur la relation entre les structures et les propriétés étudiées sur les composés synthétisés, ce projet a pour but à donner de nouvelles lignes directrices pour des molécules combinant CPL et TADF efficaces pour les applications en dispositifs OLEDs.

Les produits naturels constituent depuis longtemps une source vitale de nouveaux produits pharmaceutiques, notamment d’agents anti-infectieux. Cependant, la résistance croissante des agents pathogènes pose un défi à cette approche. En réponse, la synthèse totale de produits naturels a retrouvé de l’importance pour confirmer les structures, assurer un approvisionnement constant et créer des analogues. La famille des dérivés de tétronates polycétides, connus pour leur complexité structurelle et leur diversité, s’agrandit régulièrement. Les quartromicines (QMN), isolées en 1991 à partir d'Amycolatopsis orientalis, font partie de cette classe, présentant une structure exotique et complexe et une vaste activité antivirale, y compris contre le VIH. Malgré plusieurs tentatives, dont la synthèse d'un pseudo-dimère difficile, aucune synthèse totale des QMN n'a été réalisée. Inspirés par la complexité et notre intérêt pour les nouvelles transformations énantiosélectives, nous avons lancé des efforts pour réaliser la première synthèse totale de QMN.

Les outils moléculaires photosensibles, notamment les groupes protecteurs photolabiles (PPG) et les photocommutateurs, sont au cœur de nombreux domaines allant de la synthèse organique à la chémobiologie et la science des matériaux. Cependant, des défis importants subsistent dans la conception et la synthèse de PPG possédant des propriétés photophysiques et physicochimiques optimales pour des applications en photopharmacologie, un domaine émergent qui vise le contrôle spatial et temporel de l’activité d’un médicament grâce à la lumière, afin d’augmenter sa sélectivité et diminuer les effets secondaires. L'objectif du projet FluoPHOTO est le développement et la caractérisation de nouveaux groupes protecteurs photolabiles performants basés sur un nouveau scaffold moléculaire. En combinant différents substituants, cette nouvelle plateforme permettra d’augmenter les propriétés des PPG en termes de longueur d'onde d'excitation et de rendement quantique, deux des paramètres les plus importants. Après l’optimisation de la structure et des voies de synthèse des nouveaux PPG, nous allons démontrer leur pertinence dans deux projets de photopharmacologie comme preuve de concept. À l’issu de ce projet, nous espérons élargir l'espace chimique des groupes protecteurs photolabiles et accélérer leurs applications dans des domaines variés.

Le développement de ligands pour stabiliser les complexes de métaux de transition de basse coordinence, qui sont des espèces-clés en catalyse biologique et moléculaire, a toujours suscité l'intérêt de la communauté scientifique. Une des plateformes les plus utilisés est le bêta-di(cét)iminate, en raison de son accès relativement facile, de sa grande modularité électronique et stérique et de sa capacité élevée à stabiliser les métaux dans de multiples états d'oxydation. Outre les avantages en termes d'environnement et de coût, les métaux de transition 3d tardifs ont des propriétés intrinsèques qui peuvent être bénéfiques en catalyse durable en ouvrant de nouvelles voies de réactivité à un ou deux électrons. Le riche paysage d’états rédox et de spin et de géométries de coordination associés à ces complexes a en effet le potentiel d'accéder à des réactivités qui sont en grande partie inaccessibles aux complexes 4d/5d. De plus, l'association de ces métaux à des ligands à champ faible ou intermédiaire tels que le ligand di(cét)iminate, ouvre la porte à une réactivité à deux états qui peut conduire à une accélération de la vitesse de la réaction ou à de la réactivité, mais aussi à une stéréosélectivité nouvelle et unique. Cette proposition vise à exploiter la polyvalence de la plateforme di(cét)iminate et les propriétés inhérentes des complexes de fer de basse coordinence en catalyse durable pour relever les principaux défis associés aux réactions de borylation C(sp3)-H à distance catalysées par les métaux de transition 3d.

Le projet PHOENIX se concentre sur le développement de matériaux amorphes innovants, fonctionnalisés par laser femtoseconde pour des environnements dédiés aux hautes températures (HT), dépassant souvent les 800-1000°C. Il répond à des besoins dans des secteurs technologiques tels que les turboréacteurs, la fabrication additive par laser et les réacteurs nucléaires de nouvelle génération. Un objectif clé est d'améliorer les capteurs optiques en verres d'oxydes, qui offrent des avantages importants par rapport aux thermocouples classiques : conception compacte, haute sensibilité, résistance à la corrosion et capacité de multiplexage. Pour produire des dispositifs photoniques performants, tels que des réseaux de Bragg et des guides d'onde, l’écriture directe par laser femtoseconde (FLDW) est idéale et permet de modifier le verre de façon précise, permanente et flexible. Cependant, les nanostructures poreuses actuellement inscrites par FLDW pour les applications HT évoluent et s’effacent après quelques heures à 1100°C dans la silice pure, entrainant une dégradation de la réponse optique et une perte de performance. Face à ce problème, le projet PHOENIX s'appuie sur une percée fondamentale et technologique récente qui consiste à précipiter des nanocristaux réfractaires tels que du ZrO2 ou de la Mullite par laser. Cette méthode permet de créer des modifications de l’indice de réfraction stables jusqu'à 1600°C. Ce nouveau régime, baptisé Type Ic, repose sur la migration chimique et la cristallisation au sein du volume focal, et permet ainsi une stabilité thermique bien supérieure aux structures poreuses actuelles. La maîtrise de ce régime est au cœur du projet PHOENIX, avec comme objectifs principaux i) de développer de nouveaux verres adaptés aux HT, ii) de précipiter des nanocristaux via FLDW, et iii) d’améliorer les performances optiques et thermiques (fort contraste d’indice, faibles pertes, fonctionnement stable entre 1000 et 1500°C).

Le vitrail médiéval est une source importante d'informations sur la technologie et les processus de production du verre médiéval, ainsi que sur les sensibilités esthétiques et les développements artistiques du début du Moyen Âge. En adoptant une approche de science des matériaux, nous proposons d'étudier les principaux développements dans la composition et la technologie du vitrail du 12e au 15e siècle. Nous nous appuierons sur des données existantes pour créer une base de données ouverte. La compilation des données existantes sera complétée par de nouvelles analyses chimiques, qui seront réalisées à l'aide de XRF portable et de LA-ICP-MS, grâce à des collaborations établies (Musée de Cluny). Ces mesures permettront de créer une base de données des changements de composition dans le temps et l'espace en France et de fournir des informations sur les origines des matières premières (à la fois le verre de base et les colorants). Les données seront également utilisées pour des reproductions en laboratoire afin de répondre à deux questions clés : (i) déterminer l'évolution des techniques de fabrication du verre avec les changements de composition par des mesures de viscosité, une propriété du verre qui, bien qu'essentielle pour la conception du vitrail, a encore été peu étudiée ; (ii) le rôle des colorants sera exploré, en particulier comment certains éléments (Co, Cu, Fe) modifient la rhéologie du verre. Un aspect innovant de ce projet est le développement d'une base de données ouverte conçue pour former des algorithmes d'apprentissage automatique reliant composition, structure et propriétés. Cela permet l'intégration d'autres échantillons de verres anciens et permet une utilisation dans des applications modernes et industrielles. Dirigé par un consortium multidisciplinaire d'historiens spécialisés dans le verre ancien, ainsi que des experts en chimie analytique et en physique du verre, VitrAGE offre des perspectives complètes et uniques sur les processus de fabrication du vitrail, ainsi que sur les raisons sous-jacentes des changements technologiques et de composition.

Les processus topotactiques constituent une voie prometteuse pour la découverte de nouvelles phases d'oxydes présentant des réseaux ordonnés de lacunes d’oxygène. L’objectif du projet TaMe est de contrôler ces transitions dans des couches minces de nickelates de terre rare RNiO3 (R étant un terre rare) en les interfaçant avec un matériau ferroélectrique (FE). Les variations de contraintes et de transferts de charges aux interfaces induites par l’application d’un champ électrique permettront de générer la formation et la coexistence de plusieurs phases dont la différence des conductivités ou des capacitances pourra être mise à profit dans des dispositifs neuromorphiques. Pour atteindre cet objectif, nous allons d'abord prédire, à l’aide de calculs ab initio, quels sont les facteurs principaux (choix du matériau ferroélectrique et de la composition chimique de RNiO3 pour moduler la contrainte et le degrés d’oxydation des cations) permettant de synthétiser de nouvelles phases RNiO3-x métastables et présentant des états électroniques et polaires distincts. Nous élaborerons ensuite par ablation laser pulsée (PLD) et à l'aide de processus topotactiques des couches minces de RNiO3-x déposées sur un substrat FE ou recouverte d'une sur-couche FE. Finalement, nous combinerons des techniques de caractérisation avancée (microscopie électronique en transmission et techniques synchrotron) avec les calculs numériques pour mesurer et comprendre les propriétés électroniques et structurales de ces couches fines. En contrôlant la transition ou le ratio entre différentes phases coexistant dans le même échantillon, il sera possible de générer des états intermédiaires multiples, susceptibles d'être utilisés dans des dispositifs memristifs ou memcapacitifs possédant des fonctions neuronales ou synaptiques.

La rupture ductile des matériaux métalliques n'est pas bien connue au stade de la nucléation. Le rôle des lacunes produites par la déformation plastique est essentiel pour comprendre la décohésion à l’interface matrice/précipité et la nucléation des cavités par transformation de phase ou condensation des lacunes. Ces mécanismes ne sont pas entièrement clarifiés et ont été rarement étudiés expérimentalement jusqu'à l'échelle atomique. Les niveaux de contrainte auxquels ces mécanismes sont activés sont essentiels pour établir un lien avec les modèles de rupture aux échelles supérieures. Ce projet étudiera le système Cu-Al à la fois du côté riche en Al sur les mécanismes de décohésion aux interfaces entre matrice et précipités Theta' et du côté riche en Cu sur la transformation de phase assistée (cfc vers Hume-Rothery) précurseur de la nucléation des cavités. Le projet sera divisé en 4 parties : _ Des essais de traction in situ avec des observations HRTEM sur la rupture d'alliages modèles. La cartographie de la déformation impliquée dans la rupture sera analysée. _ Modélisation atomistique de la rupture ductile par cavitation le long d’interfaces ou après transformation de phases. Une hiérarchie de potentiels interatomiques modernes, certains développés dans le projet, sera implémentée et testée par Monte Carlo. _ Essais de traction in situ à méso-échelle dans le MEB et caractérisation 3D des dommages causés par les vides au niveau de la microstructure. _ Estimation par la dynamique des dislocations de la distribution des contraintes le long de bandes de glissement tirées de l’expérience pour faire lien avec les études à l’échelle atomique et donner une estimation des niveaux de contrainte locaux impliqués dans la rupture ductile. Le thème central est de comprendre la rupture ductile des alliages structurels, son interaction avec la thermodynamique métallurgique, en mettant l'accent sur la modélisation multi-échelle pour guider la mise au point de nouveaux alliages.

Les enzymes sont des catalyseurs très efficaces et respectueux de l'environnement mais qui en vue d’applications doivent souvent être immobilisées sur des supports. On peut ainsi élaborer des hybrides enzyme@MOFs (où MOFs = Metal-Organic Frameworks) par formation du MOF autour de l'enzyme, offrant une protection unique à la biomolécule et conduisant à des matériaux stables et recyclables. Cependant, cette approche nécessite des conditions de synthèse douces (eau, Tmax ~45 °C) et est ainsi limitée à un petit nombre de MOFs. De plus, les processus d’assemblages restent mal compris et difficiles à analyser du fait de la difficulté à cristalliser ces composés biomolécule@MOF et à les imager. Or, les polyoxométalates (POMs) sont eux des espèces reconnues pour faciliter la cristallisation de protéines, et peuvent également être associés à des MOFs, formant des hybrides POM@MOFs aux propriétés catalytiques reconnues. Cependant, leur rôle dans la formation de composites protéine@MOF reste totalement inexploré. Ce projet propose de combiner enzymes, POMs et MOFs afin d’élaborer des composites (enzyme,POM)@MOF où l'enzyme et le POM seront incorporés au sein du MOF. Notre objectif est de tirer parti des propriétés biocatalytiques de l'enzyme, du double rôle que peux jouer le POM (agent de cristallisation et (co-)catalyseur) et des propriétés d'adsorption du MOF pour développer des catalyseurs très performants. En outre, la microstructure 3D et l'assemblage en conditions humides de ces matériaux seront étudiés à l'aide de techniques avancées de microscopie électronique environnementale, ce qui permettra de mettre en évidence l'accessibilité des sites catalytiques et les interactions enzyme/POM/MOF ainsi que de fournir des informations sur les mécanismes d'assemblage et de nucléation-croissance de ces composites, un domaine encore très peu exploré.

Les alliages réfractaires à haute entropie/concentrés complexes (RHEAs/RCCAs) sont des solutions solides monophasées cubique centrée (ß) multi-éléments principaux, comprenant typiquement des métaux de transition du groupe IV (Ti,Zr,Hf) et des groupes V & IV (V,Nb,Ta,Cr,Mo,W). Ils présentent une résistance et une stabilité thermique élevées, depuis l’ambiante jusqu’à des températures élevées. Leur faible ductilité à température ambiante (TA) empêche néanmoins toute application industrielle à haute température. La plasticité induite par la transformation de phase (effet TRIP) offre une piste d'amélioration intéressante de la ductilité et du taux d’écrouissage des RHEAs, mais très peu de choses sont connues à ce jour sur ses liens avec la composition d'alliage, ainsi que sur la possibilité de maintenir une haute limite d’élasticité. Le projet BADTRIP vise à fournir une compréhension approfondie de l'évolution des mécanismes de déformation à TA dans les RHEAs avec effet TRIP en fonction de la composition d'alliage - depuis le début de la plasticité jusqu'aux différents stades d'écrouissage - et à établir des critères simples, fondés sur la physique, pour les prédire. Dans ce but, nous simplifierons les compositions et nous nous concentrerons sur des RCCAs modèles dans le système Ti-Zr-Nb-X, en étudiant des variations restreintes mais pertinentes dans l'espace des compositions. Une approche multi-échelle – depuis l’échelle atomique de la structure des défauts et des mécanismes élémentaires jusqu’à l’échelle mésoscopique des microstructures hiérarchiques au sein du grain comme du polycristal - sera développée à la fois expérimentalement et numériquement. A l’issue du projet BADTRIP, grâce à la combinaison de descripteurs semi-empiriques simples de la structure électronique et d'une analyse détaillée des microstructures complexes, nous pourrons fournir une feuille de route pour la conception de RHEAs/RCCAs avec effet TRIP pour des applications à haute température.

Ce projet porte sur l'étude des phénomènes électronique quantiques à travers les jonctions dans des matériaux bidimensionnels (2D). Le projet combine la croissance, la microscopie à effet tunnel (STM) et les calculs ab initio pour étudier les processus électroniques dans des jonctions planaires, responsables des phénomènes de transport dans le graphène et les dichalcogénures de métaux de transition. Les ondes de densité de charge et la diffusion des fermions de Dirac dans les jonctions seront étudiées en utilisant la capacité du STM à visualiser les interférences électroniques et la densité d’état électronique, en combinaison avec des calculs ab initio. Des défauts contrôlés seront introduits pour visualiser la réponse électronique des matériaux 2D dans des hétérostructures planaires. Les résultats de cette étude fourniront des informations précieuses sur le transport quantique et les effets des impuretés dans les matériaux 2D au travers de jonctions.

Les ferroélectriques sont des matériaux polaires dont la polarisation peut être commutée par un champ électrique, tandis que les antiferroélectriques abritent un ordre anti polaire qui peut être converti en une phase polaire par l'application d'une pression ou d'un champ électrique. Les oxydes antiferroélectriques sont prometteurs pour de nombreuses nouvelles applications telles que le stockage d'énergie (supercondensateurs), la réfrigération « tout solide » (refroidissement électrocalorique) ou les commutateurs thermiques. Ce projet vise plus spécifiquement l'électronique neuromorphique. Les antiferroélectriques naturels sont rares et la disponibilité de films minces de haute qualité structurelle est primordiale pour bénéficier de leurs propriétés physiques intrinsèques, en particulier à l'échelle nanométrique. Ce projet vise à élaborer des systèmes antiferroélectriques synthétiques à partir de matériaux ferroélectriques conventionnels plus largement disponibles. La stratégie consiste à frustrer l’ordre ferroélectrique pour imposer une polarisation nette nulle à la rémanence, imitant ainsi un comportement antiferroélectrique. Différentes stratégies seront explorées pour frustrer différents oxydes ferroélectriques élaborés en couche mince par le biais de conditions limites électrostatiques, de contraintes épitaxiales et de transitions paraélectriques-ferroélectriques à température ambiante. Nous exploiterons les potentialités de ces antiferroélectriques synthétiques dans le régime ultramince. Comme il a été démontré que les jonctions tunnel ferroélectriques émulaient le comportement des synapses artificielles, les jonctions tunnel antiferroélectriques devraient se comporter comme des neurones artificiels. Le projet rassemblera alors les deux ingrédients clefs d’une informatique neuromorphique intégrée à partir d’un même matériau parent, et constituant ainsi la brique technologique d’un « cerveau sur puce ».

L’objectif de ce projet est d'étudier le confinement d'un peptide canal ionique biologique, la gramicidine (gA), dans des nanotubes de carbone (NTC) et de mesurer l'impact de ce confinement sur les propriétés de transport ionique d'une membrane et d'un dispositif nanofluidique réalisés à partir de NCT. L'intérêt est double. Premièrement, il cherche à prouver pour la première fois de façon expérimentale qu’il est possible, si les dimensions du NTC hôte sont adaptées, que la conformation hélicoïdale de la gA qui lui confère une perméabilité et une sélectivité ioniques uniques dans les conditions biologiques peut être conservée lors du confinement. Deuxièmement, il vise à démontrer que ce système artificiel bio-inspiré peut être utile dans les domaines i) de la nanofiltration (e.g. membranes de dessalement d’eau ou de production d'énergie bleue) et ii) de l’ionotronique (e.g. détection de molécules uniques ou neurones artificiels). Le confinement de gA sera étudié en utilisant des NTC de diamètre adapté et suivi par DRX, diffusion des Neutrons, spectroscopie µ-Raman, MEB, MET, XPS et Sorption d'eau. Nous utiliserons des gA naturelles et synthétiques, qui seront soit marquées au fluor pour une détection plus facile, soit agrafées pour bloquer leur conformation hélicoïdale. Ces expériences seront accompagnées d'études numériques de modélisation moléculaire et d'analyse spectrale. En parallèle, nous imprégnerons avec nos gA des membranes faites de NTC alignés verticalement et mesurerons leurs propriétés ioniques en utilisant divers électrolytes. L'impact de la concentration ionique et du pH sera pris en compte. Ces mêmes électrolytes seront utilisés pour mesurer l'impact du confinement de la gA sur les propriétés ioniques de dispositifs nanofluidiques faits d'un CNT unique. Ce projet ambitieux s'appuie sur des partenaires dont l'expertise les domaines requis est reconnue et qui ont déjà démontré la faisabilité de ce projet par des études préliminaires.

CHECKMATE vise à fabriquer des membranes d'oxydes autoportantes (OM) et des bicouches d'oxydes torsadées ("twistées", TOB) pour explorer de nouveaux phénomènes de polarisation. En contrôlant les interactions entre matériaux ferroélectriques (FE) et antiferroélectriques (AFE), le projet cherche à stabiliser de nouvelles phases polaires à l’échelle nanométrique, ouvrant la voie à des propriétés inédites pour l’électronique et le stockage d’énergie. Il réunit trois laboratoires français—LPS (Université Paris-Saclay), SPMS (CentraleSupélec) et LAF (Université Paris-Saclay)—ainsi que deux groupes taïwanais (NTHU et NCKU). Ces équipes combinent des expertises en croissance de films minces d’oxydes, en caractérisation structurale et en modélisation théorique, permettant une exploration approfondie des oxydes twistés et de leurs applications. Les films d’oxydes présentent des propriétés variées, des transitions métal-isolant (MIT) ((La,Ca)MnO3), la ferroélectricité (PbTiO3, BaTiO3, BiFeO3), l’antiferroélectricité (PbZrO3, PbSnO3, PbHfO3) ou la multiferroïcité (BiFeO3). Les films minces épitaxiés classiques permettent l’ingénierie des interfaces mais sont limités par les contraintes du substrat. CHECKMATE contourne ces limites en fabriquant des OM autoportantes et en les empilant en TOB, offrant un contrôle précis du couplage interfacial, de la contrainte et des effets de brisure de symétrie. Les films minces seront synthétisés par dépôt PLD, suivis d’un lift-off chimique et d’un transfert pour former des structures twistées. En exploitant l’ingénierie de Moiré, le projet explorera l’effet des angles de twist et des recuits sur les propriétés émergentes. CHECKMATE se concentrera sur les bicouches de type FE-FE, FE-AFE et AFE-AFE afin d’étudier des textures et des paysages de polarisation exotiques, notamment : - La création et le contrôle de textures polaires chirales dans des bicouches FE-FE (déjà observées en 2024) ou MIT-FE. - Le contrôle de l’empreinte électrique dans les bicouches FE-AFE (analogue au biais d’échange en magnétisme). - L’exploration des bicouches AFE-AFE pour la capacitance négative. Des techniques de caractérisation avancées permettront une gestion optimisée des interfaces grâce à : - La 4D-STEM et la ptychographie électronique pour l’imagerie structurale haute résolution, - La cartographie locale de la polarisation via PFM-STEM, - L’imagerie synchrotron pour sonder l’interaction des ordres ferroïques, - Des études en température (XRD, Raman, mesures diélectriques) pour suivre les transitions de phase. Un défi majeur de CHECKMATE est la compréhension et le contrôle des interactions aux interfaces. Des simulations ab-initio et de modèles hamiltoniens permettront de prédire la stabilité des phases, le couplage inter-couches et les reconstructions induites par Moiré. Au-delà des découvertes fondamentales, CHECKMATE explorera les applications des TOB : les condensateurs à base d’AFE offrent un stockage d’énergie haute densité grâce à leur grande différence de polarisation et leur commutation rapide. Les bicouches twistées pourraient améliorer ces performances par une optimisation des contraintes. Un enjeu clé pour l’électronique basse consommation, la capacitance négative (NC) permet une commutation efficace au-delà de la limite de Boltzmann. Les bicouches AFE-AFE, avec leurs paysages énergétiques complexes, pourraient étendre les régions de NC avec une hystérésis minimale, un domaine inexploré mais prometteur. En résumé, CHECKMATE ouvre une voie dans l’exploration des propriétés des oxydes par l’ingénierie de Moiré dans des bicouches twistées. Grâce à une fabrication innovante, des techniques de caractérisation avancées et une modélisation théorique, le projet révélera de nouveaux états de polarisation et leurs applications. La collaboration avec les partenaires taïwanais permettra aux laboratoires français d’acquérir un savoir-faire stratégique, positionnant la France parmi les leaders de ce domaine émergent.

L'auto-assemblage de nanoparticules (NPs) est une méthode versatile pour créer des matériaux fonctionnels, ouvrant des perspectives prometteuses en catalyse et en spectroscopie. Cependant, comprendre les facteurs qui influencent la formation des nanostructures est essentiel pour leur utilisation pratique. Ce projet porte sur les mélanges binaires de NPs, en particulier les nanobâtonnets d'or et d'argent, car ils offrent un potentiel de synergies nouvelles et parce que les principes de formation sous-jacent restent peu connus. La forme allongée des nanobâtonnets favorise la formation de structures en couches, et le mélange de bâtonnets de tailles et de sections transversales variées peut produire de nouvelles symétries cristallines voir quasi-cristallines. Notre méthode consiste à former ces assemblages en suspension, ce qui devrait permettre de mieux contrôler les nanostructures par rapport aux techniques de séchage courantes. Nous proposons une approche combinant simulations et observations in-situ de l'auto-assemblage à l'aide de la diffusion des rayons X aux petits angles et de la microscopie électronique en transmission à cellule liquide. En combinant ces deux techniques, les observations expérimentales guideront l'optimisation des modèles de simulation, tandis que les simulations permettront de définir les conditions idéales pour l'auto-assemblage de nouvelles phases. La dernière phase du projet portera sur l'étude de la stabilité des superstructures de nanobâtonnets sous différentes conditions, afin de juger leur potentiel pour des applications technologiques. Ce travail ouvrira de nouvelles perspectives pour contrôler la symétrie des assemblages de nanoparticules et approfondira notre compréhension de l'influence de la forme des particules sur la structure lors de l'auto-assemblage.

Les métamatériaux élastiques topologiques, à l'interface de la physique de la matière condensée et des sciences des matériaux, sont capables d'héberger des états de surface protégés par des propriétés topologiques intrinsèques, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour contrôler la propagation des ondes élastiques. Ce projet se concentre sur la démonstration expérimentale du guidage topologique par le biais d'un contrôle actif de l'onde élastique injectée dans la structure. Cette approche, qui repose sur l'adaptation des propriétés spatiales et spectrales des ondes acoustiques de surface à GHz (SAWs) à l'aide d'un modulateur spatial de lumière, associé à la technique de l’acoustique picosecondes, permet un contrôle précis de la fréquence des ondes et de leurs caractéristiques spatiales. Ces ondes devraient offrir des aperçus approfondis sur les modes d'interface, les modes de coin et leur stabilité dans des structures topologiques, en particulier à des échelles nano et submicroniques et à des fréquences de GHz.

Le projet MadPOMs a pour but l’e´laboration de jonctions tunnel magne´tiques (MTJs) a` base de polyoxome´tallates (POMs). En effet, certains POMs ont la particularite´ de pouvoir e^tre re´duits par divers stimulus : application d’un champ e´lectrique et/ou par irradiation lumineuse. Lorsqu’ils sont inte´gre´s dans une MTJ, le changement de leur e´tat redox devrait moduler la polarisation de l’e´lectrode magne´tique par effet d’interface donnant acce`s a` des MTJs multi-adressables. Malgre´ leur inte´re^t e´vident pour ce domaine, aucune e´tude n’a encore e´te´ reporte´e sur l’e´laboration de MTJs a` base de POMs ni me^me leur de´po^t sur substrats ferromagne´tiques. Le projet MadPOMs s’attachera donc a` poser les jalons de ce nouveau domaine porteur, allant de la synthe`se des POMs adapte´s a` leur inte´gration dans une MTJ, le contro^le de leur de´po^t sur e´lectrode magne´tique, les caracte´risations spectroscopiques avance´es et par microscopie de champ proche pour e´tudier l’interface e´lectrode-mole´cule et la commutation des mole´cules une fois greffe´es, jusqu’aux premie`res mesures dans les jonctions magne´tiques. Ces travaux seront le fruit d’une collaboration e´troite entre spe´cialistes de la synthe`se et mise en forme de POMs sur substrats, experts de spectroscopie d’absorption X et spe´cialistes de l’e´laboration de MTJs a` base de mole´cules.

La prise de décision est une activité récurrente dans l’industrie tout au long du processus d’ingénierie. Les prises de décisions ne sont malheureusement pas capitalisées et tracées en prenant en compte l’ensemble des données du contexte : espace du problèmes, espaces des solutions, espaces des performances, critères ce valeurs… Il est alors très difficile de retrouver les décisions passées ou d’anticiper des évolutions socio-technico-économiques. Le projet MACCOD propose donc un environnement de type Tableau de Bord afin de que les parties-prenantes du processus décisionnel puissent visualiser et réaliser des analyses collectives et dynamiques en manipulant « à la volée » chacune des données de contexte sous incertitudes permettant ainsi d’évaluer les évolutions potentielles du cahier des charges, des technologies, des connaissances, des indicateurs de performances et des critères de valeurs. Cet environnement encapsulera un méta-modèle de données de contexte de la prise de décisions, des représentations multiples et des fonctions d’analyse dynamique de ces données. L’objectif de MACCOD et d’analyser si les traces de décisions, ainsi que l’usage de leurs représentations multiples, dynamiques et personnalisables permettent d’améliorer le processus de prises de décisions collaboratives synchrones. L’originalité du projet MACCOD porte donc sur 1/ l’analyse de la dynamique des données de contexte pour une plus grande agilité des prises de décisions ; 2/ la comparaison expérimentale de l’environnement développé avec les approches actuelles de prises de décisions. Trois cas d’étude seront traités : un problème de conception pour définir l’architecture d’un système, un problème de processus de fabrication pour définir les supports et les stratégies optimales en fabrication additive, un problème d'opportunité de conception des pièces fabriquées en fabrication additive.

Le projet est motivé par les défis de résilience sans précédent auxquels sont confrontées la logistique et les chaînes d'approvisionnement (supply chains) mondiales. Ces défis remettent en question les pratiques et les modèles actuels des supply chains ainsi que de la gestion des opérations, en particulier en ce qui concerne les questions émergentes telles que la stratégie de re-shoring, la prise de décision sous incertitude et la digitalisation pour la résilience. En réponse, ce projet se concentre sur le développement et l'évaluation de systèmes logistiques résilients innovants et de nouveaux modèles de gestion utilisant des technologies et des paradigmes de rupture. Plus précisément, nous examinons des questions critiques telles que la conception de topologies de réseaux résilients, l'Internet Cyber-Physique pour coordonner des décisions et opérations logistiques coopératives dynamiques, l'optimisation robuste distributionnelle pour la prise de décision sous incertitude, et la conception de systèmes d'information pour des modèles basés sur les données. Le projet adoptera des méthodologies comprenant l'analyse de données, l'ingénierie des systèmes informatiques, la modélisation mathématique, la simulation multi-agents et l'étude de cas. Pour évaluer l'efficacité et l'applicabilité des systèmes et modèles proposés, des cas d'utilisation adaptés aux intérêts de chaque partenaire (France et the Greater Bay Area en Chine) seront développés. Cela contribuera à générer des éclairages managériaux et sociétaux et à fournir des recommandations politiques qui aideront à innover de nouvelles normes de la logistique et supply chain résiliente. Les groupes de recherche de Hong Kong et de France apporteront ensemble leur expertise, combinant leurs résultats de recherche remarquables dans le domaine. Depuis 2013, ce partenariat se poursuit sur ces sujets de recherche, fournissant une base solide et complémentaire pour la collaboration sur ce projet.

Le suivi du rythme cardiaque fetal (RCF) est une technique de suivi de la santé du fétus pendant l’accouchement. Un graphe du rythme cardiaque du bébé et de la mère est imprimé en continu. En le lisant, sage-femmes et obstétriciens analysent la façon dont le bébé supporte l’accouchement. Le RCF est mis en cause dans de nombreux incidents en France et dans le monde chaque année. Le problème a été souligné par la Haute Autorité de Santé récemment. Jusqu’à présent, la recherche a principalement évalué la compétence individuelle de lecture des graphes RCF. Les interactions collectives, la conception et la disponibilité des équipements, la charge de travail, ou la conscience partagée de la situation n’ont pas été investigués. Nous proposons une approche fondée sur l’ergonomie/facteur humain, avec comme prémisse que le monitoring du RCF doit être considéré comme un système sociotechnique complexe. Nous proposons une approche multiméthode pour comprendre les risques présents dans ce processus. A partir d’observations de terrain et d’une analyse combinant plusieurs modèles, nous analyserons le travail quotidien d’analyse du RCF. Grâce à un sondage national, nous analyserons les variations de pratique entre les maternités. A partir d’analyse de la pensée à voix haute, nous analyserons la façon dont obstétriciens et sage-femmes lisent les graphes et les facteurs influençant ce processus. En combinant ces méthodes, nous obtiendrons un diagnostic complet de la façon dont le RCF est suivi en France. Nous explorerons comment les méthodes se complètent entre elles pour construire un modèle de la façon dont les facteurs à différents niveaux (individu, équipe, organisation, environnement élargi) interagissent pour influencer la pratique du suivi du RCF sur le terrain. Ce travail contribuera à la sécurité des soins en maternité, et à la méthodologie de recherche et d’application de l’ergonomie/facteur humain dans les services de santé.

Les rétrotransposons sont des constituants majeurs des génomes eucaryotes et présentent des similitudes structurales et fonctionnelles avec les rétrovirus. Leur intégration dans l'ADN s’effectue dans un environnement chromatinien complexe et hétérogène, où les protéines liées à l'ADN, les remodeleurs de la chromatine et/ou les modifications des histones régulent l'accessibilité de la machinerie d'intégration, sans que l’on connaisse précisément comment la machinerie d’intégration interagit avec la chromatine. Le rétrotransposon Ty1 de levure est un excellent modèle pour étudier comment la chromatine guide l'intégration dans le génome. Ty1 présente une grande spécificité d'intégration pour les trois premiers nucléosomes en amont des gènes transcrits par l'ARN polymérase III (Pol III), qui est déterminée par une interaction entre l'intégrase de Ty1 (IN1) et Pol III. Abolir cette interaction entraîne l'intégration de Ty1 dans les subtélomères, suggérant que des cofacteurs de ces régions ou des marques chromatiniennes jouent un rôle dans le processus. L'interaction IN1-Pol III a été résolue au niveau atomique mais nous manquons de données structurales concernant les caractéristiques des nucléosomes favorisant l'intégration de Ty1 et comment IN1 peut lier simultanément Pol III pour son ancrage à la chromatine et les nucléosomes pour l'intégration de l'ADN. Ce projet interdisciplinaire vise à élucider, au niveau atomique, les interactions complexes entre IN1, ses cofacteurs et la chromatine qui conduisent à une intégration réussie. Nous combinerons des approches structurales, biochimiques, de génétique moléculaire et de génomique, pour caractériser 1) le nucléosome optimal pour l'intégration, 2) l'interaction IN1-nucléosome en présence et en absence de Pol III, et 3) les facteurs conduisant à l'intégration de Ty1 dans les subtélomères. Les résultats combleront une lacune dans la biologie des rétrotransposons, avec de larges implications pour la recherche sur le génome.

Les mitochondries sont responsables de la production d'énergie par les phosphorylations oxydatives (OXPHOS). Elles contiennent leur propre ADN (ADNmt), qui est exposé aux espèces réactives de l'oxygène (ROS) et à d'autres radicaux libres nocifs produits au cours des OXPHOS. Les lésions oxydatives de l'ADN sont principalement réparées par la voie de réparation par excision de base (BER), dont la 8-Oxoguanine ADN glycosylase (OGG1) est le principal acteur. Le facteur de transcription mitochondrial A (TFAM) organise l'ADNmt en nucléoïdes au sein du réseau mitochondrial. La quantité de TFAM détermine l'équilibre entre les nucléoïdes actifs, engagés dans la transcription ou la réplication, et les nucléoïdes inactifs. Cependant il n'a pas encore été déterminé si cette compaction interfère avec les mécanismes de réparation en réponse au stress oxydatif. MitoCoRe vise à répondre à cette question en se concentrant sur l’effet des lésions oxydatives de l'ADN (8-oxoG) sur TFAM et OGG1 et sur l'accessibilité des nucléoïdes et la façon dont ces changements influencent la réplication et la transcription. Plus spécifiquement, nous nous proposons d’étudier l’effet du stress oxydatif sur i) la structure du nucléoïde, ii) les dynamiques de TFAM-OGG1, iii) la liaison de TFAM à la région promotrice de l'ADNmt et iv) les modifications post-traductionnelles de TFAM et d’OGG1. Pour explorer ces questions fondamentales, MitoCoRe réunira une équipe pluridisciplinaire possédant des compétences complémentaires en réparation de l'ADN et en ADNmt et intégrera des techniques avancées de microscopie à super-résolution et d'imagerie en temps réel (STED, FRAP), de séquençage de molécules uniques, d'essais in vitro, de phosphoprotéomique et de techniques de force et de fluorescence à l’échelle de la molécule unique. A terme, MitoCoRe cherche à élucider les interactions complexes entre la compaction, la réparation, la réplication et la transcription de l'ADNmt en réponse au stress oxydatif.