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Ce projet vise à interroger les catégories qui informent nos perceptions des changements environnementaux comme des dynamiques qui répartissent continuités et discontinuités entre l’homme et son environnement. L’objectif principal est donc de dépasser le dualisme entre changement environnemental et changement social et culturel, qui informe les ontologies occidentales, en comprenant comment celui-ci est produit et, dès lors, peut être recomposé. En d’autres termes, comment ces catégories sont-elles produites par des êtres humains, négociant et luttant avec des acteurs humains et non-humains autour de la manière dont cet environnement doit être possédé et compris, et définissant leurs notions de communauté politique et culturelle, le tout dans un contexte de contraintes environnementales et économiques en mouvement ? L’originalité du consortium consiste à associer des communautés de recherche disciplinaires, qui disposent déjà d’une réelle expérience et maturité sur les enjeux environnementaux, pour, non seulement développer une approche interdisciplinaire, mais surtout composer un espace commun qui n’existe pas encore et aura des effets durables sur l’organisation de la recherche. Aucun des projets de recherche financés par le programme « CEP&S » puis par SOC&ENV, n’a encore associé historiens, philosophes, politistes, agro-écologue et américanistes, dans une structure de recherche interdisciplinaire (l’Observatoire de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, hôte du projet) capable de les faire dialoguer avec les spécialistes des changements environnementaux et climatiques issus des sciences de la nature. La méthodologie d’analyse des fondements historico-philosophiques du concept de nature repose sur 4 approches complémentaires : 1/ Quelles sont les catégories éthiques et philosophiques qui structurent la relation Homme / Nature ? L’originalité de cette question, qui dispose d’un vaste état de l’art, est de proposer de desserrer l’étau du dualisme nature/culture en explorant des couples de tensions légèrement décalés : nature/artifice, sauvage/domestique. 2/ Comment ces catégories se sont-elles incarnées dans des formes culturelles propres aux différences sociétés ? L’originalité est d’aborder de manière comparative ces formes d’arrangements historiquement situés entre humains et non-humains, à partir de trois formes proches car occidentales mais fortement dissemblables : la wilderness (Etats-Unis), la terra nullius (Australie), le paysage (France). 3/ De quelle manière ces catégories sont-elles traduites en gouvernement et mises à l’épreuve par l’événement extrême dans un contexte de changements environnementaux ? La souveraineté est ici abordée à partir de l’hypothèse d’un droit biotique qui conduit à refonder la cosmopolitique de la nature. Cette hypothèse de théorie politique sera testée à partir de la forme la plus extrême de changement environnemental, la catastrophe naturelle comprise comme un laboratoire, un cauchemar/un rêve pour le gouvernement de la nature, et le gouvernement en général. 4/ Quelle est la capacité des chercheurs à inventer et explorer de nouveaux modes d’écriture contribuant à construire des communautés plus soutenables, débordant les frontières de la recherche académique ? L’exposition itinérante (dans le prolongement de Terre Natale, Ailleurs Commence Ici de la Fondation Cartier), l’écriture numérique de l’histoire (le programme Narrativesofchange, UVSQ-UNESCO-MEDDE) et la galerie d’histoire naturelle (le Musée National de Canberra, l’Australian Museum de Sydney et le Museum d’Histoire Naturel de Lille) seront ici convoquées. Le résultat final de COSMONAT sera de contribuer à ouvrir des perspectives pour faire de la nature notre demeure, à partir de catégories philosophiques mobilisables par des communautés dont le sens du lieu, renouvelé par la prise en compte des enjeux environnementaux, les rendra plus aptes à affronter les enjeux à venir.

Des suies sont formées lors de la combustion dans la plupart des chambres de combustion utilisées en transport. Elles sont règlementées pour les moteurs Diesel, et le seront bientôt pour les moteurs essence et les turbomachines aéronautiques. Ces règlementations vont non seulement concerner la masse, mais aussi le nombre de particules. Cela implique que les motoristes automobiles et aéronautiques doivent disposer d'outils expérimentaux et de modélisation fiables, capables de prédire la distribution de tailles de particules. D'autre part, il apparait comme important de pouvoir évaluer l'impact de la formulation des carburants sur les émissions, en vue d'une future diversification de leurs sources. L'objectif du projet ASMAPE est le développement de modèles CFD validés et prédictifs pour la formation et l'évolution des suies à la fois dans les moteurs à piston (MAP) et les turbines à gaz (TG). L'ambition est de couvrir les trois principaux carburants commerciaux actuels: L'essence, le gasoil et le kérosène. Ces modèles devront prédire à la fois la masse totale de suies (SVF) et la fonction de densité de probabilité de nombre de suies (SNDF). D'autres aspects majeurs, comme leur évolution dans les systèmes de post-traitement automobiles, ou leur fort impact sur les transferts de chaleur radiatifs, ne feront pas l'objet de ces travaux. L'originalité d'ASMAPE est de proposer un travail de recherche innovant visant à traiter de verrous scientifiques majeurs pour atteindre les objectifs ambitieux du projet, à travers une approche intégrée combinant des diagnostics optiques avancés, de la cinétique chimique, de la combustion turbulente, ainsi qu'un travail sur des méthodes numériques, appliqués à un large spectre d'études allant des flammes laminaires aux chambres de combustion complètes de MAP et de TG. Le point de départ sera l'acquisition d'une base de données expérimentale de la production de suies dans une flamme laminaire à l'aide de diagnostics avancés, et son analyse pour en extraire une compréhension détaillée de la chimie de formation des HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) et de la nucléation de suies, et la formulation de schémas cinétiques capables de les prédire. L'étude de carburants modèles spécifiquement sélectionnés va permettre de traiter la combustion de carburants commerciaux. La compréhension améliorée et la modélisation de la cinétique de la phase gaz des suies va ensuite être exploitée pour formuler des modèles améliorés de suies basés sur deux modèles avancés, dont l'un basé sur une méthode sectionnelle, pour la phase solide disponibles dans les codes CFD du projet. Pour l'instant, ceux-ci reposent sur des cinétiques ad-hoc pour la phase gaz et sont en conséquence fortement limités en termes de prédictivité. ASMAPE propose de corriger cela en développant des méthodes de couplage adaptées entre la cinétique de la phase gaz des suies et les modèles de combustion turbulente utilisés pour les différentes applications du projet. Ces travaux concerneront à la fois un cadre RANS pour les MAP et les TG, et un code LES utilisé dans ces applications. D'autre part, l'acquisition de deux bases de données expérimentales pour des flammes turbulentes va fournir des éléments fiables pour une validation extensive des modèles de suies du projet. La capacité de ces modèles à prédire la formation et l'évolution des suies dans des chambres de combustion de MAP et TG va être démontrée à la fin du projet. Enfin, des travaux vont être initiés pour étendre les prédictions à la forme des particules et à leur composition, tout en réduisant le temps de calcul nécessaire, grâce au développement d'une approche par méthode des moments. A l'issue du projet, les modèles de suies seront exploités par les industriels français de l'automobile et de l'aéronautique pour aider à des travaux de conception visant à limiter la production de suies à la source.

PRONE Systems conçoit, développe et commercialise des « nez électroniques » capables d’apprendre et de reconnaître des odeurs. Leur fonctionnement est semblable à celui du nez humain : un ensemble de capteurs fonctionnalisés avec des nano-diamants calcule la signature olfactive d’une odeur en phase d’apprentissage et l’identifie en phase de reconnaissance. Chaque fois qu’une odeur est caractéristique de l’état d’un objet ou d’un processus de transformation, PRONE Systems propose un moyen adapté de détecter et d’identifier l’apparition ou la modification de ladite odeur. Les applications opérationnelles sont innombrables. Industries agro-alimentaires, surveillance de la qualité de l’air et sécurité (explosifs et gaz toxiques) sont les premiers secteurs demandeurs. En effet, les seuils de détection particulièrement bas (<10ppb), la sélectivité et la robustesse des produits permettent de répondre à de nombreux besoins aujourd’hui sans solution.

Le projet a pour objectif de développer un système automatisé d'aide au diagnostic de pathologies en utilisant la fluorescence de cytologies. Plus spécifiquement, les équipes de recherche de l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO, CNRS et Université Paris-Sud), du CHU du Kremlin Bicêtre (AP-HP) et du CHU Hôtel-Dieu de Nantes ont mis en évidence des différences d’émission de fluorescence entre les cellules normales et cancéreuses, même de bas grade et entre les cellules immunitaires normales et activées métaboliquement par un agent infectieux. Le dispositif répond à un besoin d'amélioration de la qualité de la prise en charge et du suivi du patient, d'optimisation du temps des praticiens et de réduction des coûts médicaux.

Le projet TrustMySoft sécurise le logiciel qu'il soit dans un téléphone portable, dans une console de jeu, dans un dispositif industriel ou un système d'information. Le projet est basé sur la technologie Frama-C déjà déployée dans les domaines aéronautique et nucléaire. Le projet vise à développer des solutions permettant de supprimer complètement des familles entières de failles de sécurité qui peuvent servir actuellement à des pirates. L'équipe propose d’amener le haut niveau de sécurité des domaines aéronautique et nucléaire dans tous les autres logiciels. Ainsi des équipements comme un téléphone, un compteur électrique intelligent, le système de distribution d'électricité pourront bénéficier des apports de sa technologie.

Le projet Phenocell a pour mission d’accélérer la recherche et le développement thérapeutique pour les maladies rares (MR) par la création d’outils cellulaires innovants. Phenocell s’adresse aux laboratoires académiques, aux entreprises de biotechnologies et à l’industrie pharmaceutique, chimique et cosmétique, en proposant des modèles représentatifs de l’ensemble des caractéristiques pathologiques des MR. L’objectif de Phenocell est de produire une biomasse composée de milliers de lignées d’iPS et de cellules différenciées à partir de patients atteints des formes génétiques des MR afin d’occuper la position de leader dans ce secteur de marché. De par l'homologie des mécanismes pathologiques, les outils cellulaires développés par Phenocell seront de plus promoteurs de découvertes et d'innovation thérapeutique pour les maladies fréquentes.

L’évolution d’un patient atteint de cancer dépend à la fois des caractéristiques intrinsèques de la tumeur et de sa capacité à réagir contre la tumeur, notamment de sa réponse immunitaire. Lystance développe le premier biomarqueur qui permet la mesure de la réponse immune anti-tumorale du patient. Déjà l’objet de plusieurs milliers de publications, la réponse immune anti-tumorale sera une nouvelle information pronostique et théranostique décisive dans le choix thérapeutique des cliniciens. Plus de 2 millions de patients pourraient chaque année bénéficier d’un traitement plus adapté en efficacité et en toxicité grâce à ce biomarqueur.

EcoNano conçoit et produit des microparticules et nanoparticules pour le compte de ses clients en cosmétique. Son procédé exclusif et breveté d’encapsulation de molécules permet d’obtenir des formulations uniques sans aucune toxicité et avec des concentrations en molécules actives inégalées. Au contraire des technologies existantes, EcoNano facilite l’utilisation des polysaccarides peu solubles dans l’eau, pour produire des poudres ou des solutions particulièrement stables et cela sans pollution et sans dénaturation des molécules. Kawthar BOUCHEMAL, enseignant-chercheur à l’institut Galien Paris Sud et les entrepreneurs expérimentés Kerstin SEEBER (HEC) et Guy MAXIS (INSEAD) forment l’équipe fondatrice d’EcoNano. EcoNano est soutienue par le CNRS, l’Université Paris Sud, HEC Start-up in vitro et IncubAlliance. Les bénéfices apportés par Econano aux industriels du secteur cosmétique ou cosméto-textile ont également des applications dans le secteur pharmaceutique et agro-chimique.

De nombreuses études sur différentes espèces ont montré un effet des variations cytoplasmiques (génomes mitochondrial, mt et chloroplastique, pt) dans les réponses adaptatives des plantes à leur milieu. Par ailleurs, la co-évolution des compartiments génétiques a conduit à une co-adaptation nucléo-cytoplasmique dont la rupture peut avoir des conséquences majeures sur le phénotype des plantes. Toutefois, les bases génétiques, moléculaires, et physiologiques de l’implication des génomes mt et pt dans ces adaptations sont très peu étudiées. Ce projet aborde ces deux phénomènes étroitement liés (adaptation au milieu, co-adaptation des génomes), chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons récemment décrit la diversité cytoplasmique au sein d’une collection d’accessions d’origines géographiques variées, et montré qu’il existe une co-adaptation nucléo-cytoplasmique au sein de la diversité naturelle chez cette espèce (Moison et al, 2010, Plant J 63:728-38). Par ailleurs, des variations génétiques corrélées à l’adaptation au climat ont récemment été décrites chez A. thaliana, certaines d’entre elles étant impliquées dans des processus biologiques où interviennent le chloroplaste et la mitochondrie (photosynthèse, métabolisme énergétique) (Hancock et al, 2011, Science 34:83-86 ; Fournier-Level et al, 2011, Science 34:86-89). Enfin, des caractères potentiellement adaptatifs comme l’efficacité d’utilisation de l’eau (WUE), la dormance et la vigueur germinative sont modifiés par des variations cytoplasmiques chez cette espèce (McKay et al, 2008, Evolution 62:3014-26 ; Corey et al, 1976, Genetics 82:677-83 ; nos résultats non publiés). Dans ce projet, nous exploitons une ressource génétique inédite : une collection de 56 cytolignées (lignées possédant le génome nucléaire d’une accession et les génomes cytoplasmiques d’une autre) produites à partir des 8 accessions de la plus petite core-collection du Centre de Ressources de Versailles (McKhann et al, 2004, Plant J 38:193-202). Ces nouvelles combinaisons génétiques seront utilisées pour : 1. Identifier des gènes nucléaires et cytoplasmiques impliqués dans la co-adaptation entre compartiments génétiques, en exploitant une combinaison génétique particulière dans laquelle la rupture de cette co-adaptation provoque une stérilité mâle. 2. Evaluer l’impact phénotypique des variations génétiques cytoplasmiques et des interactions noyau-cytoplasme à différents niveaux d’intégration pour des traits potentiellement adaptatifs à des changements environnementaux. 3. Etablir des corrélations entre traits mesurés à différents niveaux d’intégration. 4. Identifier dans les différents compartiments génétiques des régions génomiques susceptibles d’être impliquées dans l’adaptation des plantes à leur milieu et/ou dans la co-adaptation nucléo-cytoplasmique.

L'importance des caractères de ROBUSTESSE dans les objectifs de l’élevage prend une place prépondérante avec la perspective d’obtenir un niveau de production élevé dans un large éventail de conditions climatiques et de systèmes d’élevage, tout en assurant un haut niveau de bien-être des animaux. Les stratégies actuelles afin d'accroître la robustesse comprennent la sélection pour les caractères dits ‘fonctionnels’, tels que l'intégrité du squelette et du système cardiovasculaire, la résistance aux maladies ou la longévité productive. Il est également possible d'utiliser l'évaluation globale de la sensibilité à l'environnement (analyse des normes de réaction, canalisation) mais ces techniques sont difficiles à mettre en œuvre dans la pratique. Le STRESS est défini comme la réponse non spécifique des organismes à toute stimulation. Chez les espèces animales vertébrées destinées à l'alimentation humaine, l’axe corticotrope est le plus important système neuroendocrinien de réponse au stress. Le cortisol produit par le cortex surrénal exerce un large éventail d'effets sur le métabolisme, le système cardiovasculaire, les processus inflammatoires et le fonctionnement du cerveau, par exemple. De grandes variations individuelles ont été décrites dans l'activité de l'axe corticotrope avec des conséquences physiopathologiques importantes. En termes de production animale, des niveaux plus élevés de cortisol ont des effets négatifs sur la croissance et l'efficacité alimentaire et augmentent le ratio gras/maigre des carcasses. Au contraire, le cortisol a des effets positifs sur les caractères liés à la robustesse et à l'adaptation. La sélection intense pour la croissance des tissus maigres durant les dernières décennies a concomitamment réduit la production de cortisol, qui peut-être être responsable des effets négatifs de cette sélection sur les caractères de robustesse. La stratégie que nous proposons est de modifier l'équilibre entre les caractères de production et de robustesse en sélectionnant des animaux avec une activité de l’axe corticotrope plus élevée (Mormède et al. Animal 5:651, 2011). Le but premier du présent projet SUSoSTRESS est de produire des preuves expérimentales en appui de cette stratégie par l'étude de la production et des caractères de robustesse dans deux lignées de porcs sélectionnées de façon divergente pour leur réponse de cortisol à la stimulation par l'ACTH. L'avantage essentiel de cette stratégie pour l'élevage des animaux est qu'elle repose sur un système physiologique unique et bien défini pour accroître la robustesse et l’adaptabilité, rendant la sélection génétique plus facilement accessible ainsi que la généralisation de l'espèce d'étude, le porc, à d'autres espèces d’élevage. De nombreux gènes candidats et polymorphismes moléculaires ont été décrits et expliquent les différences individuelles d’activité corticotrope d’origine génétique (Mormède et al. ANYAS 1220:127, 2011). Afin d'utiliser cette information moléculaire pour la sélection génétique, nous devons développer une approche intégrée de génétique de système. Le deuxième objectif du projet est l'élaboration d'un modèle d’architecture génétique de l'axe corticotrope et de son activité physiologique à l'égard de la performance des animaux pour les caractères de robustesse et de production, comme base de la sélection génomique. Le troisième objectif du projet est d'offrir des informations pratiques pour la sélection génomique d’animaux plus robustes, par intégration du modèle génétique, de l'analyse bioinformatique approfondie des composants de l’axe corticotrope et de ses cibles fonctionnelles, et du génotypage à haute densité des animaux sélectionnés. Ce projet est donc un modèle de recherche fondamentale avec application très claire à la sélection des animaux de production.

Les agents pathogènes des plantes évoluent rapidement et sont capables de contourner ou d’éroder les résistances de leur hôte. Cependant, les bases moléculaires et processus de cette adaptation restent encore mal compris. Les gènes des champignons pathogènes peuvent déterminer qualitativement si un génotype de la plante peut être infecté ou non (cad spécialisation d'hôte et/ou virulence vs avirulence) ou peuvent déterminer quantitativement la capacité du champignon à surmonter les défenses basales de la plante-hôte (cad agressivité). Il a été proposé que ces traits, apparemment distincts chez les champignons, pourraient en fait être gouvernées par les mêmes déterminants génétiques. L’identification des polymorphismes adaptatifs dans les populations de champignons pathogènes permettra d’élucider les processus évolutifs qui sous-tendent l'adaptation à la plante-hôte. Tirant parti des nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, le projet GANDALF se propose d'utiliser une approche de génomique des populations et d’ écologie-inverse (cad sans a priori sur les gènes impliqués dans l'adaptation d'hôte) pour étudier les processus d'adaptation dans un continuum écologique allant de la spécialisation plante-hôte (qualitative) jusqu’à l’agressivité (quantitative). GANDALF rassemble des scientifiques d’unités et d'institutions différentes ayant une expertise reconnue internationalement en pathologie végétale, génomique, bioinformatique, génétique évolutive et modélisation (équipes classées A par l'AERES, 4 étant A+). Ce consortium nous permet d’unifier nos approches en choisissant neuf espèces de champignons phytopathogènes modèles, couvrant un large éventail de traits d'histoire de vie (biotrophe ou nécrotrophe, champignon ou oomycète, etc.) et présentant tous des génomes disponibles. La première étape du projet vise à phénotyper un grand nombre de souches de chaque espèce, issues de croisements contrôlés ou de populations naturelles, pour les traits d’histoire de vie associés à l'adaptation à la plante hôte (Tâche 1). Plusieurs dizaines de souches de ces pathogènes seront ensuite re-séquençées en utilisant les nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, afin de révéler le polymorphisme au niveau intra- et inter-populations des pathogènes étudiés (Tâche 2). Les polymorphismes détectés à l’échelle du génome seront ensuite analysés en utilisant soit une approche de génétique d’association (Tâche 3) soit une approche de ‘genome scan’ (Tâche 5). La cartographie des traits d’histoire de vie sera réalisée à partir de l’analyse de descendances ou de populations panmictiques présentant des phénotypes tranchés. Pour le ‘genome scan’ nous développerons une nouvelle méthode d’analyse. En effet, les champignons pathogènes étant soumis à d’importantes variations démographiques, nous avons besoin de développer une méthode capable d'inférer ces paramètres démographiques afin de détecter la sélection sous des modèles de démographie complexe (Tâche 4). Cette méthode sera ensuite utilisée pour conduire la recherche des loci sous sélection dans les génomes des espèces qui auront été re-séquencés (Tâche 5). La validation des loci candidats se fera par génotypage de populations naturelles ou de collections d’isolats complémentaires dans le but de confirmer l’association génotype/phénotype détectée dans les tâches 3 et 5. Enfin, les bases génétiques de l'adaptation à la plante-hôte seront comparées entre les espèces de champignons et le long du continuum spécialisation écologique / virulence / agressivité. Ce projet permettra une avancée sans précédent dans la compréhension des processus d’adaptation chez les eucaryotes et des bases génomiques de l’évolution des champignons phytopathogènes. Il permettra en outre de développer de solides compétences pour l’utilisation des nouvelles technologies de séquençage dans de nombreuse équipes françaises, et ainsi de renforcer leur excellence scientifique au niveau international.

Organismes statiques, les végétaux sont le plus souvent limités en minéraux. La possibilité de remobiliser l’azote organique des feuilles sénescentes, vers les organes en croissance où cet azote sera réutilisé, est un processus essentiel pour assurer leur productivité et leur adaptation à un environnement fluctuant. En situation de limitation en azote, la sénescence foliaire est accélérée et l’efficacité de remobilisation de l’azote est accrue. L’azote n’est pas le seul élément remobilisé, mais c’est le plus étudié. La protéolyse qui est une étape clef dans les processus de recyclages cellulaires est sans doute très importante pour la remobilisation des nutriments lors de la sénescence. Toutefois les processus sont encore mal connus. L’autophagie, qui est une forme de digestion cellulaire existant chez tous les eucaryotes, pourrait être un élément clef de la remobilisation des nutriement et dans l’adaptation des plantes à leur environnement. L’autophagie implique une machinerie spécifique basée sur l’expression des gènes ATG et sur la formation de vésicules à doubles membranes appelées autophagosomes. Le processus d’autophagie existe à un niveau basal dans toutes les cellules eucaryotes. Chez la levure et l’animal elle est impliquée dans la survie cellulaire en favorisant l’élimination des protéines oxydées, des organites abîmés et autres éléments toxiques. Parallèlement, l’autophagie permet le recyclage des composés cellulaires et la fourniture de nouveaux nutriments. La régulation fine du niveau d’autophagie est essentielle au maintien de l’homéostasie cellulaire. Chez tous les organismes, l’autophagie est induite par les carences en acides aminés ou en sucre. Chez les plantes l’existence de « vacuoles autophagiques » a été démontrée en microscopie électronique dans les années 70 par le travail pionnier de Francis Marty, professeur à l’Université de Bourgogne. Les évènements moléculaires sous-jacents à cette dynamique cellulaire sont cependant restés pendant longtemps inconnus. Depuis une dizaine d’années, 25 gènes AtATG orthologues de gènes de levure ont été identifiés, provoquant un regain d’intérêt pour cette fonction cellulaire. L’autophagie est vraisemblablement exprimée à un niveau basal dans toutes les cellules de plantes et elle pourrait comme chez l’animal assurer la longévité des cellules, l’élimination des déchets et le recyclage des nutriments. Son rôle dans le recyclage et la remobilisation de l’azote est suggéré par le fait que (i) plusieurs gènes d’autophagie sont surexprimés au cours de la sénescence foliaire et également en situation de carence azotée, (ii) les mutants d’autophagie ont un phénotype de sénescence foliaire précoce particulièrement en situation de limitation en azote et (iii) la formation d’autophagosomes (vacuoles d’autophagie à double membrane) est nécessaire pour diriger les « Rubisco Containing Bodies » (RBC) vers la vacuole centrale (iv) le marquage à l’azote 15N montre un déficit de remobilisation de l’azote dans les mutants. Le but de ce projet est d’étudier différents aspects du rôle physiologique de l’autophagie dans le recyclage et la gestion de l’azote et du souffre au niveau plante entière, au niveau de la feuille sénescente et au niveau de la grain, notamment en situation de limitation en azote ou en souffre. Ce projet inclut l’effet de l’autophagie sur les flux d’azote au niveau plante entière et en particulier vers le grain, l’étude du protéome et de ses altérations, l’étude des enzymes protéolytiques. A notre connaissance ces aspects n’ont jamais été abordés par les groupes s’intéressant à l’autophagie.

Le stress hydrique affecte négativement la croissance des plantes et leur productivité et cette situation risque d’empirer avec le changement climatique global. Cette situation nous contraint à améliorer nos connaissances pas seulement sur les stratégies d’adaptation des plantes mais aussi sur l’impact du stress hydrique au niveau des différents produits issus des végétaux. Un des produits majeur transformable est représenté par la paroi cellulaire végétale composé de cellulose, hémicellulose et dans certains cas, de lignine. Cette ressource ligno-cellulosique trouve des applications dans la transformation en biocarburant ainsi que dans les bio-matériaux. L’objectif de ce projet est d’obtenir des informations sur l’impact du stress hydrique via les analyses à grande échelle, en se focalisant sur la paroi cellulaire de deux espèces : le lin et le Brachypodium. Nous avons choisi ces deux espèces plutôt que la plante modèle Arabidopsis, pour comprendre l’effet du stress hydrique directement sur deux types majeurs de structure de paroi cellulaire valorisable: le lin pour l’utilisation des longues fibres cellulosiques dans la fabrication des matériaux composites et textiles, et le Brachypodium pour ses qualités de plante modèle pour l’obtention du biocarburant. Le projet NoStressWall se propose: 1) de générer un grand volume de données transcriptomiques, métabolomiques et protéomiques, ainsi qu’une analyse de la structure des parois cellulaires et des modifications induites par le stress hydrique, 2) d’utiliser un criblage basé sur la génétique reverse pour identifier des mutants spécifiques dans des populations de mutants chimiques de lin et de Brachypodium, et 3) d’initier une caractérisation fonctionnelle des mutants sélectionnés. Un des plus importants produits finaux de ce projet sera la construction de la base de données NoStressWall pour inclure les données des analyses à grande échelle, les analyses des parois cellulaires, les informations sur les mutants et les résultats des analyses fonctionnelles sur le lin et Brachypodium. Des approches de biologie computationnelle seront appliquées sur l’ensemble de ces données pour obtenir un maximum d’informations sur les effets du stress hydrique dans les deux espèces, sur la physiologie de la réponse au stress et les stratégies d’adaptation. L’identification et la caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la réponse au stress hydrique chez le lin et Brachypodium, associées aux nombreuses ressources génétiques et outils développés dans d’autres projets, vont permettre l’accélération des programmes d’hybridation et le développement d’autre stratégies comme la cartographie d’association sur l’ensemble du génome ou ciblée. Bien que fondamental, ce projet peut intéresser les améliorateurs, les agriculteurs et les utilisateurs des fibres (matériaux composites, textiles) et de biomasse, car le stress hydrique impacte directement la qualité des fibres de lin et la production de biomasse chez le Brachypodium.

Le groupe Bacillus cereus sensu lato est composé de bactéries très proches sur le plan génétique, dont certaines possèdent des propriétés phénotypiques distinctes. Présentes de manière ubiquiste dans le sol sous forme de spores, ces bactéries sont capables de se développer dans le système digestif de certains insectes, et un certain nombre d’études récentes indiquent que la colonisation d'invertébrés, comme les insectes ou les vers, pourrait permettre d’accélérer l'émergence de nouveaux pathogènes de mammifère. En effet, plusieurs facteurs d’hôte (tissus et système immunitaire) sont semblables chez les vertébrés et les invertébrés. Cependant, les mécanismes moléculaires et physiologiques d'une telle adaptation ne sont pas connus. En particulier, on ignore dans quelle mesure un environnement hostile, comme le tube digestif d’un insecte, peut influer sur le potentiel d'adaptation des bactéries. Nous déterminerons si le passage de B. cereus dans un tube digestif d'insecte peut accélérer l'évolution des bactéries et conduire à l'apparition de nouveaux pathotypes. L’objectif est de cartographier, en utilisant la méthodologie de séquençage à très grande échelle (plate-forme SOLiD créée récemment dans l’unité MICALIS au CRJ INRA Jouy-en-Josas), les mutations ou divergences génétiques dans les bactéries au cours de leur passage dans l’hôte. Par ailleurs, dans le contexte de recherches sur des bactéries pathogènes d’intérêt potentiel pour les industriels il est également important d’être en mesure de détecter et de caractériser les gènes responsables de phénotypes complexes tels que la capacité des bactéries à se multiplier à basse température (psychrotolérance). L’objectif sera ici de répondre à la question: comment des bactéries de ce groupe ont-elles été capables de s’adapter pour pouvoir se multiplier au froid? Nous chercherons donc à identifier des mutants de souches ayant acquis une plus grande psychrotolérance afin d’évaluer le potentiel génétique d’adaptation de ces bactéries à des chutes de température. D’autre part, il a été montré que les plasmides et phages présents chez B. cereus pouvaient influencer l'évolution bactérienne et l'adaptation. Un autre objectif de ce projet sera de caractériser les dynamiques de transfert de plasmides de référence au sein du groupe B. cereus dans des contextes génomiques préalablement identifiés. Cette étude sera réalisée dans un microcosme naturel associé à B. cereus : l’insecte hôte. En effet, il a été montré que le transfert des plasmides était plus efficace chez l’insecte que dans des environnements artificiels de laboratoire. Cela suggère que les conditions rencontrées par les bactéries dans l’insecte (tube digestif ou hémocœle) influencent fondamentalement les dynamiques de transfert de plasmides. Différentes conditions environnementales et physiologiques seront testées pour analyser leur effet sur le transfert entre espèces de plasmides de type pXO1 et pXO2 et l'induction de prophages. Nous chercherons également à mettre en évidence et à caractériser d’éventuels comportements différentiels des plasmides en fonction des divers « background » des souches, mais aussi dans des situations de compétitions mutuelles. La recombinaison joue un rôle essentiel parmi les différents types d'événements catalysant des changements dans la structure des génomes bactériens. Les recombinases codées par les plasmides et les phages seront également caractérisées afin d’élucider leur rôle dans la plasticité génomique. La spécificité de ces recombinases ainsi que l’efficacité de la recombinaison en fonction du niveau de similarité de l’ADN et leurs conséquences sur la transduction sera mesuré. Ce projet vise donc essentiellement à identifier les gènes impliqués dans l'adaptation de bactéries au cours de l'interaction avec l'hôte. Le résultat majeur attendu est la découverte de nouvelles fonctions génétiques, qui pourraient être des marqueurs d’adaptation pour l'apparition de nouveaux pathogènes.

Jusqu’à récemment, la génétique a considéré les mutations de la séquence de l’ADN comme l'unique source ou presque de variations phénotypiques héritables, ce qui a eu pour conséquence que l'adaptation est vue comme étant strictement dépendante des variations de la séquence de l'ADN. Cependant, ce postulat est actuellement remis en cause, notamment suite aux observations que des changements d'états chromatiniens, qui sont fondamentaux pour le contrôle de l'activité du génome chez les eucaryotes, peuvent être en partie induits par l'environnement et transmis au travers des générations, indépendamment de toute variation de séquence de l’ADN. Cette héritabilité épigénétique, très largement documentée chez les plantes, implique le plus souvent des variations de méthylation de l'ADN au niveau des séquences répétées, et concerne particulièrement les éléments transposables. Néanmoins, aucune étude à ce jour n'a exploré de manière systématique la stabilité et les conséquences phénotypiques des variations épigénétiques induites par l'environnement, ni testé leur signification écologique ou évolutive. Ces variations pourraient offrir une voie plus rapide et réversible pour l’adaptation. Nous proposons ici de tester cette hypothèse dans le cadre d’un projet interdisciplinaire ambitieux, reposant sur la combinaison de ressources et d'expertises uniques. Les principaux objectifs sont 1) de déterminer l'ampleur des variations épialléliques et leur stabilité au travers des générations chez la plante modèle Arabidopsis, en utilisant des approches de séquençage de nouvelle génération (Next Generation Sequencing, NGS), 2) d'examiner les conséquences phénotypiques et le potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par le stress en utilisant une plate-forme automatisée pour le phénotypage d'Arabidopsis, 3) de comparer les variations phénotypiques et épigénétiques induites par le stress à celles présentes dans une population de lignées recombinantes de même génotype mais présentant des profil de méthylation de l'ADN très contrastés sur l'ensemble du génome (epiRILs), et 4) de développer des modèles de systèmes évolutifs prenant en compte l'architecture épigénétique. La nature intégrative de ce projet entrainera des avancées majeures dans notre compréhension de l’importance écologique et évolutive des variations épigénétiques induites par des changements de l’environnement. Ces nouvelles connaissances offriront de nouvelles perspectives dans la prédiction et la maitrise de l'adaptabilité des plantes en réponse aux changements climatiques actuels.

Dans un contexte de la recherche de solutions pour une réduction des intrants en agriculture, il est urgent de trouver des options de gestion qui augmentent les services écosystémiques dans les agro-écosystèmes. C’est l’objet de l’intensification écologique. La régulation des bioagresseurs par les auxiliaires naturellement présents dans les cultures est un des services visés afin de diminuer la dépendance de nos systèmes de production aux pesticides et de réduire les indices de fréquence de traitement (IFT), notamment dans le cadre du plan Ecophyto 2018. Bien que ces auxiliaires des cultures, prédateurs ou parasitoïdes, soient souvent mis en avant, le lien entre mode de gestion des cultures, niveau de contrôle des ravageurs par les auxiliaires et rendement des cultures est encore peu compris. Le projet PEERLESS cherche à identifier des stratégies de gestion des cultures qui augmentent le service de régulation de ces bioagresseurs par la biodiversité fonctionnelle avec l’objectif d’optimiser les systèmes de culture, à l’échelle locale et à celle du paysage, sur la base de critères économiques, écologiques et agronomiques. PEERLESS regroupe six équipes qui ont une forte expertise dans les domaines de l’agronomie, de l’écologie spatiale, de l’écologie des interactions et de l’économie publique. Le projet combine (i) une évaluation à partir de données existantes et de suivis en parcelles commerciales de la protection apportée par les auxiliaires des cultures contre les principaux ravageurs et mauvaises herbes dans un système annuel (rotations à base de colza-blé) et un système pérenne (vergers de pommiers) dans des situations contrastées de paysages et de pratiques agronomiques (travail du sol/ enherbement) ; (ii) des essais d’ingénieurie écologique pour tester des méthodes alternatives de protection à l’échelle de la parcelle visant à améliorer l’efficacités des auxiliaires des cultures ; (iii) une analyse détaillée de la structure des réseaux trophiques incluant ces ravageurs principaux, et (iv) des analyses de dynamique des populations des principaux ravageurs et auxiliaires dans les différentes zones d’études. Ces quatre composantes serviront de base à la paramétrisation de modèles spatialement explicites de dynamiques de populations en interactions pour (v) tester l’effet de différents scénarios de déploiement spatial de pratiques alternatives sur l’utilisation de pesticides, le contrôle des bioagresseurs, le rendement des culture et les revenus des agriculteurs et (vi) identifier des stratégies de gestion des bioagresseurs à l’échelle du paysage qui permettent une réduction des pesticides tout en étant agronomiquement et économiquement viables.

Tout au long de la chaîne alimentaire, la plupart des surfaces humides sont couvertes par une pellicule biologique appelée biofilm. Ce biofilm est composé de micro-organismes spatialement organisés (comprenant éventuellement des agents pathogènes) englués dans une matrice polymérique extracellulaire. Ce ciment organique peut agir comme un "bouclier protecteur" contre l'action des agents antimicrobiens, ce qui pose de graves problèmes industriels de persistance de certains agents pathogènes et une utilisation massive de biocides chimiques polluants. Il s'agit d'un sujet sensible pour l'industriel dans une conjoncture où des influences contradictoires s’exercent : les consommateurs sont en attente de produits toujours plus sûrs (exempts d'agents pathogènes microbiens), alors que la réglementation Européenne évolue et interdira certains désinfectants dans les prochaines années (directive européenne REACH 98/8/CE biocide). Nous avons récemment découvert que certains bacilles propulsés par des flagelles étaient capable de s’infiltrer au plus profond de biofilms constitués de bactéries pathogènes. Ces nageurs « furtifs » créent transitoirement des pores dans la matrice qui augmentent les transferts moléculaire au sein du biofilm. Nous avons prouvé au laboratoire que l'irrigation du biofilm par ces bactéries motiles, en facilitant la pénétration et l'action des désinfectants, permettait d’exacerber l’inactivation des bactéries du biofilm. L'objectif de ce projet "preuve de concept" est d'aller plus loin dans l'applicabilité de ce nouveau concept en sélectionnant des cocktails synergiques de bactéries « hyper-motiles » qui pourraient très significativement augmenter l'efficacité des biocides utilisés industriellement. L’implication sociétale directe de ce procédé biologique est la réduction drastique de l'utilisation de biocides chimiques polluants pour le contrôle des agents pathogènes dans les milieux industriels. L'objectif à plus long terme est de remplacer entièrement l’utilisation des biocides chimiques par des antimicrobiens naturels et spécifiques, si possible produits in situ par les bactéries motiles. Le développement de cette approche «écologique» de l’hygiène des surfaces nécessite de nouveaux outils pour analyser de façon non invasive la dynamique d’infiltration de ces bactéries motiles dans les biofilms indésirables. Pour surmonter ce nœud méthodologique, nous avons réuni dans ce projet un consortium multidisciplinaire impliquant des microbiologistes, des microscopistes, des informaticiens, ainsi qu'un partenaire industriel impliqué dans l’utilisation biotechnologique de cocktails microbiens.

Les systèmes d’imagerie polarimétriques actifs ont montré leur efficacité dans les contextes militaire (détection d’objet, décamouflage) et civil (imagerie bio-médicale, contrôle industriel). Ils apportent une plus-value particulièrement importante dans les applications de détection/identification car ils permettent de révéler des contrastes qui n’apparaissent pas dans les images classiques, panchromatiques ou multispectrales. Un imageur polarimétrique consiste à illuminer la scène avec une lumière ayant un état de polarisation fixé et à analyser l’état de polarisation de la lumière rétrodiffusée par la scène. Dans la plupart des systèmes actuels, les états accessibles sont en nombre limité et ne peuvent être modifiés. Or des études récentes ont montré qu’il est possible d’augmenter le contraste de manière significative en adaptant les états de polarisation à la scène observée. Ces techniques d’optimisation supposent cependant connues les propriétés polarimétriques de l’objet, ce qui limite leur utilisation pratique. Afin d’exploiter pleinement le potentiel de ces techniques, il est donc nécessaire de concevoir des systèmes qui s’adaptent de manière automatique à la scène observée. Or si les caractéristiques de la scène ne sont pas connues à l’avance, l’information nécessaire ne peut venir que d’algorithmes permettant de faire l’analyse de l’image. Pour optimiser les performances d’un imageur polarimétrique, la condition essentielle est donc d’intégrer, dans un même système, des algorithmes de segmentation d’image performants et rapides, et un module d'imagerie agile permettant de générer n’importe quel état de polarisation en illumination et en réception. L’objectif du présent projet est de développer un tel système. Le démonstrateur réalisé produira des images polarimétriques à 1.55 µm grâce à une illumination laser. Il intègrera différentes stratégies (automatiques ou semi-supervisées) de pilotage des paramètres de l’instrument (états de polarisation d’illumination et d’analyse) par des algorithmes de segmentation d'images. Pour relever ce défi, le consortium met en commun les compétences d'une équipe académique et d'une équipe industrielle spécialistes d’imagerie polarimétrique, dans ses aspects théoriques et expérimentaux, ainsi que d’une équipe spécialiste des algorithmes de segmentation et de leur application à des images non-conventionnelles. Le démonstrateur réalisé au cours de ce projet sera le premier imageur polarimétrique au monde à mettre en œuvre de manière conjointe des algorithmes de segmentation d’image et un système agile en polarisation. Il permettra de résoudre des problématiques difficiles en analyse de scènes extérieures telles que le décamouflage, la détection d’obstacles ou d’objets suspects. D’un point de vue plus général, ce projet permettra de développer et de valider une méthodologie innovante de contrôle des états de polarisation par les résultats de segmentation d’image. Les applications de cette avancée s’étendront bien au-delà du domaine de la défense, à des domaines tels que l’imagerie biomédicale, la robotique ou le contrôle industriel. En fin de projet, une étude prospective évaluera ces perspectives.

L'objectif novateur du projet TRINIDAD est d'étendre à la gamme micro-onde le concept de transmission à amplification répartie, concept utilisé dans les fibres optiques dopées. Un premier objectif est de développer dans un délai de 24 mois un matériau hybride permettant la propagation d'ondes de spin par compensation de pertes. Un second objectif est de nano-structurer ce matériau en un guide d'onde de taille microscopique afin de réaliser une ligne à retard analogique de très haute qualité et intégrable dans l'électronique du futur. L'idée de base est de juxtaposer un isolant magnétique à un métal normal. Dans cette double couche, l'isolant magnétique - le grenat d'yttrium-fer (YIG) - fournit un milieu de propagation à faibles pertes, où un signal micro-ondes est converti en une onde de spin à propagation lente. Une première propriété clé du dispositif est l'utilisation de films ultra-minces de YIG en vue de réduire la vitesse de groupe de l'onde de spin en-dessous de 10 m/s. Une seconde propriété clé est que les pertes intrinsèques de l'onde de spin soient partiellement, voire entièrement, compensées afin d'augmenter la durée du retard au-delà du temps de relaxation naturelle de l'onde de spin, un verrou majeur qui limite cette technologie. Le signal oscillant est amplifié par un flux de moment cinétique (ou pur courant de spin) injecté à partir d'une couche métallique hors-équilibre produisant une accumulation de spin induite par la déflexion des électrons de conductions traversant cette couche adjacente. Le courant de spin est créé par l'effet Hall de spin (nécessitant l'utilisation de matériau à fort couplage spin-orbite, soit à partir de métaux simples ou soit d'alliages: par exemple, Pt et Ta ou CuIr et AuW). Le résultat net de ce courant de spin induit est d'amplifier (ou de réduire, en fonction du signe du courant appliqué) le signal transmis par un procédé d'émission stimulée à l'interface métal / isolant. Des retards allant jusqu'à quelques microsecondes pourraient alors être atteints sur des distances micrométriques. Dans l'avenir, cette ligne à retard pourrait être utilisée comme brique élémentaire pour d'autres dispositifs micro-ondes à haute performance: un oscillateur ultra-faible bruit de phase ou un filtre agile accordable électroniquement. Les applications ciblées se trouvent dans la technologie du radar et de la télécommunication, qui sont à la recherche de dispositifs performants à ultra-bande étroite, non réciproques, et combinant à la fois une haute agilité et une sélectivité ultra-étroite.

Le titre du projet est un jeu de mots sur la façon dont on peut comprendre l’analyse harmonique moderne. Il est bien sûr classique en analyse harmonique de définir un bord et de trouver une représentation en intégrant sur le bord. Nous voulons donc étendre le champ de connaissances interne à l’analyse harmonique. Deuxièmement, l’analyse harmonique nourrit et est nourrie par les domaines mathématiques voisins, parmi lesquels les équations aux dérivées partielles, l’analyse fonctionnelle et la géométrie. Nous regardons donc aussi à la frontière de l’analyse harmonique et de ces autres domaines. Dans tous ces domaines, ce projet va s’attaquer à des problèmes dans les thèmes parmi les plus actifs. Nous comptons parmi notre équipe des chercheurs Français de premier plan et internationalement reconnus en analyse harmonique, analyse fonctionnelle et équations aux dérivées partielles. Notre équipe compte aussi des jeunes chercheurs très actifs dans ces domaines et aussi le calcul fonctionnel et la géométrie. Nous n’oublions pas les jeunes doctorants (cinq) et post-doctorant (1) que nous formons et qui participent aussi. Les problèmes que nous avons l’ambition d’étudier portent sur des questions d’analyse harmonique (commutateurs, analyse sur les espaces non-doublants, espaces de Hardy associés aux opérateurs, transformées de Riesz, multiplicateurs de Fourier et moyennes de Bochner-Riesz, problèmes aux limites elliptiques avec coefficients peu-réguliers, théorie des opérateurs sur les espaces de tentes et applications aux problèmes de Cauchy non-autonomes), d’équations aux dérivées partielles (extensions d’estimations dispersives aux groupes, variétés et opérateurs plus généraux en relation avec la courbure, leurs applications à des problèmes non-linéaires, observabilité des systèmes linéaires), d’analyse fonctionnelle (relèvement d’applications à valeurs dans un tore, inégalités pour les systèmes de Hodge, cas limites pour l’inversion de la divergence, les lemmes div-curl sur les variétés, les espaces de Sobolev et l’interpolation dans le cadre espace métrique doublant) et de géométrie (dans le cadre sous-Riemannnien : inégalités de courbure-dimension, théorie de Harnack avec hypothèses minimales, noyau de la chaleur et transformées de Riesz d’opérateurs hypoelliptiques de grand rang ; dans le cadre Riemannien : opérateur de Hodge-de Rham). Les méthodes d’analyse harmonique sont au cœur de tous ces problèmes dont certains seront résolus d’ici 2016 et d’autres ont un caractère plus exploratoire. C’est la raison pour laquelle nous demandons un projet sur 4 ans. Cela permettra à des sous-équipes de se réunir sur des problèmes ciblés pour faire avancer techniques et idées. Notre projet contient 4 moments forts : une conférence exploratoire la première année, 2 conférences internes au projet les deuxième et quatrième années pour discuter des progrès réalisées et à venir, et une synthèse sous la forme d’un état de l’art final. Pour notre organisation interne, nous constituons trois partenaires institutionnels (Paris-Sud, Bordeaux 1, Grenoble ) qui incorporent des collègues d’universités voisines. En plus de l’aide aux missions et invitations, Paris-Sud demande un financement doctoral sur 3 ans, Bordeaux 1 un financement post-doctoral sur 1 an et Grenoble le soutien financier à des rencontres bi-mensuelles, co-organisées par les universités de Lyon1 - Grenoble et Marseille. Un site web sera dédié à ce projet. Tous les résultats escomptés seront publiés dans des revues internationales à comité de lecture et présentés dans des conférences internationales.

La plupart des équations de type ondes (hyperboliques, Schrödinger, KdV et autres modèles dispersifs nonlinéaires) issues de modèles physiques représentent des phénomènes dans un milieu qui n’est que rarement homogène, et encore moins souvent infini. Ce n’est que récemment que l’influence de la géométrie du milieu a fait son apparition, à travers l’étude en géométrie courbe, éventuellement compacte, peu régulière, des traditionnels modèles « jouet » nonlinéaires. Nous souhaitons développer nos travaux récents dans le contexte des domaines à bord, pour mieux comprendre les problématiques classiques, existence et unicité de solutions, et surtout leur asymptotique (explosion en temps fini, scattering), en lien avec la géométrie du milieu ambiant (type de bord, obstacles multiples, interfaces…). Ces questions ont été extrêmement étudiées dans le cadre de l’équation des ondes linéaire (motivées par le développement des radars/sonars, mais aussi de la tomographie), suscitant d’importants développements d’analyse microlocale. Comprendre comment utiliser au mieux ces techniques, couplées à une analyse fine et adaptée aux questions nonlinéaires des phénomènes de dispersion ou de focalisation, est une étape, parvenir à étendre à des contextes plus réalistes physiquement des outils spécifiquement nonlinéaires mais mis au point dans le cadre rigide des modèles simples est une autre étape, l’une et l’autre nécessitant des développements concertés. De plus, comprendre les propriétés fines des solutions de modèles dispersifs, incluant des modèles réalistes, ne parait plus hors d'atteinte : domaine de validité, conditions aux limites, stabilité et instabilité nonlinéaire, et plus généralement dépassement du problème de Cauchy, en relation avec la dérivation des modèles est au coeur du présent projet.

Ce projet vise à développer et étudier un système d’imagerie optique tirant profit de la diffusion multiple. L’objectif est d’obtenir des images quantitatives tridimensionnelles présentant des résolutions nanométriques bien meilleures que celles des microscopes optiques actuels. Nous considérons un Microscope Optique Tomographique Digital dont le principe consiste à reconstruire numériquement la carte de permittivité de l'échantillon à partir de plusieurs hologrammes obtenus sous diverses incidences. En régime de diffusion multiple, l’hologramme n’est plus relié linéairement à la carte de permittivité et il dépend, de manière complexe, de toutes les fréquences spatiales de l’échantillon. On peut ainsi envisager d’obtenir une résolution bien meilleure que celle établie sous l’hypothèse d’imagerie linéaire. Dans une première partie, nous développerons des approches mathématiques utilisant la décomposition en valeurs singulières et la théorie de l’estimation afin d’analyser la quantité d’information exploitable contenue dans les hologrammes en régime de diffusion multiple. Ce travail, qui mènera à l’établissement de la notion de résolution pour un système d’imagerie reposant sur un processus non-linéaire, nous permettra d’optimiser le maillage de nos méthodes de reconstruction et la configuration expérimentale. Dans une seconde partie, nous mettrons en œuvre l’étude théorique en développant un dispositif expérimental et des échantillons dédiés. Nous proposerons plusieurs techniques d'inversion permettant d’extraire, de manière itérative, les informations provenant du mécanisme de diffraction multiple et évaluerons leurs performances. L'intérêt d'utiliser des informations a priori dans l'inversion sera également évalué. Le projet aborde des aspects à la fois fondamentaux sur la formation des images en présence de phénomènes de diffusion multiple, des développements numériques pour la reconstruction des objets, des développements technologiques pour la réalisation d'échantillons calibrés et enfin des aspects instrumentaux pour le développement d'un microscope tomographique fonctionnant sur des concepts nouveaux en optique. Les partenaires du projet, l'Institut Fresnel, le LPMA, le L2S et le LPN, dont les domaines d'expertise sont complémentaires, aborderont ici des problèmes de physique avec des approches originales et en rupture avec les méthodes utilisées jusqu'ici dans le domaine de l'imagerie optique.

Les multiferroïques sont des matériaux dans lesquels plusieurs paramètres d’ordre coexistent, et les ferroélectriques magnétiques, pour lesquels les deux ordres sont couplés, en sont sans doute la classe la plus intéressante. Ces composés peuvent potentiellement révolutionner les technologies de l’information et ils ont donc été le centre d’une renaissance spectaculaire durant cette dernière dizaine d’années. La ferrite de bismuth BiFeO3 est le plus étudié de ces matériaux, étant ferroélectrique et antiferromagnétique à température ambiante et possédant en plus un couplage entre les vecteurs antiferromagnétique et de polarisation. Très récemment, les parois de domaines multiferroïques ont révélé des propriétés étonnantes comme un moment magnétique non compensé, une conductance mesurable et un effet photovoltaïque prometteur. Par conséquent, ces objets sont des solitons chargés magnétiquement et qui peuvent être créés et déplacés par un champ électrique. Ceci ouvre de nouveaux horizons dans leur contrôle et l'utilisation de leurs propriétés de conductance, ferromagnétisme ou sensibilité à la lumière. Le présent projet vise à étudier en détail, sur une paroi unique, l’ensemble de ces propriétés et leur couplage, dans le but de démontrer leur potentiel applicatif.

Le projet « UV-CHALLENGE » est un projet de 36 mois constitué par un consortium de trois partenaires académiques - Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris (LCMCP-ENSCP), Laboratoire de Matériaux Optique, Photonique et Système (LMOPS, Université de Lorraine) et Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique (LCF à Palaiseau) - et trois partenaires industriels - EOLITE Systems à Bordeaux, CRISTAL LASER à Messein, FEE à Idar Oberstein (Allemagne) -, le partenaire industriel Allemand (FEE) ne sollicitant aucun financement de l'ANR dans ce projet. Le principal objet de ce projet est de démontrer les capacités de nouveaux cristaux non linéaires pour la génération de radiation UV par conversion de fréquences laser initialement situées dans le proche infrarouge. La mise au point de lasers solides émettant dans l’UV est fortement dépendante de la qualité et des caractéristiques de cristaux non linéaires. A ce jour un certain nombre de matériaux ont été développés et utilisés. Cependant, très peu de ces matériaux permettent d’opérer une conversion de fréquence en dessous de 270 nm. Le champ d’investigation de ce type de matériaux non linéaires reste donc ouvert au vu des nombreuses applications nécessitant des sources laser fiables émettant dans l’UV. Ainsi, notre consortium à déjà identifié, dans un précédent projet ANR nommé « UV-Borates » (2006-2010), deux familles de matériaux non linéaires pour l’UV: YAl3(BO3)4 (YAB) et Ca5(BO3)3F (CBF), qui sont plus largement les chefs de file de deux familles de matériaux. Ces matériaux présentent de réelles potentialités qu’il serait intéressant d’amener à maturité pour concurrencer les cristaux commerciaux aujourd’hui utilisés dans les systèmes laser solides : LiB3O5 (LBO) pour la Génération de Troisième Harmonique (GTH à 343 – 355 nm) et ß-BaB2O4 (ß – BBO) ou CsLiB6O10 (CLBO) pour la Génération de Quatrième Harmonique (GQH à 237 – 266 nm). Ces cristaux commerciaux présentent de sérieuses limitations dues à leur hygroscopie et leurs durées de vie limitées se manifestant par un endommagement de surface dans les systèmes laser solides. Les cristaux de la famille du YAB et du CBF sont proposés dans le cadre de ce projet comme solution qui permettrait d’opérer une rupture technologique tout en menant des études visant à mieux comprendre et à résoudre les problèmes de vieillissement de cristaux existant comme le LBO ou le BBO UV-CHALLENGE est un projet multidisciplinaire où physico-chimistes des matériaux et physiciens de l’optique et des lasers, réunis au sein d’un même creuset, mettent en commun leurs compétences pour apporter des solutions à la conception de systèmes laser solides fiables émettant dans l’UV en vu d’applications. Ce projet fait intervenir de nombreux aspects réunissant la croissance cristalline, la mise en forme de cristaux, l’optique linéaire et non linéaire, la conversion de fréquence dans l’UV ainsi que le vieillissement des cristaux durant leur utilisation laser. Le premier objectif est d’optimiser les conditions de croissance cristalline des matériaux pour une nette amélioration de leur qualité cristalline afin de minimiser les dommages photochromiques et photo réfractifs sous flux laser. Le deuxième objectif est de déterminer de façon précise et fiable les propriétés optiques de ces nouveaux cristaux non linéaires. Enfin le dernier objectif est de mesurer les efficacités de conversion de fréquence dans l’UV de ces nouveaux cristaux tout en étudiant les phénomènes de vieillissement dans un cadre élargi aux cristaux commerciaux actuels comme le LBO.

Le supercourant qui s’établit entre deux supraconducteurs connectés par un lien mésoscopique est essentiellement porté par des états localisés de quasi-particules, les « états liés d’Andreev ». Le premier objectif de ce projet est d’explorer de nouveaux phénomènes fondamentaux qui sont prédits lorsque le degré de liberté de spin joue un rôle important pour ces états liés. Ces phénomènes ouvrent un nouveau champ de recherche à mi-chemin entre le domaine de la spintronique et celui des dispositifs supraconducteurs. Nous explorerons notamment des liens faibles constitués par des nanofils semiconducteurs à fort couplage spin-orbite (tels que InAs) sous un champ magnétique axial. Ces systèmes suscitent actuellement une forte activité de par le monde, aussi bien théorique qu’expérimentale, car il est prédit que des états liés singuliers s’y forment qui se comporteraient comme des fermions de Majorana, une sorte de « particule élémentaire » qui reste insaisissable en physique des hautes énergies. Au-delà de cette quête de fermions de Majorana, ce projet considère d’autres propriétés des systèmes combinant magnétisme et supraconductivité. Nous explorerons des liens faibles faits d’aimants semi-métalliques et d’hétérostructures ferromagnétiques non-colinéaires pour lesquels on attend un type de supraconductivité inhabituel avec des paires de Cooper de spin total S=1 au lieu de S=0. Finalement, nous explorerons le spectre des états liés d’Andreev dans des points quantiques où le couplage Kondo et la supraconductivité sont en compétition. Le deuxième objectif du projet est la dynamique des états liés d’Andreev, un domaine qui reste relativement inexploré malgré l’existence de plusieurs propositions pour utiliser ces états comme base pour une nouvelle classe de bits quantiques. En particulier nous chercherons à comprendre l’observation récente et inattendue de dissipation à basse-fréquence dans des liens diffusifs, ainsi qu’à déterminer les temps de relaxation de l’énergie et de la phase des états d’Andreev dans des contacts atomiques. Enfin, il est prédit que des systèmes Josephson où coexistent effet Zeeman et spin-orbite ont également une réponse dynamique intéressante qui couple les degrés de liberté supraconducteur et magnétique. Deux grands groupes expérimentaux experts en physique mésoscopique et en supraconductivité et deux groupes de théoriciens aux compétences complémentaires, s’impliquent fortement (465 personnes-mois) dans ce projet ambitieux.

Un défi technologique majeur est trouver un matériau nouveau pour l’après CMOS de silicium. Le graphène possède les excellentes propriétés des nanotubes de carbone sans le problème de comment le placer sur la surface et de faire un nombre important de dispositifs sur la même puce. Le graphène épitaxial est, d’après l’industrie, le candidat le plus viable pour les nanodispositifs à haute vitesse et basse puissance. Les principaux challenges sont la résistance aux contacts, le maintien d'une mobilité élevée dans le graphène avec une porte supérieure (top-gate) et l’obtention du graphène avec des bords bien définis après le procédé lithographique pour obtenir le canal pour les fréquences élevées. Une autre voie presque inexplorée pour le graphène est celle de la nanoélectronique balistique. Il est connu que les nanotubes de carbone sont des conducteurs balistiques même à température ambiante. Les rubans de graphène ont des propriétés similaires et sont donc extrêmement intéressants pour des circuits « tout en graphène », car on croit qu’ils ont une meilleure mobilité et qu'ils peuvent supporter des densités de courant supérieures à celles du cuivre. Les rubans de graphène peuvent croître sur du graphène épitaxial par des techniques non-lithographiques sur les parois latérales de marches de SiC obtenues par gravure chimique (etching). Cette technique est adaptée à la fabrication massive, car 10 000 transistors ont déjà été réalisés sur le même chip. De plus, les mesures de transport sur ce type de rubans suggèrent que les bords sont bien définis car les effets du désordre (localisation, bande interdite de transport) ne sont pas observés. Ces rubans peuvent donc être une percée dans l’électronique à base de graphène, ouvrant la voie du transport balistique, des effets non-linéaires dans les jonctions balistiques et des nouvelles interconnexions uniquement à base de graphène. Ce type d’électronique ne peut pas être réalisée avec des semiconducteurs conventionnels. L’objectif principal de ce projet est donc d’étudier les rubans de graphène sur les parois latérales de SiC, et de les comparer avec des rubans obtenus par lithographie. Les contacts de métal sur graphène, d’importance primordiale pour la fabrication de dispositifs seront aussi abordés, avec le défi que presqu'aucun élément ne « mouille » le graphène. Ce projet étudiera la structure atomique des rubans sur les parois latérales, leur structure électronique globale et locale, leurs défauts et leur transport. Les interfaces métal/graphène, système modèle pour les contacts électriques seront aussi étudiées. Nous aborderons les questions ouvertes sur la structure électronique et atomique, avec un ensemble de techniques expérimentales (photoémission résolue en angle, microscopie/spectroscopie à effet tunnel, microscopie électronique à transmission) et des calculs (transport quantique) maitrisés dans le consortium.

Nous proposons d’étudier la physique des liquides de spin quantiques engendrés par les effets de frustration géométrique. Ce projet s’inscrit dans un cadre renouvelé par l’accroissement spectaculaire du nombre de candidats expérimentaux sur des réseaux bidimensionnels à base de triangles, tels que non seulement le réseau emblématique « kagome », à sommets partagés, où les effets de la frustration sont exacerbés, mais aussi les réseaux triangulaires, à côtés partagés, qui questionnent l’idée généralement admise d’un fondamental de type Néel. La nature du fondamental, des excitations fractionnaires restent un des problèmes les plus ardus en physique de la matière condensée, aussi bien sur le plan expérimental que théorique qui nécessite à l’heure actuelle de maîtriser toutes les étapes, de la synthèse au modèle théorique pour espérer des avancées significatives dans ce domaine. Notre projet a l’ambition de regrouper des acteurs ayant une forte reconnaissance dans le domaine, associant les compétences complémentaires, d’une part en synthèse, de l’Institut des Matériaux de Nantes et de l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, d’autre part, de l’équipe RMN-µSR du Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay et de B. Fak (SPSMS) en diffusion inélastique des neutrons ainsi que l’équipe fermions corrélés du LPTMC. Afin de cerner les propriétés de l’état liquide de spins, des mesures dans le domaine sub-Kelvin seront effectuées, alliant mesures thermodynamiques, mesures de susceptibilité locales et de relaxation (RMN, µSR) et de diffusion inélastique des neutrons qui donneront accès au comportement ultime de la susceptibilité et à la dynamique sur différentes échelles de temps et seront calculés dans des modèles prenant en compte les spécificités des différents composés étudiés [échange au-delà des premiers voisins,échange cyclique]. Nous explorerons aussi l’existence de transitions induites sous champ et mettrons en œuvre une stratégie « perturber pour révéler », en utilisant le caractère local de la RMN pour étudier les textures de spin induites par des lacunes de spin, un domaine dans lequel des approches théoriques ont été récemment développées. La synthèse difficile de monocristaux –mais réalisée par une équipe dans le monde au M.I.T., par exemple du composé emblématique, l’Herbertsmithite ZnCu3(OH)6Cl2, avec enrichissement en 17O, la synthèse du premier composé triangulaire Heisenberg modèle KCrO2 représentent des enjeux internationaux majeurs pour ces études. La nouvelle famille d’isolants de Mott sur réseau triangulaire, Ba3MSb2O9 (M=Cu, Ni, Co) outre son caractère liquide de spins offre une grande richesse au niveau des ions magnétiques et des substitutions (Zn, Mg) qui ouvrent la voie à des études novatrices qui utiliseront tout le potentiel de collaboration de notre consortium. Enfin, par le biais de collaborations internationales bien établies nous pourrons aborder l’étude de l’Haydeite [Colman, 2010] et d’un nouveau composé kagomé liquide de spin à base de Vanadium [Aidoudi, 2011]. Du point de vue théorique les années 70 furent celles des spéculations sur l’existence des liquides de spin. Les années 90 virent le développement de modèles théoriques susceptibles d’exhiber des phases liquides de spin. Nous avons aujourd’hui des composés montrant des comportements de liquide de spins et l’objectif est de comprendre la nature de ces liquides de spins et de leurs excitations en confrontant de manière fine propriétés thermodynamiques, spectres de diffusion inélastique de neutrons et mesures RMN aux prédictions de diverses approches théoriques. Les questions qui doivent être abordées sont nombreuses : nature des quasi-particules fractionalisées, de leurs interactions, rôle du désordre…

Nous proposons un nouveau programme de recherche sur les transitions de phase en présence de désordre et d’interactions dans les gaz quantiques à 2D et 3D, dimensions pour lesquelles il n’existe aucune théorie exacte. Nos études se focaliseront sur la compétition entre désordre, cohérence des phases et interactions. Notre programme se divise en deux parties : Premièrement, nous irons au delà de l’observation de la localisation Anderson en cherchant à caractériser précisément cet effet, notamment en présence de décohérence ou d’interactions faibles. Deuxièmement, nous étudierons l’effet du désordre sur les systèmes à N corps où les interactions donnent lieu à des phénomènes nouveaux, en particulier de nouvelles transitions de phase. La physique en présence de désordre est riche, complexe et varie en particulier suivant la dimensionnalité. Sa compréhension est le but de notre projet. Enfin, nous étudierons la dynamique hors équilibre des gaz de Bose désordonnés. Deux développements techniques seront en particulier nécessaires. Tout d’abord, un dispositif d’imagerie avec un objectif de grande ouverture pour détecter efficacement les atomes avec une bonne résolution. Cela permettra en particulier la détection de la densité atomique à l’échelle du désordre et aussi des corrélations de densité, un outil important dans l’étude des système fortement corrélés. Ensuite, nous comptons développer le refroidissement du potassium, qui possède des résonnance de Feshbach accessibles qui permettront de varier les interactions entre atomes, un paramètre crucial de la physique à N-corps. Ce projet sur les systèmes quantiques désordonnés est en lien avec des problèmes ouverts en physique de la matière condensée. Dans plusieurs systèmes expérimentaux, tels que les Si-MOSFET, les héterostructures de GaAs ou les films métalliques, le désordre joue un rôle crucial. Les supraconducteurs à hautes températures critiques sont aussi intrinsèquement désordonné à cause du dopage. Dans cet optique, nous proposons une collaboration avec M. Holzmann, spécialisé dans la simulations théoriques des systèmes électroniques, et qui nous permettra non seulement de simuler nos systèmes expérimentaux mais aussi de comprendre leurs relation avec ce qu’on connaît ou non en matière condensée. A la différence des systèmes électroniques, la description théorique du désordre et des interactions dans les gaz d’atomes froids est beaucoup plus simple et les paramètres peuvent être variés plus largement. Nous espérons que nos travaux permettront une meilleure compréhension des phénomènes et auront un impact au delà de la communauté des atomes froids.

Nous allons sonder l'interaction induite par des membranes de lipides entre des inclusions (molécules et autres nanoobjets). Cette étude présente à la fois un intérêt fondamental, du point de vue de la physique de la matière molle, et une pertinence biologique en ce qui concerne l'activité de molécules biologiques importantes, comme les protéines membranaires et les peptides antimicrobiens. En particulier, l'activité cyto-toxique de ces derniers est directement reliée à la composition de la membrane (charge, épaisseur, présence ou non de cholestérol) plutôt qu'à une reconnaissance chimique spécifique. Il a été postulé que des modèles très simplifiés (comme, par exemple, le ‘hydrophobic matching’) peuvent rendre compte des aspects fondamentaux de ce processus, mais les résultats des nombreuses études théoriques et numériques ne peuvent pas être validés et raffinés, faute de résultats expérimentaux. Nous allons déterminer précisément l'interaction entre inclusions membranaires. Nous étudierons des phases lamellaires lipidiques hautement alignées, dopées avec des peptides antimicrobiens et complètement hydratées (en excès d'eau) par des techniques de diffusion des rayons X aux petits angles. Nous obtiendrons ainsi le facteur de structure bidimensionnel du fluide d'inclusions, qui nous permettra ensuite d'accéder au potentiel d'interaction dans le plan de la membrane. Nous mènerons une étude systématique de ce potentiel en fonction des paramètres pertinents et comparerons les résultats aux modèles théoriques existants. L'étape suivante sera l'utilisation comme ‘sondes membranaires’ de particules inorganiques monodisperses et hydrophobes (donc contenues dans la bicouche), de manière à élargir la gamme accessible des paramètres (plus spécialement vers les faibles concentrations d'inclusions). Nous obtiendrons ainsi une image plus claire des membranes de lipides en tant que fluides complexes à deux dimensions et de la manière dont elles influencent l'interaction entre les objets insérés, en particulier les peptides antimicrobiens et les protéines membranaires.

L’objectif du projet EXO-DUNES est de caractériser les dunes observées sur Mars et Titan (la plus grosse lune de Saturne), et de contraindre les processus atmosphériques et sédimentaires qui les ont créées et façonnées. Grâce aux programmes actuels d’exploration de Mars et de Titan, notre connaissance de ces deux corps s’est grandement améliorée. Les systèmes atmosphériques et les paysages de Mars et Titan présentent de très nombreuses analogies avec la Terre. En particulier, des champs de dunes ont été observés sur Mars et Titan, démontrant que celles-ci peuvent se former dans des environnements extrêmement variés. Les dunes sont des outils très puissants pour contraindre l’histoire sédimentaire et climatique des environnements arides et semi-arides (comme les déserts terrestres, ou plus globalement sur Mars et Titan). Mars et Titan présentent des environnements « exotiques », mais les différences dans la morphologie de leurs dunes restent limitées selon les standards terrestres. Sur Mars, les dunes se forment dans un environnement froid. Leur formation et évolution semblent être fortement liées à la topographie locale, la concentration des sédiments en volatiles et au cycle saisonnier gel/dégel. Plus loin encore du soleil, la morphogénèse des dunes de Titan fait encore largement débat. Considérant le climat de Titan et la composition supposée des « grains de sable », dominée par des hydrocarbures, la cohésion semble jouer un rôle très important. Pourtant, de nombreuses questions concernant l’origine des dunes planétaires, leur composition, morphologie, âge et dynamique restent tout de même irrésolues. Dans ce contexte, Mars et Titan nous offre l’extraordinaire possibilité de contraindre la morphodynamique des dunes dans des environnements extrêmes et de faire progresser en retour notre connaissance des processus atmosphériques et sédimentaires sur Terre. Nous nous proposons ainsi d’étudier en détail les dunes de Mars et de Titan, avec l’aide d’analogues terrestres. L’objectif de ce projet est de développer de nouvelles méthodes dans le but d’extraire les informations fondamentales sur la nature du sédiment et des régimes de vents à partir de la forme, la taille et l’orientation des dunes. Nous avons pour cela identifié trois principales questions : (1) quels sont l’origine et le rôle de la cohésion au niveau granulaire ? (2) quel est le rôle de la topographie ? (3) quels sont les rôles respectifs de l’intensité, la direction et la variabilité des vents ? L’observation seule de la forme et l’orientation des dunes ne permet pas de lever l’ambiguïté entre les rôles combinés des propriétés mécaniques du sédiment et de l’écoulement atmosphérique. Le couplage entre les lois de transport, le vent et les propriétés du sédiment étant hautement non linéaire, ce problème inverse se révèle être d’une grande complexité. C’est pour cela que le projet EXO-DUNES s’articule autour d’une approche fortement collaborative et interdisciplinaire, rassemblant des experts dans l’analyse d’images planétaires, l’étude d’analogues terrestres, l’expérimentation et la modélisation des processus dunaires. La première partie de ce projet consistera à traiter et analyser les dernières images des dunes martiennes et titaniennes et de quantifier leurs paramètres morphodynamiques (composition, forme, orientation, direction et vitesse de migration…), en comparaison avec des analogues terrestres. La seconde partie concerne les études expérimentales et numériques sur les climats et les processus dunaires. Les expériences et les simulations numériques seront régulièrement et conjointement contraintes et validées par les observations. A la fin du projet, nous envisageons d’obtenir une description détaillée des conditions climatiques (régimes des vents) et du lit sédimentaire (rôle de la cohésion et de la topographie) qui ont façonné les dunes de Mars et Titan. Cela aura des retours très importants sur la compréhension de la physique des dunes terrestres.

La Désintégration Double Beta sans émission de neutrino (0v-DBD) est un thème central pour l’étude des particules élémentaires et des interactions fondamentales. Sa mise en évidence aurait un impact fort sur les modèles cosmologiques. Suite à la découverte de l’oscillation des neutrinos, des questions comme l’échelle absolue et la hiérarchie des masses des neutrinos restent de premier ordre ; c’est également le cas de la détermination de leur nature : fermions de Dirac ou de Majorana ? Le but du projet LUMINEU est d’être en mesure de définir un détecteur optimum pour une expérience 0v-DBD de nouvelle génération, capable d’atteindre des sensibilités jamais envisagées. Pour l’atteindre, LUMINEU propose de réduire le fond résiduel dû à l’interaction des particules alphas grâce au développement de bolomètres à mesure simultanée de la lumière et de la chaleur générées par un événement nucléaire. Si les bolomètres scintillants contiennent un candidat de 0v-DBD (détecteur = source) dont la transition est supérieure à l’énergie maximale des gammas émis naturellement (2,6MeV) et l’efficacité de rejet des particules alphas est proche de 100%, cela permettrait d’obtenir une expérience potentiellement sans fond pour une durée d’exposition nécessaire pour scruter la région de hiérarchie inverse des masses des neutrinos. LUMINEU mettra donc en œuvre des cristaux scintillants de la plus grande dimension possible de ZnMoO4, enrichis en 100Mo. Cet isotope est un excellent candidat du fait de son Q-value autour de 3 MeV. Les cristaux seront tirés selon une technique avancée garantissant des qualités excellentes, une pureté extrême et une perte négligeable de matière première. Des masses de cristaux de 400g sont envisagées pour la brique élémentaire. Le pouvoir de rejet des particules alphas est fortement corrélé à la qualité de la mesure de la lumière. Un effort particulier sera porté sur l’optimisation de cette dernière en termes d’efficacité de collection, de seuil en énergie, de taille de détecteur, de reproductibilité et de temps de réponse. La réduction de ce temps permettra de rejeter le fond ultime que pourrait constituer l’empilement d’événements de Désintégration Double Beta avec émission de deux neutrinos, qui est particulièrement gênant dans le cas du 100Mo. C’est pourquoi, en plus des senseurs thermiques semi-conducteurs classiques (NTD) produits par transmutation, de nouveaux senseurs seront étudiés : films supraconducteurs de haute impédance et thermomètres métalliques paramagnétiques. Le fait de coupler ces senseurs à des bolomètres massifs tout en conservant leurs performances nominales constituerait en soi un saut technologique. L’impact que ce résultat aurait sur la physique des astroparticules dépasse le cadre de la 0v-DBD. Les activités prévues au sein du projet LUMINEU pour améliorer les performances des détecteurs lumière devraient ainsi conduire à des retombées importantes dans le domaine de la détection directe de la Matière Noire au sein des projets Edelweiss-3 et Eureca. En effet, l’amélioration des performances des senseurs et couplages thermiques conduira à de meilleurs seuils et sensibilités en énergie sur les voies chaleur et à une amélioration de la sensibilité de détection des WIMPs en particulier de basse masse. LUMINEU va bénéficier de la convergence des contributions des deux communautés ; rétrospectivement les développements de LUMINEU bénéficieront aux deux domaines de recherche. Les résultats sur les cristaux scintillant et sur les détecteurs de lumière permettront une expérience pilote de 0v-DBD, effectuée en site souterrain, contenant une quantité considérable de molybdène enrichi (environ 1 kg). Après l’aboutissement du projet LUMINEU, la réalisation d’une expérience de grande taille pour atteindre la région des neutrinos de masse effective de 20 meV ne sera qu’une question de volonté politique et de fond disponible.

L'IRAM (Institut de Radioastronomie Millimétrique) a publié récemment (mai 2011) un appel d’offre pour l’instrumentation de nouvelle génération pour la mesure du continuum au télescope de 30m situé à Pico Veleta (Espagne). Le consortium NIKA (Néel IRAM KID array) y a répondu par une proposition détaillée pour construire une caméra grand-format à deux couleurs (150GHz --> 2mm et 240GHz --> 1.25mm). L’instrument sera fondé sur la technologie des KID (Détecteur à Inductance Cinétique). Le programme technologique est dirigé par des chercheurs français de l’Institut Néel et du LPSC (Grenoble). La partie française de la collaboration est complétée par l’IPAG (Grenoble), l’IAS (Orsay), le CEA-IRFU (Saclay) et l’IRAP (Toulouse). L’IRAM-Grenoble participe activement au projet, en contribuant à hauteur de 50% de cofinancement et de par son expertise dans le domaine du design et de la fabrication des détecteurs, leur électronique et l’analyse de données. Au niveau international, ce consortium français collaborera avec l’Université de Cardiff (Royaume-Uni), l’Institut pour la Recherche Spatiale des Pays-Bas (SRON) et l’Université de Rome La Sapienza (Italie). En particulier ces collaborateurs fourniront, sur un financement indépendant, les filtres optiques et le séparateur de faisceau. La caméra NIKA s’appuiera sur l’instrument prototype qui a été testé au télescope de 30m de l’IRAM en 2009, 2010 et 2011. Ces campagnes réussies tant techniquement que scientifiquement ont permis, pour la première fois, de montrer la viabilité de la technologie des KID pour les observations sol dans le domaine des ondes millimétriques. En particulier, le prototype à deux couleurs de 2011 a démontré une performance de haut niveau à 150 GHz. L’instrument comprendra un réfrigérateur continu à dilution à cycle fermé avec une température de base de 100 mK, des optiques de reprise froides et des filtres, conçus pour un champ de vue simultané dans deux canaux centrés aux longueurs d’onde de 1.25 et 2 mm. Nominalement les unités de détecteurs du plan focal consisteront en matrices de KID avec un espacement entre pixels de 0.75 f*lambda, ce qui donne environ 1000 détecteurs à 2 mm et 3000 détecteurs à 1.25 mm. Ces détecteurs seront lus avec un maximum de 16 amplificateurs froids et le même nombre de paires de câbles coaxiaux. De surcroit, l'implémentation d'un "canal polarisé" permettant de mesurer l'émission polarisée dans la bande du continuum à 1.2 mm est envisagée pour de futures mises à niveau. L’implémentation d’une troisième voie d’imagerie dans le domaine submillimétrique (850 microns) est aussi envisagée comme mise à niveau en seconde priorité. Dans la proposition présente, nous requérons le soutien de l’ANR pour la construction de l’instrument nominal (2 couleurs, imagerie pure, comme dans la réponse à l’appel d’offres IRAM). Le financement pour le "canal polarisé" est déjà acquis par le CEA-IRFU (Saclay) en tant que partie d'un contrat ERC européen. L’instrument nominal sera dans tous les cas conçu pour être compatible avec ces deux options. La durée du programme ANR est de 3 ans, dédiés à un intense développement instrumental: fabrication du cryostat, conception des détecteurs et de l’électronique, fabrication et tests. Le dernier semestre sera principalement consacré à l’installation-livraison de l’instrument sur le télescope de Pico-Veleta. A la fin du projet ANR, la caméra NIKA sera un puissant instrument (i.e. le gain en terme de vitesse de cartographie par rapport à la génération précédente d'instrument continuum sera de 40-100) à disposition de l'entière communauté d'astronomes utilisant l'IRAM.

Depuis la découverte dans les années 1990 de la première planète en orbite autour d'une autre étoile que notre Soleil, la découverte de centaines d'autres exo-planètes fut confirmée. Il s'agit maintenant de franchir une nouvelle étape en mesurant précisément les caractéristiques de ces systèmes. Une autre question qui se pose est l'existence de zones habitables autour de ces étoiles abritant des planètes. Pour y répondre, il faut une description précise de l'objet au centre de ces systèmes: les étoiles. Le succès des missions spatiales basées sur la photométrie stellaire de précision comme MOST, CoRoT ou Kepler ouvre la voie à l'étude détaillée des caractéristiques des étoiles. Cela sera amplifié par la présence des missions PLATO et ECHO dans le processus de sélection de l'ESA pour une mission M3. Les premiers résultats en terme de sismologie stellaire, basés sur ces missions, ont démontré le potentiel de cette technique pour étudier la physique des étoiles. De plus, la précision photométrique de ces données spatiales ouvre de nouvelles possibilités, par exemple en ce qui concerne la micro-variabilité des étoiles. Notre projet a pour but de mesurer précisément les caractéristiques des étoiles afin de déterminer leur influence sur leur éventuel système planétaire. Mesurer la masse et le rayon d'une exo-planète se faisant à partir de ceux de l'étoile, un de nos buts est de mesurer précisément masse et rayon de l'étoile. Les conditions à la surface d'une exo-planète vont dépendre de l'influence de l'étoile en terme de rayonnement et de magnétisme: nous nous fixons donc comme but de mesurer ces paramètres stellaires (luminosité et activité magnétique). D'autres informations seront obtenues comme la composition chimique de l'étoile (contenu initial en hélium et en éléments plus lourds), qui sont aussi liées au processus de formation planétaire. La disponibilité d'observations spatiales de grande qualité photométrique couplée à la puissance de la sismologie stellaire permet la réalisation de tels objectifs. La modélisation des étoiles est l'outil pour l'interprétation des résultats astérosismiques. La qualité des données rend nécessaire de nouveaux raffinements dans la modélisation stellaire, comme par exemple la description des mécanismes de transport par circulation méridionale ou les ondes internes. La question de l'existence de zone habitable étant centrale, nous nous servirons de notre système solaire comme référence pour valider nos résultats en matière de relation étoile-planète. Nous nous concentrerons plus précisément sur le couple Soleil-Mars car cette planète pourrait voir perdu son atmosphère sous l'influence du vent solaire au début de l'histoire du système solaire. Pour résumer, nous avons pour objectif de fournir à la communauté des planétologues les caractéristiques stellaires qui vont gouverner l'influence d'une étoile sur ses éventuelles planètes. Nos objectifs scientifiques reposent sur une modélisation stellaire raffinée combinée aux meilleures observations astérosismiques qui nous permettront d'obtenir la précision requise pour quantifier l'influence des étoiles sur les exo-planètes. Notre propre système solaire nous servira de référence pour cela.

Les projections de changement de précipitation dans les tropiques diffèrent grandement d'un modèle de climat à un autre, en signe et en amplitude. Comment déterminer quelles sont les projections les plus fiables? En identifiant les modèles capables de reproduire à la fois les changements de précipitation actuels et passés, il devrait être possible de réduire les incertitudes sur les projections. Pour atteindre cet objectif, notre projet se déroulera selon quatre étapes: (1) Pour évaluer le réalisme des simulations paléoclimatiques, nous avons besoin de reconstruire les changements de précipitation à différentes périodes. Pour cela, nous utiliserons la composition isotopique (deutérium et oxygène 18) des précipitations passées, accessible via des archives du climat bien connues. Il sera donc impératif de raffiner notre connaissance de la relation qui existe entre la composition isotopique et la quantité de précipitation (calibration isotopique). Dans ce but, nous mettrons en place des observations isotopiques inédites à la fois dans la vapeur d'eau et la précipitation pour préciser les fractionnements isotopiques entre ces deux phases. Nous nous concentrerons sur deux régions pour lesquelles des archives climatiques sont disponibles et où les projections de changement de précipitation sont très incertaines: le Sahel en Afrique de l'Ouest et les Andes sud-américaines. (2) En retour, nous étudierons comment les nouvelles observations obtenues peuvent nous apporter des contraintes sur les processus physiques clés dans les atmosphères convectives (re-évaporation de la pluie, subsidence) et sur la paramétrisation de certains processus humides. Pour ce dernier aspect, nous utiliserons les modèles de climat équipés d'un module isotopique (LMDZ-iso, ECHAM-iso, modèles du programme SWING2) avec lesquels il est possible de réaliser une comparaison directe entre les données isotopiques observées et simulées, indépendamment de la calibration isotopique. Les meilleurs modèles à l'issue de cette comparaison seront utilisés en retour pour préciser certains aspects de la calibration (stabilité dans le temps et dans l'espace). (3) En utilisant la calibration isotopique établie, nous produirons des enregistrements de changement de précipitation dans les deux régions mentionnées ci-dessus. Nous utiliserons des archives telles que les carottes de glace, les spéléothèmes, etc. couvrant le dernier maximum glaciaire et l'Holocène, périodes simulées par les modèles. Ces reconstructions, nous permettrons par ailleurs d'examiner finement les changements climatiques passés et les mécanismes associés, en particulier les mécanismes de téléconnexions. Nous profiterons de la diversité des périodes documentées pour préciser quelle est la sensibilité du climat tropical. (4) Enfin, pour remplir l'objectif initial, nous analyserons un ensemble de simulations issu du projet international CMIP5 (initiative coordonnée proposant un ensemble de simulations passées, présentes et futures réalisées par les mêmes modèles et donc avec une physique identique d'une période à une autre, pour un modèle donné) pour évaluer la capacité des modèles à reproduire à la fois les changements récents et passés. A l'issue du projet, nous pourrons mettre en lumière les modèles les plus sérieux pour représenter les changements de précipitation d'après notre méthode de sélection. En résumé, ce projet propose, en utilisant une approche interactive entre modèles et données, d'évaluer les modèles de climat et d'estimer quelles sont les projections de changement de précipitation les plus crédibles. Se faisant, le projet permettra d'ouvrir des verrous dans trois domaines cruciaux de la climatologie: la physique des isotopes stables de l'eau et l'utilisation de ces derniers comme indicateurs climatiques, les mécanismes de la variabilité climatique tropicale depuis l'échelle interannuelle à orbitale, et les processus atmosphériques jouant un rôle fondamental dans les atmosphères convectives.

La Méditerranée nord-occidentale est soumise régulièrement à des épisodes de vents forts (Mistral, Tramontane) qui peuvent,lorsqu'ils interagissent avec la dynamique de l'océan superficiel, conduire à la formation d'eau dense. Le Golfe du Lion est ainsi une région majeure de formation d'eau dense en Méditerranée associée au mécanisme de convection océanique, résultat d'interactions entre le courant nord et le gyre cyclonique en présence d'un forçage atmosphérique intense. Bien que ce mécanisme soit d'importance cruciale pour la simulation des masses d'eau en présence en Méditerranée et la circulation thermohaline à l'échelle de tout le bassin, sa représentation dans les modèles demeure rudimentaire. L'objectif principal d'ASICS-MED est d'étudier en détail les processus océan-atmosphère qui contribuent à la formation d'eau dense afin d'améliorer leurs représentations dans les modèles océaniques. Les travaux de recherche se concentreront sur les processus à fine échelle (i.e. à meso- et submeso-échelles), qui ont déjà été identifiés comme contribuant significativement à la formation d'eau dense à l'échelle du bassin. La méthodologie envisagée repose sur : (i) la réalisation d' une campagne terrain en fin d'hiver 2013 pour collecter des observations inédites et simultanées dans la couche limite marine et dans l'océan dans la région du Golfe du Lion (MEDOC), (ii) la réalisation de simulations océaniques à haute résolution avec plusieurs modèles océaniques forcés par ou couplés à un modèle atmosphérique à l'échelle kilométrique couvrant toute la zone d'étude afin d'étudier l'évolution des couches limites océaniques et marines de la phase de préconditionnement jusqu'à la formation d'eau dense, (iii) le développement d'une paramétrisation de type flux de masse pour la convection océanique et l'amélioration des paramétrisations des flux air-mer et (iv) l'identification et la hiérarchisation des processus océan-atmosphère impliqués dans l'évolution des couches limites marine et océanique et la formation d'eau dense Le projet ASICS-MED s'inscrit dans le programme MISTRALS/HyMeX et bénéficie à ce titre d'une dynamique de collaboration et internationale forte. ASICS-MED, projet de recherche fondamentale en océanographie physique, aura des retombées importantes en termes d'océanographie opérationnelle et d'avancées dans la compréhension et la prévisibilité de la variabilité interannuelle et décennale du système climatique méditerranéen dans le contexte du changement climatique.

L’augmentation récente du taux de CO2 atmosphérique pousse le climat vers des conditions qui n’ont plus existé depuis des millions d’années. L’impact du réchauffement actuel sur l’océan rappelle le modèle proposé pour le développement d’événements anoxiques d’étendue globale (OAE). Ces événements brefs et extrêmes se sont produits dans un contexte de climat à fort effet de serre. Ils sont associés à des crises majeures des organismes calcifiants, à des périodes d’acidification des eaux, et se caractérisent par un enfouissement accru de carbone organique dans les sédiments provoquant des perturbations majeures du cycle du carbone, central dans l’évolution du climat. Ces événements sont généralement associés à un réchauffement abrupt par (1) une accélération du cycle hydrologique et de l’altération continentale, augmentant les apports de nutriments et la productivité primaire, et (2) un ralentissement de la circulation océanique, favorisant l’anoxie dans les eaux profondes et la préservation de la matière organique. Pourtant des réchauffements se sont produits après le milieu du Crétacé, à la fin du Maastrichtien (~65 Ma) ou à la limite Paleocène-Eocène (~55 Ma), qui n’ont pas abouti à un OAE. Dans ce projet nous proposons d’étudier le rôle de la configuration continentale, à travers son impact sur la circulation océanique et l’altération continentale, sur les seuils de déclenchement de ces OAEs. Nous nous focalisons sur une période-clef, le Crétacé supérieur, qui comprend la dernière occurrence d’une anoxie d’étendue mondiale dans les eaux profondes et la transition vers une configuration continentale plus proche de l’actuelle. La structure de la circulation océanique et son évolution durant le Crétacé reste débattue, du fait de la couverture spatiale et temporelle insuffisante de données isotopiques du néodyme (eNd), un traceur de la circulation océanique. Nous projetons de reconstruire l’évolution de l’eNd durant le Crétacé supérieur à la fois des masses d’eaux profondes dans les secteurs Atlantiques et Indiens de l’Océan Austral, fournissant un lien entre les sites déjà publiés, et des eaux superficielles dans les sites potentiels de formation d’eaux profondes. Les changements océanographiques identifiés seront confrontés à l’évolution de traceurs de conditions d’oxygénation de l’eau (obtenue à travers une compilation et de nouvelles données): spéciation du fer et corrélation entre les facteurs d’enrichissement des concentrations de Mo et de U. Des simulations à l’aide du modèle de circulation générale FOAM couplé au modèle géochimique GEOCLIM-reloaded seront réalisées avec différentes profondeurs et largeurs de passages marins et différents taux de CO2 pour discuter l’origine des changements de circulation océanique et de l’oxygénation des différents bassins. Nous établirons alors la distribution latitudinale des conditions d’humidité/aridité à partir des assemblages de minéraux argileux (en utilisant des données publiées et acquises ici) pour le milieu et la fin du Crétacé. Les changements dans les taux d’altération chimique seront aussi explorés à l’aide d’un nouveau traceur, le couplage des systèmes isotopiques Hf, Pb, et Nd, permettant de tracer à la fois l’évolution de l’altération continentale et la provenance des sources. De légers changements de paléogéographie et de taux de CO2 seront utilisés pour obtenir des simulations de FOAM couplé à GEOCLIM-reloaded en accord avec les données (de circulation océanique, d’altération continentale, et d’oxygénation) pour le milieu (hors OAE) et la fin du Crétacé. Une fois la situation correctement reproduite pour les deux périodes, un réchauffement de différente ampleur (avec différents taux de CO2 dans les modèles) sera simulé. La réponse de l’océan en terme de taux de renouvellement océanique et d’oxygénation sera alors déterminée pour explorer la sensibilité du système océan-climat à développer de l’anoxie dans différents contextes paléogéographiques et paléoclimatiques.

Le project “Géométrie des failles en décrochement soumises à des cycles sismiques successifs” (GeosSMEC) vise à mieux comprendre quels sont les paramètres qui contrôlent la géométrie des failles décrochantes, depuis leur initiation jusqu’aux échelles de temps qui impliquent de nombreux cycles sismiques successifs. Un point central de GeoSMEC est de faire interagir la communauté sismotectonique, qui a une connaissance approfondie des observations de terrain (ruptures sismiques, géométrie des failles), les modélisateurs numériciens, qui ont une maitrise des outils permettant l’étude des failles à plusieurs échelles de temps, et la communauté des mécaniciens de la fracture, qui mène à la fois des approches théoriques, expérimentales et numériques sur la propagation de cracks et de rupture sismiques. Un objectif important de ce projet est de constituer un jeu de données d’observations de terrain, détaillées, sur la géométrie de grandes ruptures associées à des séismes en décrochement. On établira aussi la distribution de glissement associée ainsi que le temps de retour. Les grands séismes n’étant pas fréquents, un enjeu de GeoSMEC est de réussir à documenter de façon précise des ruptures anciennes. Ce jeu de données viendra compléter les quelques données déjà existantes, et servira de donnée d’entrée pour un ensemble de modélisations numériques sur la nucléation des failles, et la stabilité de leur géométrie à différentes échelles de temps et d’espace. La majeure partie des données existantes aujourd’hui n’ont pas la résolution nécessaire pour mener ce genre d’approche et notre premier objectif sera donc de produire des données pour 2 à 3 grands séismes en décrochement (magnitude > 7). Pour cela nous utiliserons les nouvelles possibilités offertes par l’imagerie satellitaire optique à très haute résolution (pixel sub-metrique) pour revisiter des séismes passés, notre étude pilote ayant montré que si les conditions climatiques sont favorables, les traces d’un séisme peuvent se conserver pendant plusieurs dizaines de milliers d’années. Ce travail de cartographie s’accompagnera de missions de terrain visant à vérifier et compléter les observations, et aussi à ouvrir des tranchées paléosismologiques sur les failles étudiées pour ajouter une composante temporelle. Ces données seront utiliser comme point de départ pour différentes modélisations. D’une part nous allons regarder la genèse des failles à partir d’approches couplant études théoriques et expériences en laboratoire, ainsi qu’expériences numériques de type éléments discrets (DEM). In fine, il s’agit de voir si la phase de nucléation des failles laisse une empreinte qui conditionne la géométrie de la faille lors de son développement postérieur. Un certains nombres de lois d’échelles simples reliant la géométrie des failles aux propriétés géométriques du milieu seront aussi testées dans cette phase. Quantifier l’impact d’une rupture sismique sur l’évolution de la géométrie de cette faille au travers de l’endommagement est un autre objectif. Lors d’une rupture sismique, les données d’observation montrent que la déformation n’est pas toujours localisée au même degré partout et suggèrent une possible évolution temporelle de la géométrie. Un des objectifs de GeoSMEC est de quantifier numériquement ces effets en utilisant des méthodes numériques type BIEM et SEM. La difficulté sera d'intégrer l’aspect multi-échelle temporel entre le temps de la rupture et le temps, plus long, de la répétition des séismes. Enfin, une approche à plus grande échelle sera menée à partir de modélisations cinématiques pour regarder la stabilité de la géométrie des systèmes de failles au cours du temps en fonction des conditions aux limites. Notamment nous souhaitons quantifier la part des déformations localisées et distribuées quand l’orientation des failles n’est pas optimale par rapport aux conditions aux limites car cela a un impact direct sur le budget total de déformation qui peut être mesuré sur le terrain.

Ce projet a pour objet l’exploration de la chimie des a-aminoendoperoxydes. Cette classe de molécules réactives est dotée d’un potentiel élevé pour le développement de méthodes innovantes et puissantes en synthèse organique, avec des applications à la préparation de systèmes polycycliques azotés complexes. Leur réactivité a été fort peu étudiée jusqu’à présent et reste essentiellement inexplorée. Notre proposition s’appuie sur l’expertise scientifique des trois partenaires, dont les compétences seront employées de manière synergique. Au delà de la synthèse d’aminocyclopropanes par la réaction de Kulinkovich-de Meijere, que nous connaissons bien, et de la méthode d’oxydation électrochimique que nous avons mise au point récemment, nous nous proposons de consacrer de nombreux efforts à de nouveaux aspects particulièrement ambitieux de cette chimie : l’amélioration et l’extension de la réaction de Kulinkovich-de Meijere grâce à l’apport de l’électrochimie, la généralisation de l’oxydation contrôlée des cyclopropylamines à d’autres types de cyclopropanes de faible potentiel d’ionisation, ou encore la mise au point de méthodes de substitution faisant appel à des processus photocatalytiques, encore plus aptes à remplir les attentes correspondant à une perspective de développement durable. Nous synthétiserons ainsi de nombreuses nouvelles molécules de structure proche de celle de produits naturels ou rappelant celle de médicaments. Leurs activités biologiques seront systématiquement évaluées.

Des milliards d’années de photosynthèse ont conduit à une atmosphère riche en oxygène, au sein de laquelle l’évolution de la chaîne respiratoire et de la vie aérobie sont devenues possibles. Ces événements ont permis l’apparition de formes de vie dites "supérieures". L’utilisation de l’oxygène comme accepteur d’électrons conduit cependant à la formation concomitante d’espèces de l’oxygène partiellement réduites hautement réactives, telles que le peroxyde d’hydrogène, l’anion superoxyde, et le radical hydroxyle. Ces espèces, que l’on nomme Formes Réactives de l’Oxygène (FRO), induisent des lésions oxydatives au sein des macromolécules biologiques, conduisant à terme à (i) la mort ou à (ii) la perte apparente de la capacité à croître sur boite de Pétri pour les bactéries. Paradoxalement, les FRO, et plus spécialement H2O2, possèdent également des propriétés de signal biologique. Afin d’élucider le rôle biologique des FRO ainsi que leur impact toxicologique, il est nécessaire de pouvoir apprécier leur abondance au sein d’une cellule ainsi que de ses compartiments. Ce projet fondamental vise à développer une nouvelle collection intégrée de sondes moléculaires (boîte à outils) pour l’étude par imagerie in vivo (microscopie à épifluorescence) au niveau de la cellule unique de la présence de FRO. Cette tâche impliquera le design, la synthèse, la caractérisation et la validation de nouvelles sondes sensibles aux FRO. En ce qui concerne les objectifs biologiques, nous ciblons une meilleure compréhension de la façon dont chaque bactérie fait face au stress oxydant induit par la procédure de dénombrement sur boite de Pétri, et comment cette réponse affecte son devenir au cours de la croissance sur boite de Pétri. Pour ce faire, nous utiliserons les bactéries Escherichia coli et Legionella pneumophila comme organismes modèles pour l’étude des mécanismes de base sous-jacents à l’apparente perte de capacité, chez des bactéries viables, à former des colonies sur boite de Pétri. Nous pensons de plus que les outils et stratégies que nous développerons pourront trouver des applications dans d’autres domaines de recherche biologique, pour lesquels l’utilisation de sondes fluorescentes spécifiques de FRO pourrait s’avérer utile. Plusieurs équipes de biologie (en France et à l’étranger) ont d’ailleurs déjà contacté le partenaire 3, dans le but de pouvoir utiliser ces futures sondes fluorescentes. Une fois convenablement protégés (brevets), ces nouveaux outils moléculaires seront mis à la disposition de la communauté scientifique par la publication des résultats, ainsi que par la commercialisation si celle-ci semble intéressante. Une recherche dans PubMed (mots clefs : (hydrogen peroxide or superoxide) and fluorescent probe) montre que plus de 2000 publications sont référencées, avec une croissance clairement exponentielle du nombre de publications au cours des 5 dernières années, montrant un intérêt évident pour ce domaine. De plus, plusieurs compagnies (Molecular probes, Sigma Aldrich, Invitrogen, Cayman…) commercialisent des sondes fluorescentes pour détecter les FRO, indiquant également un évident intérêt économique. Pour toutes ces raisons, nous pensons que notre projet arrive au moment opportun et présente un intérêt majeur.

Ce projet, regroupant quatre équipes françaises complémentaires et reconnues dans leurs domaines respectifs (Brest : Partenaire 1, Nancy : Partenaire 2 ; Bordeaux : Partenaire 3 et Versailles : Partenaire 4), s’inscrit dans le domaine de l’électronique moléculaire, et plus particulièrement dans le domaine de la bistabilité moléculaire qui est considérée comme la base principale pour la prochaine génération des dispositifs de stockage de l'information. La bistabilité moléculaire résulte d'une transition magnétique accompagnée d’une boucle d’hystérésis et suscite encore aujourd’hui de nombreux travaux de la part de la communauté scientifique. L’objectif est d’élaborer des matériaux moléculaires pour lesquels les caractéristiques magnétiques et photo-induites seraient parfaitement maitrisées. Parmi les composés les plus étudiés, les complexes à transition de spin apparaissent très prometteurs. Cependant, des questions restent ouvertes avant d’envisager leur utilisation pour des applications potentielles ; elles concernent notamment : 1 - l’optimisation des caractéristiques de la transition de spin comme la coopérativité et la largeur des hystérésis ; 2 - l’allongement de la durée de vie des états Haut Spin (HS) métastables photo-induits ; 3 - la combinaison synergétique, dans le même matériau moléculaire, de la transition de spin et d’une seconde propriété telle que l’interaction ou l’ordre magnétique. A ce jour, de nombreux matériaux moléculaires à transition de spin ont été synthétisés et décrits dans la littérature, mais l'impact des ligands anioniques connectant les centres métalliques actifs, sur les propriétés de commutation n’a jamais été étudié. Effectivement, l’utilisation de ligands anioniques pontants a révélé une stratégie attractive conduisant à des matériaux à structures polymériques neutres, sans contre-ions avec des comportements magnétiques particulièrement originaux. En s’appuyant sur les compétences complémentaires des quatre partenaires, l’objectif principal ce projet concerne la conception d’une nouvelle génération de matériaux moléculaires à transition de spin dont l’étude permettra de répondre aux questions posées précédemment (1-3). Dans ce contexte, le travail proposé dans ce projet sera réalisé en quatre étapes qui vont s’articuler autour des objectifs principaux énumérés ci-dessus (1-3) : synthèses et caractérisations de ligands et de co-ligands appropriés. De nouveaux ligands anioniques et co-ligands neutres judicieusement imaginés seront synthétisés (étape 1) ; conception et synthèses de nouveaux matériaux polymériques à transition de spin, utilisant les ligands préalablement élaborés dans l'étape 1 (étape 2) ; propriétés magnétiques, corrélations structure-propriétés et optimisation de la photo-commutation ; la maîtrise de la dimension de ces matériaux permettra l’optimisation des caractéristiques de transition de spin (objectif 1) ; l’augmentation et le contrôle de la contrainte autour du cation métallique permettront l’allongement de la durée de vie des états HS photo-induits (objectif 2) (étape 3) ; modélisation des propriétés physiques et chimiques des matériaux synthétisés, comme l'impact de la rigidité des ligands sur les paramètres thermodynamiques (étape 4).

Le projet GOLD-RRAM se propose de développer une nouvelle famille de complexes dithiolène d'or, dans un effort multidisciplinaire entre trois groupes, à Rennes (chimie de coordination, conducteurs moléculaires), Orsay (physique de la matière condensée, électrons fortement corrélés) et Nantes (science des matériaux, commutation résistive), en vue d'applications de ces conducteurs moléculaires originaux pour le stockage de l'information. Ces complexes de coordination sont formés de deux ligands 1,2-dithiolate autour d'un centre métallique Au(III), conduisant à la formation d'un complexe plan-carré mono-anionique [Au(dithiolene)2]1–. Le caractère non-innocent des ligands permet une oxydation réversible du complexe en radical neutre [Au(dithiolene)2]•, dont l'association à l'état solide en empilements réguliers donne accès à des conducteurs paramagnétiques, dits single-component, car sans contre-ion. De part leur nature radicalaire, ces complexes se comportent comme des isolants de Mott, à la différence des conducteurs organiques classiques à valence mixte. Nous avons montré sur un exemple original développé à Rennes, [Au(Et-thiazdt)2]•, qu'une transition Isolant-Métal était accessible sous pression externe (Orsay), suggérant que cette structure est particulièrement sensible à des contraintes extérieures comme des effets de pression chimiques ou de dopage, ou d'autres stimuli comme de forts pulses de courant. Ce type de matériaux peut subir alors une commutation résistive entre deux états, un état initial isolant de forte résistance (état '0') et un état métallique fortement conducteur (état '1'), une propriété remarquable et valorisable dans des mémoires électroniques de type RRAM (Resistive Random Access Memory). Ces complexes radicalaires neutres caractérisés par de fortes corrélations électroniques seront étudiés dans le cadre de ce projet selon deux voies: (1) la stabilisation de l'état métallique dans les conditions ambiantes, soit par des effets de pression chimique par substitution d'atomes (O vs. S vs. Se vs. Te), soit par dopage avec un complexe de nickel équivalent, isostérique mais diamagnétique, soit par dopage de surface dans des dispositifs de transistors à effet de champ (FET); (2) l'étude de la transition résistive sous pulses électriques afin d'évaluer ces composés comme constituants de mémoires RRAM, une possibilité très originale de ces complexes radicalaires neutres, rendue possible de part leur caractère "single component conductor".

Le projet IDEA-MAT “Diffusion et échange ionique pour le design de matériaux avancés pour l'énergie” a pour objectif de guider la recherche de nouveaux conducteurs mixtes ioniques et électroniques avec des propriétés de transport accrues, utilisés dans les Cellules à Oxydes Solides (SOC) pour la production d’énergie plus propres et durable. Alors que la recherche de nouveaux matériaux est souvent empirique, nous nous envisgeons ici de combiner et développer plusieurs techniques expérimentales et de modélisation afin d’identifier les paramètres clefs pour l’élaboration de matériaux plus performants. La plupart des appels à projet sur les SOC concerne l’élaboration de systèmes et leur durabilité. Ici, nous proposons une approche fondamentale qui pourrait avoir un impact considérable pour l’application visée et pour la communauté scientifique sur l’application. En combinant et développant des techniques de diffusion ionique, de diffraction et diffusion totale des neutrons avec la simulation, notre objectif est d’identifier les paramètres clefs qui gouvernent la diffusion des ions oxyde et celle des protons dans le but de proposer des stratégies pour le design de nouveaux matériaux d’électrode avec des propriétés accrues. En parallèle au développement d’outils de caractérisation robustes pour la détermination des paramètres de transport dans des matériaux d’électrode, de nouvelles compositions de structures lamellaires seront explorées avec un accent particulier mis sur la diffusion des protons, un sujet qui n’est que très rarement étudié. Le projet est nouveau et repose sur un consortium unique aux compétences complémentaires.- Partenaire 1 – UCCS (Unité de Catalyse et de Chimie du Solide, Lille, axe « Chimie du Solide », équipe « Matériaux Oxyde pour l’Energie ») : coordination du projet, échange d’oxygène avec 18O et H218O, analyse de l’extrême surface d’oxyde par LEIS, Low Energy Ion Scattering, élaboration de films minces, diffraction des rayons X in situ sous atmosphère contrôlée ; - Partenaire 2 – SCR (Sciences Chimiques de Rennes, équipe “Chimie du Solide et Matériaux”) : synthèse d’oxydes, diffraction des neutrons sous atmosphère contrôlée à haute température et utilisation de la Méthode du Maximum d’Entropie et de la PDF pour l’identification de chemins de diffusion des ions oxyde et éventuellement des protons ;- Partenaire 3 – SPMS (Laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des Solides, Ecole Centrale Paris) : détermination de la stœchiométrie en oxygène, relaxation de la conductivité électrique, détermination des mécanismes de diffusion par dynamique moléculaire ;- Partenaire 4 – CEA (Service de Physique de la Matière Condensée, CEA-DAM-IdF) : calcul ab-initio de la diffusion et de l’échange en surface de l’oxygène et de l’hydrogène. La combinaison de techniques telles que l’échange isotopique (UCCS), la relaxation (SPMS), l’analyse précise de la surface (UCCS) et du cœur du matériau (SCR), et la modélisation (SPMS/CEA) permettra la description du transport de l’oxygène de l’échelle macroscopique à l’échelle atomique. Dans la mesure où la technologie des piles à combustible de type PCFC (Proton Ceramic Fuel Cell) apparaît comme très prometteuse, l’application de ces techniques sera étendue à la caractérisation de la diffusion protonique dans des cathodes de PCFC. L’étude portera sur des oxydes de structure lamellaire qui s’avèrent prometteurs du fait que la double fonctionnalité électronique/ionique peut être contrôlée par la composition des couches. 3 types de composés seront étudiés : 1) Ca3Co4O9 mis en évidence comme un matériau de cathode prometteur à l’UCCS, 2) des cobaltites de structure double perovskite et de formulation Re2-xSrxCoO4+d, prometteuses comme matériaux de cathode pour PCFC dans lesquelles la diffusion des protons a été très peu étudiée, 3) des manganites de structure Ruddlesden-Popper (RP) (Ln,Sr)n+1(Mn1-xCr)nO3n+1-d (n = 1, 2) substituées au chrome, comme anodes innovantes de SOFC.

L'hétéroépitaxie du diamant est un défi majeur pour les applications technologiques. A ce jour, des résultats prometteurs ont été obtenus sur des substrats d'iridium avec des désorientations inférieures au degré. Ce matériau en hétéroépitaxie commence à être utilisé pour des applications de détecteurs. Les premiers résultats soulignent la nécessité d'améliorer la qualité cristalline. Pour cela, il est nécessaire de mieux comprendre les mécanismes favorisant l'épitaxie du diamant sur l'iridium. L'objectif du projet HIRIS est de synthétiser des films de diamant hétéroépitaxiés de très haute qualité cristalline sur des substrats d'iridium déposé sur SrTiO3 (001) et de les utiliser comme dosimètres pour la radiothérapie. Le consortium du projet HIRIS regroupe trois équipes françaises leaders dans la communauté scientifique du diamant (CEA LIST, GEMaC, LSPM) possédant des expertises complémentaires. Le groupe de l'INL apporte sa maîtrise de la croissance de substrats SrTiO3 / Si(001). Ainsi, ce consortium est capable de contrôler chaque étape: la préparation des substrats, la nucléation et la croissance du diamant en hétéroépitaxie et le montage et les tests des dosimètres. Le projet HIRIS qui sera coordonné par le CEA LIST propose une approche innovante. En effet, aucun autre projet en cours ne vise cette application. Plusieurs types de substrats SrTiO3 / Si (001) seront préparés à l'INL. Le plus adapté sera sélectionné à mi-projet. Après dépôt d'une couche buffer d'iridium, des templates de diamant en hétéroépitaxie seront élaborés par le CEA LIST par la technique de nucléation assistée par polarisation. L'appareillage utilisé permettra de caractériser finement par analyse de surface les mécanismes liés à la nucléation en épitaxie. Le LSPM réalisera alors la croissance de films de diamant épais de haute qualité cristalline et de haute pureté chimique. La structure cristalline, la composition chimique des films auto-supportés de 300 microns d'épaisseur seront alors caractérisées par le GEMaC. Les deux meilleurs échantillons seront finalement testés comme dosimètres (5 x 5 mm2) dans la troisième année du projet HIRIS. L'hétéroépitaxie sur de plus grands substrats (20 x 20 mm2) sera également développée afin de fournir des lots d'échantillons reproductibles. Les résultats obtenus par le consortium seront publiés dans des revues à comité de lecture et présentés dans des conférences internationales. Un accord de consortium sera rédigé pour la protection de la propriété intellectuelle.

Durant les dernières décennies, une stratégie pour l'amélioration des matériaux de structure multifonctionnels (MSMF) a consisté à accroître la complexité et réduire la taille de leur microstructure. Le projet METAFORES se concentre sur une classe de MSMF, les métaux nanostructurés cuivre/niobium (Cu/Nb) à haute résistance mécanique et haute conductivité électrique dont le choix est motivé par leur application dans les aimants à haut champ. Les participants LNCMI et Pprime ont montré comment leurs mécanismes de déformation sont modifiés par la réduction de la taille des grains et la modification de la géométrie. Cependant, l'origine de cette observation n'est pas claire ; seules des techniques expérimentales avancées couplées à des outils de simulation peuvent aider à comprendre le rôle exact de l'architecture (par rapport à l’effet de taille) dans la réponse mécanique macroscopique. Le projet s'appuie ainsi sur trois axes: 1) la caractérisation expérimentale des microstructures, 2) la modélisation micromécanique et 3) la mesure des distributions de déformation élastique. Le premier axe vise à fournir des données précises et statistiquement pertinentes sur la géométrie des grains, la texture et les désorientations pour assurer une représentation réaliste de la microstructure dans les calculs par éléments finis et effectuer une modélisation micromécanique et électrique robustes (participants PIMM et MINES). Des corrélations et des lois d'échelle reliant contrainte, durcissement et densités de dislocations seront introduites dans les équations constitutives de plasticité cristalline utilisées dans le deuxième axe du projet. Toutefois, ces lois n’étant pas suffisantes pour décrire la dépendance en taille des champs de déformation plastique, des modèles sophistiqués de « continuum » sont nécessaires pour réaliser des calculs en champ complet et comparer avec les mesures du champ de déformation. Par conséquent, les méthodes d’homogénéisation récemment développées à MINES seront utilisées pour calculer les champs complets et la réponse effective des microstructures cristallines multiphasées, en incluant les modèles de plasticité cristalline dépendant de la taille. Cette nouvelle approche sera appliquée pour étudier les effets de microstructure et d'architecture. En parallèle, une approche moins coûteuse en temps sera développée: les méthodes d'homogénéisation en champ moyen, comme le schéma auto-cohérent, sont particulièrement bien adaptées aux polycristaux. Mais contrairement à une approche en champ complet, ce schéma considère une contrainte uniforme à l'intérieur des grains; cet inconvénient sera résolu en utilisant le modèle de Ponte-Castaneda et Willis où des caractéristiques microstructurales sont prises en compte (forme et agencement géométrique des grains). Cette seconde approche originale devrait permettre d'obtenir des informations supplémentaires sur l'effet de l'alignement des grains de Cu et Nb dans les nanocomposites. Le troisième axe traite des expériences in situ de déformation permettant de mesurer la distribution non uniforme des déformations à l'intérieur des composites lors du chargement mécanique. La diffraction permettant la mesure non destructive des déformations internes dans les différentes phases des nanocomposites, des mesures in situ sous chargement seront effectuées en utilisant une machine de traction montée sur le diffractomètre 6T1 à neutrons thermiques (participant LLB). Les figures de pole obtenues aideront à caractériser la réponse mécanique du Nb et des différentes échelles de Cu et ainsi comparer la distribution des déformations expérimentales aux simulations. Enfin, tous les résultats expérimentaux et de simulation seront combinés afin d'évaluer les rôles distincts de la microstructure et de l’architecture en vue de définir des critères de conception pour MSMF adaptés non seulement du point de vue du choix des matériaux mais aussi de leur géométrie (microstructure et forme).

Le projet ETHAER se situe à l'interface recherche amont/recherche industrielle. Il relève du domaine de l'Electronique de puissance et se situe dans le contexte applicatif de l'avion plus électrique sur lequel se focalisent de nombreuses recherches depuis 5 ans. Il a pour ambition de contribuer à la définition de convertisseurs de puissance électroniques pour les avions de future génération (2015-2025). Pour atteindre cet objectif global, le projet se focalise sur une fonction électrique particulière très contraignante, l'interconnexion réversible et isolée entre les réseaux de bord 28V et +/-270V, ces derniers étant d'ores et déjà définis. Il contient donc un important volet expérimental et technologique qui doit déboucher sur la réalisation de démonstrateurs. Mais il va plus loin, en visant la synthèse de méthodes de conception/optimisation, la construction d'outils associés et la définition de technologies d'intégration susceptibles d'être exploitées dans les autres fonctions de conversion électriques qui vont se multiplier dans les aéronefs.

Depuis une vingtaine d’années, les diodes lasers de puissance s'imposent pour le pompage des lasers à solide. Cependant, malgré leurs très bonnes performances en terme d'efficacité et de densité de puissance, ces diodes laser sont responsables du coût élevé des lasers à solides. Développées principalement dans l'infrarouge proche, elles ont, de plus, laissé sur le bord de la route certains lasers dont les sources de pompage doivent être dans le bleu ou dans le vert : les lasers organiques (pourtant les seuls à couvrir continûment toute la gamme du visible) et les lasers à saphir dopé au titane (accordables sur une très large plage de fréquence dans l'infrarouge proche et capables de générer les impulsions les plus courtes jamais produites par un oscillateur). Ces lasers sont actuellement pompés par des sources complexes et coûteuses (lasers solides doublés en fréquence). Une solution simple pour résoudre ce problème serait de parvenir à pomper les lasers à solide avec des Diodes ElectroLuminescentes (DEL), très peu chères et en plein essor. Cependant, avec une densité de puissance 3 à 4 ordres de grandeur plus faible que les diodes laser, le pompage par LED semblait jusqu'à aujourd'hui quasi-impossible, surtout pour des lasers à large bande spectrale dont les propriétés spectroscopiques sont bien plus médiocres que les lasers classiques (tels que le Nd:YAG, par exemple). Mais la donne est en train de changer : le colossal marché de l'éclairage tire les performances des LEDs vers le haut de façon spectaculaire et leur coût massivement vers le bas: ainsi, le prix du watt optique fourni par une LED est seulement de quelques euros alors qu'il est 100 à 1000 fois plus élevé pour une diode laser. Le pompage par LED reste un challenge scientifique de taille, mais il n'est plus insurmontable, surtout quand on considère les solutions qui sont proposées dans ce projet EDELVEIS (Excitation par Diodes Electroluminescentes de Lasers accordables dans le Visible Et les InfrarougeS). En utilisant des systèmes de pompage non imageants innovants et un fonctionnement des LEDs en régime impulsionnel (dont le potentiel a été très peu exploré), ce projet montre qu'il est possible de passer largement le seuil d'oscillation pour les lasers organiques et pour les lasers à saphir dopé au titane. L'objectif du projet EDELVEIS est de développer, en quatre ans, des lasers solides pompées par LED : oscillateurs accordables dans le visible (lasers organiques) et modules amplificateurs d'impulsions femtosecondes (saphir dopé au titane). Les lasers seront impulsionnels avec des cadences inférieures au kHz. Le projet EDELVEIS propose avec ce travail de recherche un véritable changement de paradigme en réalisant de nouveaux lasers à solide simples et compacts à des coûts 2 à 3 ordres de grandeur plus faibles que les lasers actuels. Deux laboratoires spécialistes des lasers organiques (Laboratoire de Physique des Lasers, LPL, Université Paris 13) et des lasers solides (Laboratoire Charles Fabry, LCF, Institut d’Optique) ainsi qu'une jeune société experte dans les systèmes d'éclairage à LEDs (EFFILUX) ont décidé d'associer leurs compétences pour cette opportunité de recherche qu'il faut saisir dès maintenant. En plus de retombées scientifiques évidentes (brevets et publications majeures, voire même première mondiale dans le cas du saphir dopé au titane pompé par LED), le projet a clairement un potentiel économique important. Les applications des lasers accordables dans le visible et des lasers femtosecondes concernent aussi bien le domaine de l'instrumentation scientifique et de la mesure que le domaine médical ou celui du traitement des matériaux. La stratégie d'EFFILUX est de faire du projet EDELVEIS une base pour le développement de ses activités. Grâce à lui, elle pourrait bénéficier d'une position de leader dans le domaine du pompage par LED et des lasers accordables dans le visible et le proche infrarouge et de modules amplificateurs pour chaine laser femtoseconde.

Isolation sous vide est appliquée dans des appareils à haute tension tels que des disjoncteurs de puissance et les condensateurs à faible perte. La tenue en tension la plus élevée doit être attendu dans le vide, en absence des porteurs de charge dans l'espace inter-électrode. Le vide apparaît ainsi comme une alternative efficace aux isolateurs de gaz tels que l'hexafluorure de soufre (SF6), les hydrocarbures perfluorés (CF4, C2F6) qui présentent l'inconvénient d'être des gaz à effet de serre. Mais les électrons émis par la cathode traversent directement l'écart entre les électrodes sans aucun phénomène de collision, et pré-claquage est fréquemment observé, ainsi limitant l'utilisation du vide pour des disjoncteurs de puissance. Une autre application est en fusion contrôlée. Faisceaux d’atomes D° à haute énergie (1MeV pour ITER) sont utilisés pour amorcer les réactions de fusion dans les plasmas des futurs Tokamaks. Ces Injecteurs de Neutres accélèrent d’ions négatifs D- au sein d’un accélérateur électrostatique qui est entièrement suspendu sous vide; puis les ions accélérés sont neutralisés. Les électrodes de l’accélérateur sont connectées à des alimentations haute tension de puissance sous atmosphère de SF6 via un passage isolant (Bushing) assurant la transition entre le vide de l’injecteur et la partie sous SF6. Les expériences faites à l’IRFM sur le banc MV (1MV, 100mA) ont montré que la tenue en tension est limitée par l’apparence des claquages si deux électrodes se sont rapprochées trop près. La tenue en tension suit une loi racine de leur distance si les distances sont supérieures à 1 cm. Cette loi indique un échange entre les électrodes par microparticules qui provoquent un claquage à cause de leur évaporation sur l’électrode opposée. Aussi, il y a une limitation des performances par l’apparition d’un courant électronique important (100mA à 400kV) résultant du processus d’émission par effet de champ suivant la loi de Fowler-Nordheim. Cette émission parasite peut être réduite, voire supprimée, par la présence de gaz dans l’enceinte. Cette propriété très bénéfique semble résulter d’une augmentation du travail de sortie du métal avec le gaz, laissant suggérer un processus sous-jacent d’adsorption induite par le champ électrique intense. Ce processus de physisorption permettrait un collage des atomes au voisinage des micro-pointes émissives, conduisant à la fois à une réduction de la surface émissive et une augmentation du travail de sortie. Ce projet de recherche vise à étudier ce processus d’adsorption induite par champ électrique en conjuguant à la fois de travaux théorique et modélisation à des expériences petites et grandes échelles au sein de plusieurs laboratoires. L’objectif étant de trouver des conditions physiques favorisant l’augmentation du travail de sortie des surfaces pour une augmentation des performances de tenue HT sous vide sous champ intense entre grandes surfaces d’électrodes. Ce projet ANR adresse une recherche spécifique sur l’aspect tenue HT sous vide, il se décline suivant 5 thématiques complémentaires au sein de 4 laboratoires différents: - Etudes fondamentales et modélisation du processus d’adsorption induite sous champ électrique intense (LCAR Toulouse). - Simulation d’émission électronique d’une surface réaliste et de micro-ionisation au niveau des micro-pointes (LPGP Paris). - Etude du processus d’émission électronique et adsorption induite par effet de champ avec paramètres ajustables (gaz, conditionnement des matériaux et formation des électrodes, intensité champ électrique, pression, distance entre électrodes; validation des modélisations (Supelec Paris). - Etude de la tenue HT sous vide utilisant des différents matériaux et traitements de surface pour éliminer les micro particules et micro pointes. Mise en application des travaux fondamentaux à échelle 1 ; IRFM, CEA Cadarache. - Construction et test d’un prototype de « bushing » compact, utilisant les connaissances acquises ; IRFM.

L’instabilité dynamique de rupture qui concerne ce projet est une instabilité dite de stick-slip correspondant à la croissance saccadée d’une fissure. Les instabilités de stick-slip sont observées dans de nombreux systèmes, notamment dans les caoutchoucs hétérogènes utilisés dans l’industrie du pneu ainsi que lors du pelage à grande vitesse d’adhésifs dans les procédés industriels d’étiquetage automatisé, le collage de pièces automobiles ou encore la pose de ruban d’étanchéité pour des applications électroniques. Globalement, les gênes occasionnées par le stick-slip dans les bandes adhésives réduisent la productivité industrielle et limitent le développement de nouvelles solutions techniques. Du point de vue de la science fondamentale, la dépendance non monotone de l’énergie de rupture avec la vitesse de la fissure, responsable du déclenchement de l’instabilité de stick-slip, demeure difficile à comprendre quantitativement. Cette difficulté provient de l’interaction complexe entre la géométrie de rupture, la réponse mécanique non linéaire des matériaux sollicités à de grandes déformations et la présence d’hétérogénéités, issues de la microstructure du matériau ou bien induites par le mécanisme de rupture. De plus, les divers paramètres physiques qui ont un effet sur l’instabilité de stick-slip ont très rarement été corrélés aux caractéristiques de la dynamique de stick-slip (vitesses, durées et amplitudes de stick et de slip). Le projet StickSlip développera et/ou utilisera des outils expérimentaux nouveaux et conçus sur mesure afin de résoudre temporellement et spatialement le mouvement du front de fissure pendant un cycle de stick-slip dans deux situations : (i) la rupture d’un adhésif à l’interface entre un film support et un substrat ; (ii) la rupture en volume d’un élastomère. Les expériences que nous proposons donneront un nouvel éclairage sur les instabilités de stick-slip en rupture. La mesure des caractéristiques détaillées du mouvement de stick-slip nous permettra d’identifier les paramètres clés contrôlant l’instabilité (géométrie, rhéologie de l’adhésif ou de l’élastomère). Les expériences proposées permettront également de tester de nouvelles idées concernant l’effet d’hétérogénéités interfaciales ou en volume sur le stick-slip. Le mouvement collectif intermittent qui se produit lors d’un stick-slip adhésif pourrait être perturbé par la présence d’hétérogénéités. Un objectif majeur du projet est de comprendre si les hétérogénéités peuvent, dans certaines conditions, faire disparaître l’instabilité de stick-slip à l’échelle macroscopique en détruisant les corrélations à grande échelle, et en confinant la dynamique de stick-slip à des petites échelles moins dommageables pour les applications industrielles. Etre capable de contrôler proprement les hétérogénéités est un enjeu important du projet. D’une part, les études que nous proposons sont importantes pour la science fondamentale puisqu’elles permettront d’approfondir notre compréhension de la dépendance en vitesse de l’énergie de rupture au voisinage de l’instabilité et même, de l’étendre au cas très peu exploré de matériaux présentant des hétérogénéités de surface ou de volume. Les comparaisons entre le pelage adhésif et la rupture d’élastomère nous permettront de valider la généralité de notre analyse. D’autre part, l’obtention de nouvelles solutions pour contrôler l’instabilité (contrôle de la géométrie, contrôle de la rhéologie du polymère, contrôle des hétérogénéités) pourraient permettre des avancées significatives dans les applications industrielles. Dans ce cadre, le soutien technique offert par Bluestar Silicones sera une valeur ajoutée importante pour le projet.

Les impulsions des quelques cycles optiques, la stabilisation de la phase de la porteuse, les impulsions ultra-courtes de très haute énergie sont des outils lasers indispensables à l’étude actuelle de la physique en champ fort. La découverte il y a 25 ans de la technique de « Chirped Pulse Amplification » (CPA) et l’invention du laser Ti:Saphir ont ouvert une voie vers l’augmentation progressive de l’intensité des impulsions autour de 800 nm. En revanche la puissance moyenne de ces systèmes est limitée à environ 20 W, fixant l’état de l’art actuel à une puissance crête d’1 TW pour un taux de répétition de 1 kHz. Le but du projet présenté est l’introduction d’une technologie de rupture basée sur l’ion Yb, permettant à la fois une forte augmentation de la puissance moyenne et de l’énergie de systèmes femtoseconde infrarouge. Bien que les matériaux dopés Yb soit bien adaptés à la montée en puissance (chaleur parasite réduite par rapport au Ti:Saphir), il n’existe actuellement aucun amplificateur Yb large bande capable de générer des impulsions supérieures à quelques mJ pour un taux de répétition de quelques kHz. Les problèmes actuellement limitant sont la faible brillance des diodes de pompage et les difficultés de dissipation de la chaleur dans le cristal laser. Dans ce projet, les partenaires apportent des compétences complémentaires qui se combinent parfaitement pour la résolution de l’ensemble de ces problèmes. Ce projet est basé sur le concept novateur de pompage optique haute brillance pour l'amplification dans des matériaux actifs long à base d’Yb. La mise en œuvre de ce projet repose sur le développement d’un laser de pompe à fibre à 976 nm de très forte puissance et brillance, de la réalisation de matériaux actifs long à base d'Yb et enfin des architectures lasers et amplificateurs adaptées. Le CIMAP est spécialisé dans la croissance de matériaux Yb. Le Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique (LCF) travaille depuis de nombreuses années sur les oscillateurs et amplificateurs femtoseconde pompés diodes notamment à base de cristaux et de fibres dopés à l’ytterbium. La startup locale ALS mettra ses compétences industrielles pour la réalisation de modules de pompe fibrées intégrées. Enfin le CELIA s’est spécialisé depuis plusieurs années dans le design de fibres actives novatrice (Rod-type fibers et plus récemment fibre de Bragg) et développe depuis sa création des systèmes lasers femtoseconde énergétiques à haute et ultra haute cadence. Le CELIA est aussi à l’origine du développement des lasers fibrés à 976 nm de très forte puissance et naturellement force de proposition du concept breveté de pompage haute brillance des matériaux Yb. Le travail collaboratif proposé dans ce projet contient plusieurs phases pendant lesquelles nous testerons différentes approches pour l’optimisation de l’extraction d’énergie dans le système. La source finale, avec une puissance moyenne de 100 W et une durée d’impulsion inférieure à 200 fs, produira des énergies dans la gamme de 1 à 20 mJ pour des cadences de 5 kHz à 100 kHz. Cette source unique, à la fois intense et de forte puissance moyenne, pourra être utilisée soit comme source directe pour la génération de trains d’impulsions attoseconde par génération d’harmoniques d’ordre élevé soit comme laser de pompe d’amplificateur paramétrique optique produisant des impulsions de quelques cycles à 2 µm ou dans le proche infrarouge afin de générer ensuite des impulsions attoseconde uniques. Bien que ce projet demande beaucoup d’innovation technique, notre but est le développement des solutions compactes et fiables pour des applications concrètes en physique des champs forts. Le système de 5-100 kHz sera parfaitement bien adapté à des expériences avancées d’imagerie en coïncidences (Coincidence Momentum Imaging) et des expériences pompe-sonde avec des impulsions XUV.

Le projet propose une collaboration entre l’Institut de Physique et Chimie des Matériaux à Strasbourg (F. Banhart, coordinateur), l’Institut Néel à Grenoble (J. Coraux), et le Laboratoire d’Etude des Microstructures (LEM) CNRS-ONERA à Paris-Châtillon (A. Loiseau). Il est consacré à l’exploration d’une nouvelle structure de carbone qui a été récemment découverte par l’un des partenaires. Il s’agit d’une nouvelle phase de carbone organisée en cellules dont la formation sur des substrats métalliques a été observée à l’IPCMS à Strasbourg grâce des observations in situ en microscopie électronique. La maille élémentaire de la structure est de nature tubulaire mais fait intervenir des liaisons hybrides sp2/sp3. La croissance de cette structure sur des surfaces catalytiques métalliques est en compétition avec celle du graphène et présente beaucoup de caractéristiques communes au graphène, comme par exemple, un ordre hexagonal semblable développé sur certains substrats métalliques et des types identiques de défauts structuraux. L’objectif du projet est de tirer parti de l’avance que les partenaires du projet ont, vis-à-vis d’autres groupes qui n’ont pas encore démarré de recherche sur ce sujet. Les connaissances sur cette phase en sont encore à leur tout début et sont de ce fait très limitées. A ce stade, il est nécessaire de mener des études approfondies de croissance et de caractérisation pour trouver les conditions appropriées à la croissance de cette phase, notamment à grande échelle, et d’étudier ses propriétés par différentes techniques de caractérisation. La nucléation, la croissance et la structure de cette phase seront étudiées à différentes échelles. Différentes expériences ainsi que la caractérisation seront menées depuis l’échelle microscopique jusqu’à l’échelle atomique par microscopie électronique en transmission à Strasbourg. L’échelle mésoscopique sera explorée en étudiant des substrats de taille centimétrique, grâce à l’accès privilégié de l’Institut Néel à un microscope électronique de basse énergie. Des expériences de croissance à l’échelle macroscopique et de caractérisation par diffraction in situ en rayonnement synchrotron seront menées à Grenoble. Les différentes expériences de croissance réalisées aussi bien à l’échelle microscopique que macroscopique seront couplées à des caractérisations chimiques et structurales par spectroscopie de pertes d’énergie d’électrons à Châtillon. Les structures seront modélisées à Grenoble à l'aide de calculs ab initio, qui permettront de déterminer les structures les plus stables, les propriétés des défauts et les propriétés électroniques.

Les Metal Organic Frameworks (MOF), issus de la famille des matériaux poreux organisés hybrides inorganique-organiques ont suscité un grand intérêt auprès de la communauté scientifique. Alors que les propriétés magnétiques ou de sorption et de libération de médicaments de ces matériaux sont très largement référencées, leurs propriétés mécaniques basiques n’ont pas reçu beaucoup d’intérêt. Cependant, comme plusieurs de leurs structures sont très flexibles, il peut être intéressant de les utiliser comme amortisseurs ou ressorts, ce qui serait une alternative aux matériaux siliciques hydrophobes étudiés dans de précédents travaux. Les MOFs sont des matériaux qui présentent l’avantage de pouvoir moduler de façon quasiment infinie leurs structures et leurs propriétés chimiques/physiques ce qui devrait conduire à la possibilité d’orienter les propriétés mécaniques également. Par conséquent l’objectif de ce projet fondamental est double : 1) Etudier les propriétés thermodynamiques et mécaniques sur une sélection de MOFs flexibles en vue d’établir i) le diagramme de phase volume poreux en fonction de la pression et de la température, ii) déterminer les énergies de transition entre les différentes phases et iii) caractériser le comportement structural sous des conditions allant jusqu’aux hautes températures et pression modérée et comparer avec les calculs théoriques. 2) Evaluer la possibilité d’utiliser ces matériaux pour le stockage mécanique d’énergie, comme amortisseurs ou comme ressorts. Ce projet interdisciplinaire qui comprend la synthèse de matériaux, la caractérisation de propriétés intéressantes et la modélisation est un défi qui sera relevé par une subtile combinaison d’outils expérimentaux performants et d’approches innovants de simulation moléculaire, et devrait amener une véritable ouverture dans ce domaine. Cela apportera également un éclairage microscopique aux mécanismes mis en jeu durant la transition de phase induite par des stimuli thermique ou mécanique.

L'objectif de notre projet est d'étudier la polarisation de spin d'agrégats moléculaires pour proposer des nanodispositifs d'électronique de spin fiables basés sur une compréhension fondamentale des propriétés de spin à l'interface ferromagnétique/molécule. Pour comprendre en détail la physique de tels dispositifs, nous allons procéder en deux étapes. D'une part, la réalisation, la caractérisation structurale et magnétique d'échantillons modèles ferromagnétiques/molécules. D'autre part, la mesure de transport polarisé en spin à l'échelle nanométrique par microscopie à effet tunnel polarisée en spin. Ce projet est fondamental avec l'objectif de comprendre le transport de spin à travers des nano-objets moléculaires. La polarisation de spin de couches moléculaires est un sujet émergent en spintronique qui nécessite un effort international pour converger vers une compréhension des phénomènes observés. Deux voies peuvent être explorées, selon la nature des molécules considérées, soit purement organiques, soit organo-métalliques. Dans le premier cas, la polarisation de spin vient principalement d'un couplage différent entre les orbitales moléculaires et les électrons de spin majoritaires et minoritaires du ferromagnétique. L'ingénierie de la polarisation de spin nécessite alors une compréhension profonde du couplage entre une molécule et un continuum d'états électroniques. Dans le deuxième cas, pour lequel une collaboration avec des chimistes est mise en oeuvre, l'idée est d'induire un état de spin dans la molécule via un ion métallique et de réaliser un couplage entre l'électrode magnétique et cet état de spin, incluant la physique de l'effet Kondo pour le transport à faible tension. La molécule modèle aujourd'hui la plus étudiée est l'Alq3. Nous avons donc décidé de commencer nos études pour cette partie sur les molécules Crq3 et Feq3, très similaires à Alq3 avec un état de spin localisé. Nous explorerons également des systèmes moléculaires qui peuvent changer d'état de spin sous l'action d'une excitation externe. Dans les deux cas, il est crucial de comprendre, à partir de l'étude de systèmes modèles, les mécanismes génériques qui permettront d'obtenir les polarisations de spin les plus importantes. Cela sera réalisé par une collaboration étroite entre expérimentateurs et théoriciens. Une partie importante du projet sera dédiée à l'étude théorique des systèmes ferromagnétiques/molécules. Des calculs combinant des techniques liaisons fortes et ab initio seront développés pour mieux comprendre le rôle des différents paramètres sur le transport de spin.

QDOTICS vise à la génération d'états quantiques de la lumière à partir de nanocristaux (NCs) originaux couplés à des structures plasmoniques. Le premier objectif est de concevoir des sources de photons uniques qui ne clignotent pas. Leurs performances en termes de taux de photons détectés (20%), de taux de polarisation (90%) et de cadence de fonctionnement (0,2 GHz) sont compatibles avec un dispositif de cryptographie quantique réaliste. Nous utiliserons des NCs de CdSe caractérisés par une épaisse coquille de CdS. Elle empêche la suppression de la fluorescence lorsque les NCs sont couplés à des structures plasmoniques. Cette partie du projet s'appuie également sur des structures métalliques aux modes de plasmons hybrides résultant du couplage fort entre des plasmons localisés et délocalisés. Dans le domaine de l'optique quantique, le couplage de NCs CdSe/CdS à des structures métalliques offre la possibilité de réaliser des états de la lumière complexes à la base de nombreux protocoles d'information quantique. En utilisant des plasmons hybrides localisés/délocalisés, nous chercherons à produire des photons à l'indiscernabilité suffisante pour observer l'effet de coalescence. Une originalité de QDOTICS est d'obtenir cet effet par des expériences résolues en temps. Une coalescence supérieure à 80% est attendue. Le dernier objectif est de générer des paires de photons intriqués en polarisation. Les NCs sont bien connus comme émetteurs de photons uniques : à cause de l'effet Auger, les états multiexcitoniques se recombinent non radiativement et seulement la dernière paire se désexcite en émettant un photon unique. Dans le cas de NCs CdSe/CdS avec les coquilles les plus épaisses, une délocalisation très importante des porteurs de charge conduit à une forte réduction de l'efficacité des processus Auger. Pour augmenter l’efficacité des cascades radiatives, nous utiliserons des guides DLSPPW (Dielectric-Loaded Surface Plasmon Polariton Waveguide) spécifiques. Notre objectif est d'obtenir une intrication violant les inégalités de Bell d'au moins 10%.

Apparue timidement à la fin des années 1990 dans la justice française, la visioconférence s’est considérablement développée, au point de faire l’objet d’une politique volontariste de généralisation. Depuis la seconde moitié des années 2000 en effet, le recours à la visioconférence pour tenir des audiences et des comparutions à distance est devenu une priorité ministérielle, notamment dans le cadre de la rationalisation des dépenses publiques. Ce projet vise à analyser cette politique de généralisation sous deux angles complémentaires. Une perspective socio-historique et comparative, où on analysera le développement de la visioconférence dans deux tribunaux comme des cas d’innovation organisationnelle articulant de manière originale centre et périphérie, circulations d’acteurs, de savoirs et de pratiques, prescriptions administratives et pratiques locales, et enfin rationalisation gestionnaire, logiques professionnelles et normes de la comparution « corps présent ». Une perspective plus interactionnelle ensuite, où nous analyserons de manière systématique différents phénomènes interactionnels relatifs aux comparutions à distance et prêtant à conséquence pour les participants, telles que les opportunités et les contraintes de participation pour l’intervenant distant, le travail de cadrage requis pour produire les audiences en tant qu’événement multimédia, ou encore les problèmes délicats que posent la combinaison de l’usage de la visioconférence et le recours à un interprète dans le cours de la même audience. Ce projet repose sur la possibilité exceptionnelle qui nous est offerte d’enregistrer certaines audiences et de constituer des corpus vidéo exploitables. Entretiens et observations sont en outre prévus, ainsi qu’un travail sur les archives.

Le comportement rénal du calcium est un déterminant majeur de la calciurie et de la concentration plasmatique de calcium. Ce phénomène est étroitement régulé par un grand nombre de facteurs, dont la concentration extracellulaire de calcium elle-même via son action sur le récepteur du calcium CaSR exprimé dans le tubule rénal. Nous avons montré que le récepteur du calcium CaSR n’est exprimé en quantité significative que dans la branche large ascendante de l’anse de Henle (corticale et médullaire) où il inhibe la réabsorption de calcium en diminuant la perméabilité de la voie paracellulaire à ce cation. Ces données remettent évidemment en cause les concepts antérieurs. De plus, nous avons montré que l’activation de CaSR n’affecte pas les excrétions de sodium, d’eau et da calcium, à l’inverse de ce que fait l’hypercalcémie ; ceci suggère que d’autres mécanismes de « calcium-sensing », n’impliquant pas CaSR, existent dans le rein. Des données préliminaires suggèrent que le récepteur GPRC6A, un proche parent de CaSR, pourrait être l’un de ces mécanismes de « Ca-sensing ». Afin de progresser dans la compréhension de ces phénomènes, nous proposons i) de décrypter les cibles moléculaires de CaSR dans le tubule rénal, ii) d’identifier les mécanismes de « Ca-sensing » indépendants de CaSR dans le tubule rénal. Quant au premier objectif, nous établirons le phénotype tubulaire des souris ayant une délétion des claudines-16 et -19, ces protéines ayant probablement un rôle-clé vis à vis de la perméabilité de la voie paracellulaire, leur capacité à répondre à des agonistes ou antagonistes de CaSR ainsi que le rôle de CaSR dans le traffic de ces protéines et l’expression de leurs gènes. Le second objectif nécessitera de développer des agonistes et antagonistes très spécifiques de GPRC6A et de CaSR et d’établir la fonction de GPRC6A dans le néphron distal par une double approche génétique et pharmacologique. Ce travail intègre des compétences spécifiques et complémentaires associant le phénotypage animal in vivo, la microperfusion tubulaire in vitro, les techniques de biologie cellulaire et moléculaire, ainsi que la conception et le développement de nouvelles molécules pharmacologiques. Ce projet est idéalement placé pour permettre de mieux comprendre comment le rein « sent » le calcium et devrait fournir des informations importantes concernant la physiopathologie et le traitement des maladies des claudines, et le rôle de GPRC6A.

Pendant la longue co-évolution des virus et des cellules, les virus ont exploité de nombreuses voies pour détourner les machineries cellulaires afin d’assurer efficacement leur multiplication et dissémination. Les cellules ont, de leur côté, développé des mécanismes de défense pour contrer l’infection virale. L’étude des interactions virus-hôte ont aidé à comprendre les mécanismes d’infection et ont aussi permis de faire des découvertes majeures sur les voies de signalisation et de trafique cellulaire, et sur l’organisation de la cellule et de ses compartiments, entre autres. Ces travaux ont été menés presque exclusivement sur des virus eucaryotes, la biologie cellulaire de l’infection par des virus bactériens (phages ou bactériophages) étant très peu développée. Les recherches récentes qui permirent de découvrir l’organisation complexe de la cellule bactérienne ont créé l’élan pour étudier comment les phages profitent de l’architecture de l’hôte pour optimiser leur multiplication. Ce projet réunit une équipe spécialisée dans la biologie des phages avec une équipe travaillant sur la biologie cellulaire bactérienne. Notre collaboration a permis de démontrer que le phage SPP1 se lie préférentiellement aux pôles de la bactérie Bacillus subtilis. Ceci détermine la position d’entrée de l’ADN viral dans la bactérie et de la réplication de cet ADN qui a lieu dans un foyer bien défini. L’observation récente qu’une protéine de réplication bactérienne et qu’une protéine de la capside de SPP1 sont recrutées dans des foyers lors de l’infection suggère, pour la première fois dans un système procaryote, que la multiplication du phage a lieu dans des usines virales assemblées au sein de la bactérie. SPP1 est donc un système très bien adapté pour étudier le programme spatiotemporel du cheminement du génome viral à travers l’enveloppe cellulaire d’une bactérie Gram-positive, suivi par la formation de l’usine de multiplication du virus. Les mécanismes cellulaires engagés dans ces processus ne sont pas connus. Ils font l’objet de ce projet : 1. Entrée du génome viral dans la cellule hôte : nous visons à identifier les protéines virales et cellulaires participant au passage de l’ADN à travers la paroi cellulaire et membrane cytoplasmique. La(es) protéine(s) du phage s’insérant dans la membrane cellulaire sera(ont) identifiée(s) par des méthodes biochimiques tandis qu’une stratégie génétique sera employée pour identifier les protéines de l’hôte nécessaires à la multiplication virale. L’imagerie en temps réel de ces protéines qui participent à l’entrée de l’ADN apportera des renseignements sur la topologie et la cinétique de passage de l’ADN par la membrane. 2. Assemblage, organisation et dynamique de l’usine virale: nous étudierons par imagerie la co-localisation de protéines cellulaires et du phage avec l’ADN de SPP1. Lorsqu’un composant essentiel pour la multiplication du phage est inactivé par mutation nous attendons pouvoir figer un état défini de l’usine virale pendant le cycle de SPP1. La caractérisation de différents états vise à établir la séquence d’interactions au sein de l’usine, de les corréler avec différentes réactions pendant les étapes du cycle viral (expression génique, réplication du génome viral, assemblage des particules virales) et ainsi d’identifier les effecteurs nécessaires à l’assemblage et à la maintenance de l’usine virale. Des méthodes d’imagerie en temps réel et de « photobleaching recovery » seront employées pour suivre la dynamique de ces composants. La caractérisation d’interactions entre les protéines cellulaires et de SPP1 apportera des renseignements supplémentaires pour établir un modèle de fonctionnement de l’usine virale au sein de la cellule procaryote. Les résultats de ces études apporteront une contribution importante pour la compréhension de la multiplication des virus bactériens in vivo, pouvant aussi conduire à de nouveaux réactifs et à des progrès pour la biologie cellulaire bactérienne.

Ce projet, qui regroupe trois équipes de physiciens et biologistes (F. Livolant, LPS Orsay ; D. Durand, IBBMC Orsay ; D. Chretien, TIPs Rennes), a pour objectifs d’élucider les interactions entre hélices d’ADN quand elles se trouvent à très faible distance les unes des autres, et que des corrélations peuvent apparaître entre elles. L’incidence de telles corrélations peut être essentielle en termes de fonctionnalité biologique. Les objectifs sont de comprendre ces interactions dans trois conformations différentes (faisceaux de chaines, structures toriques et apparentées et structures globulaires). Nous disposons pour cela d’un outil expérimental performant, le bactériophage (un virus qui infecte les bactéries) qui présente l’intérêt de maintenir au sein de sa capside protéique une longue chaîne d’ADN à des concentrations extrêmes que l’on ne peut atteindre in vitro. En induisant de manière contrôlée une éjection partielle du génome, nous disposons de capsides dans lesquelles des expériences peuvent être réalisées sur chaînes d’ADN isolées et confinées dans des volumes qui dépendent du volume de la capside. En nous appuyant nous l’expérience déjà acquise par certains des partenaires sur le bactériophage T5, nos objectifs sont : 1. D’étudier les interactions entre ADN et plus précisément : - d’identifier les interactions et corrélations possibles entre chaînes d’ADN en faisant varier leurs interdistances par contrôle de plusieurs paramètres expérimentaux (conditions ioniques, stress osmotique). Nous testerons également l’effet de la longueur des chaînes (50 nm à plusieurs microns). Les méthodes de diffraction X et de cryo-microscopie électronique seront utilisées en complément l’une de l’autre pour obtenir les meilleures résolutions. - d’élucider la structure du cristal d’ADN dans le volume de la capside pleine du bactériophage natif par cryo-microscopie et cryo-tomographie électronique sur particules uniques. Ces analyses seront complétées par diffraction X de solutions de phages. Cette étude nécessitera de dépasser les résolutions obtenues par cryo-tomographie actuellement. Des capsides de tailles différentes seront utilisées pour faire varier la contrainte de confinement et de courbure des chaines. - d’élucider par les mêmes méthodes la structure des formes toriques et apparentées de l’ADN sous confinement (intracapside) et d’identifier les écarts à la structure canonique de l’ADN. 2. De considérer les phages dans leur contexte naturel (en interaction avec leurs bactéries hôte) afin d’identifier les conformations natives de l’ADN intracapside i) lors de l’éjection du génome du phage dans la bactérie hôte et ii) lors de l’encapsidation de l’ADN dans des capsides nouvellement formées. Nous analyserons les interactions ADN-ADN et ADN-capside dans les deux situations, et testerons l’hypothèse selon laquelle les deux processus ne sont pas symétriques. Le consortium réunit les compétences indispensables pour la préparation du matériel biologique, et pour les études structurales par cryo-microscopie électronique et cryo-tomographie et par diffraction des rayonsX.

Les Strigolactones (Sls) qui représentent la classe d’hormones végétales découvertes le plus récemment, sont des molécules dérivées des caroténoïdes qui répriment le démarrage des bourgeons axillaires. Ces molécules, principalement produites dans les racines des plantes, étaient déjà connues pour leur rôle dans la rhizosphère, en tant que signal de la proximité d’une racine hôte pour les plantes parasites (Striga et Orobanche) et pour les champignons mycorhiziens à arbuscules. Leur triple rôle, d’une part en tant qu’inducteur de la germination des graines de plantes parasites et stimulateur de la prolifération des hyphes, et d’autre part en tant que répresseur de la ramification des plantes suggère une histoire intrigante pour cette voie de signalisation. La découverte récente du rôle positif des SLs sur l’activité du cambium indique une nouvelle fonction hormonale stimulatrice de la prolifération cellulaire. Jusqu’à présent, plus de 13 SLs naturelles ont été identifiées dans les exudats racinaires de plantes terrestres. Le squelette central des strigolactones est une lactone tricyclique (partie ABC) liée par une liaison éther d'énol à une furanone alpha,beta insaturée (cycle D). La diversité structurale intra et inter spécifique des SLs de plantes pourrait expliquer les activités variées pour ces molécules, en tant qu’hormones végétales et en tant que signaux pour les graines de plantes parasites et pour les hyphes de champignons. Il est très probable que cette classe de molécules soit très ancienne, puisque les symbioses mycorhiziennes à arbuscules étaient présentes il y a plus de 460 millions d’années, avant l’apparition des racines, et que la mousse Physcomitrella patens produit des SLs. Chez cette bryophyte, on a pu observer des effets opposés des SLs sur le développement des protonemas (filaments de la mousse), en fonction des conditions environnementales (lumière/obscurité). Ce projet vise à caractériser la voie de signalisation des SLs et à comprendre son évolution chez les plantes terrestres, par deux approches, transcriptomique d’une part (RNA seq) et étude des relations structure/fonction d’autre part, et ce sur deux modèles, une plante vasculaire, le pois (Pisum sativum) et une plante non vasculaire, la mousse P. patens. Des molécules de SLs marquées au tritium seront synthétisées et utilisées dans des études métaboliques afin d’identifier les composés bioactifs éventuellement dérivés des SLs et/ou leurs produits de dégradation. Au cours de ce projet, les SLs (et/ou des composés dérivés de ces SLs) présentant une activité biologique, et les différents facteurs intervenant dans la voie de signalisation seront caractérisés et comparés entre les deux modèles d’étude, à savoir le bourgeon axillaire (et l’organe tige-nœud) du pois et les filaments de mousse poussée à la lumière ou à l’obscurité. La fonction des gènes qui auront été identifiés sera analysée par des études de génétique inverse (TILLING chez le pois, Recombinaison Homologue chez la mousse) et par des études biochimiques (liaison protéine/protéine ou ligand/récepteur). Ce travail doit contribuer à l’augmentation des connaissances sur le mode d’action d’une nouvelle hormone dont les rôles sur le développement des plantes sont nombreux et variés. On retrouve parmi les caractères agronomiques importants régulés par les SLs le nombre de tiges, la taille des grains et des fruits, la capture de l’eau et des nutriments du sol, et la production de bois. Ce travail doit conduire à l’élaboration de stratégies nouvelles pour l’amélioration et la gestion des plantes, mais aussi pour le contrôle du développement de plantes parasites extrêmement dévastatrices.

Le transcriptome correspond à l’ensemble des molécules d’ARN d’une cellule dans une condition physiologique donnée. Les études de transcriptome via les technologies de tiling-array et de RNAseq ont permis de quantifier de très nombreux gènes et d’identifier de nouveaux transcrits comme des ARN régulateurs. Nous avons ainsi caractérisé l’interconnexion de 5 voies de régulation dans une réponse d’adaptation chez Escherichia coli (Bury-Mone et al. 2009) et montré qu’un ARN non codant régule le métabolisme central chez Staphylococcus aureus (Bohn et al. 2010). La nature et la chronologie des évènements moléculaires qui affectent les ARN chez les eucaryotes et les procaryotes sont différentes et confèrent des propriétés biochimiques distinctes. Chez les eucaryotes, les cellules sont compartimentées et la plupart des ARN stables ; les études de transcriptomes permettent une analyse fine des évènements transcriptionnels et post-transcriptionnels et la découverte de réseaux de régulons. En revanche, chez les procaryotes, les ARN messagers sont non-coiffés et généralement très instables ; de fait, les transcriptomes bactériens ne permettent pas de distinguer entre un ARN maturé (provenant d’un processus de coupure) et un transcrit primaire (dont l’extrémité 5’ est issue de l’ARN polymérase). Les transcriptomes bactériens fournissent une information parcellaire qui ne permet pas de déduire les évènements de régulation à l’origine des ARN observés. Seules les espèces dites «modèles» (essentiellement E. coli et Bacillus subtilis) permettent de compléter les données de transcriptome par les résultats génétiques et moléculaires accumulés durant un demi-siècle. Nous avons développé une méthode d’étiquetage, qui discrimine les ARN d’un transcriptome bactérien selon leur origine. Elle permet de différencier les transcrits primaires des ARN maturés générés par clivage (Fouquier d'Herouel et al. 2011). Nous avons récemment adapté cette méthode pour l’associer aux techniques de séquençage massif créant ainsi le «tagRNAseq». Nos résultats préliminaires permettent, pour la première fois, de voir au sein d’une population d’ARN bactériens l’ensemble des ARN natifs et tronqués obtenant ainsi une image du transcriptome primaire et maturé chez une bactérie. Nous avons constaté que 85% des transcrits sont tronqués. Cette observation surprenante indique qu’une majeure partie de la reprogrammation de l'expression des gènes serait due à des événements post-transcriptionnels ; elle nous a conduit à proposer le projet ReadRNA. Notre méthodologie permet d’estimer i) l’abondance relative de chaque forme d’ARN, ii) la contribution spécifique et l’importante de la maturation des ARN dans un processus d’adaptation et iii) de générer une base de données qui sera utilisée pour identifier de nouveaux mécanismes qui agissent post-transcriptionnellement. Le projet ReadRNA exploitera la méthode tagRNAseq validée par nos résultats préliminaires. Nous proposons d’étudier les transcriptomes de trois espèces pathogènes de première importance E. coli, S. aureus et Enterococcus faecalis. ReadRNA repose sur deux piliers expérimentaux qui seront établis pour ces trois espèces i) Les transcriptomes primaires et maturés; ii) Les régulons transcriptionnels et post-transcriptionnels lors d’une adaptation à un signal choisi de l’environnement. Les retombées de ReadRNA seront essentiellement cognitives : Nous pourrons directement « voir » la contribution relative de la transcription et des événements post-transcriptionnels (maturation et stabilité) affectant l’ARN. De façon cinétique, cette « vision » nous donne accès à la dynamique, à la nature et à la chronologie des processus de contrôle de l’expression de gènes au cours de processus d'adaptation. ReadRNA permettra l'étude de la régulation des gènes au niveau moléculaire et à l'échelle du génome, y compris pour des bactéries génétiquement non caractérisées.

Les voies de biosynthèses responsables de la production des principaux constituants du lait sont connues dans leurs grandes lignes, mais notre connaissance de la plupart des événements moléculaires survenant lors de l'assemblage, du transport intracellulaire et de la sécrétion des deux constituants majeurs du lait: micelles de caséine et globules gras (GG) reste lacunaire. Quant à la libération de microparticules dans le lait, rien n'est connu. Pour aborder cette thématique complexe, quatre partenaires (INRA et INSERM) vont collaborer en combinant leurs expertises dans une approche multidisciplinaire. Le projet proposé prolonge le programme "Genomilk Fat" financé par l'ANR (Genanimal 2005) et auquel trois des partenaires ont déjà participés. Il est basé sur du matériel biologique et les résultats significatifs obtenus dans ce contexte, notamment la mise en évidence de l'existence d'une relation étroite entre les mécanismes de biosynthèse et de sécrétion des micelles de caséine et des GG. La pertinence du modèle chèvre, avec un "KO naturel" du gène spécifiant la caséine alphaS1, a également été démontrée. Les chèvres homozygotes pour un allèle nul au locus CSN1S1 (animaux "défectifs"), présentent un stress chronique du réticulum endoplasmique (RE) suite à l'accumulation des autres caséines dans ce compartiment. Ce stress induit une réponse adaptative de type Unfolded Protein Response, combinée à un stress oxydatif. L'analyse différentielle d'animaux contrôles et défectifs nous a permis d'identifier des gènes qui contribuent à ces réponses, des protéines impliquées dans le transport des caséines entre le RE et le Golgi, et des enzymes jouant un rôle dans la biogenèse des gouttelettes lipidiques, les précurseurs des GGs. Dans ce programme, nous projetons de poursuivre la dissection moléculaire des voies de biosynthèse et de sécrétion des composants majeurs du lait, ainsi que des processus qui déterminent leur structure et leurs propriétés fonctionnelles. Nous envisageons aussi d'introduire une étude pionnière sur les microparticules du lait, ces structures étant potentiellement impliquées dans le développement du tractus gastro-intestinal et/ou du système immunitaire du nouveau-né. Nos objectifs de recherche seront: 1) de définir la fraction du génome qui est exprimée dans la CEM de chèvre pendant la lactation, 2) d'aboutir à une meilleure compréhension du rôle joué par la caséine alphaS1 dans l'exportation des caséines du RE vers l'appareil de Golgi, 3) d'identifier les facteurs qui déterminent le profil des acides gras du lait, 4) d'aller plus loin dans la compréhension des mécanismes de formation des gouttelettes lipidiques (qui naissent au niveau du RE) et de leur interaction avec la membrane plasmique au cours de la sécrétion du GG. Dans ce but, nous mènerons une étude comparative de la formation des gouttelettes lipidiques dans la CEM vs. l'adipocyte, cellule produisant aussi des gouttelettes lipidiques sans les secréter. D'autre part, l'étude de la production de microparticules par les adipocytes et leur caractérisation dans le lait de chèvre seront entreprises. Nous focaliserons nos efforts sur l'impact de l'absence de caséine alphaS1 sur les voies de sécrétion des protéines et des lipides, ainsi que sur la composition fine du lait, dans le but de décrypter les mécanismes conduisant à la production de ces constituants par la CEM. Les études proposées visent également la production d'outils et de ressources qui permettront d'améliorer nos connaissances sur l'expression du génome et sa régulation, dans la CEM, pour une meilleure maîtrise de la composition du lait et pour fournir des méthodes de phénotypage innovantes basées sur une technique d'échantillonnage non invasive des ARN mammaires. Le but ultime est d'identifier des gènes clés impliqué dans la production de la matière grasse par la CEM sur lesquels des programmes d'élevage et de sélection pourraient s'engager afin de moduler la composition lipidique du lait.