Projets

La tomate est l'une des plus importantes cultures légumières pour la production et le commerce mondial. Sa consommation devrait augmenter de 60 % d'ici 2050, mais le changement climatique est un obstacle à l'augmentation des rendements. Dans ce contexte, les scientifiques doivent identifier les facteurs génomiques, et notamment les éléments régulateurs contrôlant l’expression des gènes responsables de la tolérance au stress. Dans cette optique, dans le cadre du projet 4D-HEAT, nous proposons de décrypter les mécanismes qui régissent la dynamique de contact entre les promoteurs et les séquences enhancers en réponse au stress thermique. Ce projet est très innovant car il intègre l'épigénome (1D), les données du transcriptome (2D) et l'architecture de la chromatine (3D) avec une dimension temporelle (4D) dans une approche globale pour comprendre comment s’établissent les contacts entre promoteurs et enhancers et également comment ces contacts affectent l'expression des gènes.

L’interaction symbiotique entre des plantes légumineuses (Fabacées) et des bactéries du sol collectivement nommées rhizobia a une importance agro-écologique majeure. Elle implique la formation de nodosités, au sein desquelles les bactéries différenciées en bactéroïdes fixent l’azote atmosphérique. La communication entre ces symbiontes est sophistiquée, et pourrait impliquer des petits ARNs (sARN). Dans ce projet, nous étudierons l’impact des sARN, et en particulier de ceux associés aux éléments transposables et au mécanisme de méthylation de l’ADN dépendant des ARN, sur la régulation du transcriptome bactérien lors de l’interaction symbiotique. Nous testerons aussi la capacité de certains de ces sARN à contrôler la différenciation, la fixation d’azote, et la persistance des bactéries symbiotiques au sein des nodosités. Les résultats obtenus devraient permettre d’améliorer la communication hôte-bactérie et l’efficacité symbiotique, ainsi qu’ouvrir des perspectives pour les symbioses des eucaryotes au-delà des plantes légumineuses.

Sincerely est un projet de recherche fondamentale focalisé sur FcrX, un facteur essentiel découvert récemment régulant le cycle cellulaire et la division cellulaire chez la bactérie symbiotique modèle Sinorhizobium meliloti. Nos données préliminaires montrent que FcrX contrôle à la fois CtrA, le régulateur maître du cycle cellulaire, et la protéine tubuline-like FtsZ, qui est un acteur crucial lors de l’assemblage de la machinerie de division, le divisome. Le projet a pour but de révéler les mécanismes moléculaires impliqués dans l’action de FcrX sur ces deux processus. De plus, l’ingénierie de FcrX à des fins agronomiques sera explorée, en testant les potentialités de fixation d’azote de souches de S. meliloti portant un FcrX modifié en interaction avec des plantes du genre Medicago (ie. luzerne). Dans la nature, l’azote est fréquemment un facteur limitant pour la croissance des végétaux, expliquant l’utilisation massive d’engrais azotés de synthèse en agriculture, avec leurs importants méfaits environnementaux tels que l’eutrophisation des eaux et l’érosion des sols. De surcroit, les engrais azotés industriels sont produits selon le procédé Haber-Bosch, un processus très énergivore qui consomme ~1% des énergies fossiles mondiales chaque année. Les plantes appartenant à la famille des légumineuses ont développé une symbiose avec des bactéries capables de fixer l’azote atmosphérique pour contourner la limitation des apports en azote disponibles dans le sol. Néanmoins, la capacité de fixation du partenaire bactérien est un point crucial de cette interaction symbiotique, qui contraint directement le bilan de la symbiose et le rendement de la plante hôte. Dans de nombreux cas, la population de rhizobia résidant dans un champ comprend des tricheurs et des bactéries ayant un faible potentiel de fixation d’azote. Dans l’agriculture moderne, le recours à des inoculants commerciaux comprenant des rhizobia « d’élite » est devenu une pratique courante pour garantir de bons rendements et un haut niveau de protéines dans les graines. De façon très intéressante, au cours de l’interaction symbiotique qui s’établit entre les plantes du genre Medicago et Sinorhizobium meliloti, les plantes forment des organes symbiotiques appelés nodosités, où les bactéries se différencient en bactéroïdes fixateurs d’azote. Une fois les rhizobia relargués au sein des cellules végétales, ils subissent un processus de différenciation cellulaire menant à un profond remodelage du cycle cellulaire bactérien vers de l’endoréplication (réplications répétées du génome sans division cellulaire) et un important allongement cellulaire (jusqu’à dix fois leur taille originale). Cette différenciation cellulaire est associée à une baisse du niveau protéique du régulateur maitre du cycle celullaire CtrA et à une absence d’assemblage du divisome. Ce processus est accompagné d’une augmentation de l’efficacité symbiotique. Ainsi, la régulation du cycle cellulaire bactérien est au cœur de la symbiose et détermine les performances symbiotiques des rhizobia. Le projet présenté ici a pour but de comprendre les mécanismes moléculaires par lesquels FcrX régule le cycle cellulaire et sa coordination avec la division cellulaire, en combinant l’expertise de deux équipes de recherche aux compétences complémentaires dans le domaine de la biochimie, de la biologie structurale, de la microbiologie, de la biologie végétale, de la biologie cellulaire et de la génétique. Les connaissances nouvellement acquises sur l’architecture du réseau de régulation du cycle cellulaire bactérien nous informeront sur les stratégies à mettre en place pour mettre au point des souches de rhizobia présentant des capacités symbiotiques améliorées, ouvrant la voie au développement d’inoculants agricoles de nouvelle génération capables d’augmenter les rendements des légumineuses.

FishNess étudiera la robustesse individuelle des poissons en tant que déterminant de la vulnérabilité des populations et de la durabilité de l’aquaculture face aux facteurs de stress majeurs du changement global que sont le réchauffement et l’hypoxie. La robustesse est une propriété essentielle à la durabilité agricole face au changement global. Elle est mesurée comme la capacité à allouer de l’énergie à la croissance et à la reproduction dans les conditions environnementales actuelles, ainsi que la capacité à résister à des événements climatiques extrêmes, la résilience. Il est important de caractériser précisément la robustesse chez les poissons en raison des implications importantes qu'elle a pour les populations sauvages et d’élevage. FishNess combine biologie expérimentale, génomique et modélisation, dans une étude de cas sur une espèce importante pour la pêche et l’aquaculture, le bar européen. L’espèce compte trois populations génétiquement distinctes, dans l’Atlantique, la Méditerranée occidentale et la Méditerranée orientale. Ces trois populations seront produites grâce à des géniteurs disponibles au laboratoire. Elles seront élevées pendant deux ans, sous trois régimes thermiques saisonniers qui reflètent l’aire de répartition de chaque population en utilisant un plan factoriel complet. La variabilité individuelle et populationnelle de la robustesse sera analysée au travers de l’allocation de l’énergie à la croissance et à la reproduction et des performances physiologiques en fonction de la température; et de leur résilience face aux vagues de chaleur estivales et aux événements hypoxiques. La composante héritable de la variation des traits de robustesse sera évaluée afin d’étudier les interactions génotype-environnement dans chaque population et de révéler l’existence d’adaptations locales. L’intégration de l’information phénotypique dans le cadre de la modélisation du budget énergétique dynamique (DEB) sera utilisée pour intégrer les résultats individuels pour les traits d’histoire de vie tels que la croissance, la maturation et la reproduction, tout en tenant compte des coûts liés à la gestion des événements climatiques extrêmes. Les sorties des différents modèles DEB et les estimations de leur héritabilité génomique seront utilisés dans des modèles évolutifs pour prédire la robustesse des populations sauvages et domestiquées, sur plusieurs générations, en réponse à différents scénarios de changement global. Les résultats aideront à préserver les stocks de poissons en révélant la capacité d’adaptation à court terme des populations et leurs adaptabilités à long terme, ainsi que les conséquences sur la productivité future des stocks. Ils favoriseront l’aquaculture durable en identifiant des populations robustes, en commençant la sélection génomique sur la robustesse et en projetant la productivité dans les scénarios climatiques futurs.

La tomate est l’une des plantes les plus cultivées au monde et un modèle pour les biologistes qui étudient les fruits charnus. Son génome contient de larges régions denses en transposons cibles de la méthylation de l'ADN, une marque épigénétique participant à leur inactivation. Cette méthylation n’est pas seulement une caractéristique de l'hétérochromatine impliquée dans la stabilité des génomes, mais elle peut aussi affecter l'expression des gènes et des épiallèles ont ainsi été décrits chez la tomate. De plus, il existe une dynamique importante dans la méthylation de l’ADN au cours de la formation du fruit et de son développement. Comprendre les sources de la variabilité épigénétique présente donc un intérêt à la fois fondamental et agronomique. Nous proposons de nous appuyer sur l'expertise complémentaire des deux partenaires de ce projet pour étudier les voies moléculaires contrôlant la variabilité épigénétique de la tomate. Pour cela, nous analyserons les méthylomes de mutants affectés dans le maintien de l'homéostasie de la méthylation de l'ADN, ainsi que ceux correspondant à un large panel de cultivars non domestiqués et commerciaux. En utilisant une combinaison de techniques d'édition (épi)génomique, d'épigénomique des populations, d'épigénétique quantitative et d'approches bioinformatiques, nous souhaitons (i) caractériser les voies moléculaires impliquées dans le contrôle de la variabilité épigénétique naturelle de la tomate, (ii) évaluer la contribution de cette variabilité à la diversité des cultures et (iii) développer de nouveaux outils d'édition des épigénomes pour manipuler la méthylation de l'ADN à certains loci contrôlant des caractères agronomiques d’intérêt. Ces techniques permettront de modifier l'expression des gènes sans altérer leurs séquences d'ADN. EpiTOM fournira des connaissances essentielles pour exploiter le potentiel épigénétique en amélioration. La détermination de l'ampleur de la variabilité épigénétique naturelle des plantes cultivées, ainsi que des mécanismes moléculaires qui contrôlent cette variabilité, renforcera considérablement notre capacité à sélectionner les cultures. Nos résultats devraient permettre de répondre à une question encore non résolue, à savoir quelle est la contribution des modifications épigénétiques héritables à la diversité des plantes.

Premier prébiotique disponible pour le nouveau-né, les oligosaccharides du lait régulent la composition du microbiote intestinal et modulent la réponse immunitaire de l'hôte, jouant un rôle crucial dans l'assemblage de l’holobionte. HoloOLIGO utilisera 2 modèles d’animaux d'élevage (le porc et le lapin) de maturité différente à la naissance, pour élucider les liens de causalité entre les structures des oligosaccharides du lait, le microbiote et le système immunitaire des jeunes, combinant des approches in vitro (sur bactéries commensales et cellules intestinales immunitaires) et in vivo. Nous produirons les premières données sur les oligosaccharides du lait chez le lapin, étendrons celles disponibles chez le porc et une base de données sera produite par data mining afin de disposer d’un outil de visualisation et d’analyse de la diversité des structures des oligosaccharides du lait couvrant l’ensemble des mammifères. Enfin, nous évaluerons, in silico (porc) et in vivo (lapin), la variabilité et le déterminisme génétique de la composition des oligosaccharides du lait .

Les métaux sont à la fois essentiels au développement des organismes et toxiques en concentrations trop élevées. Des travaux récents ont montré que le transporteur de métaux à large spectre IRT1 de la plante modèle Arabidopsis agit non seulement comme transporteur, mais également comme senseur de la concentration en métaux. IRT1 est le membre fondateur de la famille de transporteurs ZIP, possédant des homologues sont trouvés des bactéries jusqu'à l'homme, et sert donc de modèle pour l'étude de cette famille encore peu connue. Nous proposons donc au cours de NUTRISENSE de 1) déterminer le mode de transport des métaux via le transporteur IRT1, 2) d'obtenir la première structure 3D d'un transporteur ZIP eukaryote, et de 3) utiliser ces informations pour modifier les capacités de transport et de perception des métaux par les organismes vivants. Pour cela, des approches de pointe en biochimie, biologie structurale et biologie moléculaire seront mises en oeuvre.

Evaluer et contrôler les multiples dimensions de la qualité d’un aliment durant sa fabrication est un challenge quotidien pour le secteur agroalimentaire. Devant l’ampleur des informations nécessaires, les nouvelles approches métabolomiques paraissent les plus adéquates pour y répondre. Le projet QualOmics vise à s’appuyer sur ces approches pour développer une méthode d’analyse non ciblée des marqueurs venant de différentes dimensions de la qualité d’un aliment (sécurité sanitaire, organoleptique, nutritionnelle). Le projet se basera sur des analyses par chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse haute résolution (LC-HRMS) et en tandem (LC-HRMS/MS) pour identifier, au sein d’un aliment formulé, les marqueurs de qualité et de réaction et aussi comprendre leurs liens. Enfin, l’impact des matières premières et des procédés sur l’évolution de ces marqueurs sera étudié dans le but ultime de pouvoir proposer une aide à la conception raisonnée de la qualité.

La consommation croissante d'aliments et de boissons fermentés est l'une des transitions alimentaires actuellement observées dans nos sociétés. Cependant, la forte demande pour le clean label (rejet des conservateurs) et pour des pratiques agricoles durables (itinéraires bio avec modification des intrants par exemple) peut entraîner des modifications de qualité et de sécurité pour ces aliments, notamment ceux fabriqués à partir de produits végétaux (légumes et fruits). Certaines matières premières subissent en effet des modifications biochimiques (notamment de contenu en sucres) dues au changement climatique et à l’augmentation des stress hydriques. Ce changement des matières premières entraîne des modifications imprévues de l’écologie microbienne qui peuvent être préjudiciables au bon déroulement des procédés de fermentations et à la qualité des aliments et boissons fermentés. Dans ce contexte, le développement d’approches scientifiques génériques pour aider à comprendre rapidement et anticiper les effets des changements multiples et complexes dans ces productions est un besoin réel. Des approches d'écologie microbienne sont nécessaires pour comprendre et anticiper ces changements mais les solutions à apporter devront se focaliser des approches durables, notamment en utilisant le levier des micro-organismes. Nous appliquerons cette approche à deux types d’aliments fermentés : le vin (liquide) et des légumes (solide) et pour lesquels des défis différents se posent : A) le vin en vue d’une production de boisson à faible teneur en alcool dans un contexte de changement climatique, d’itinéraire agronomique biologique et de réduction de la teneur en sulfites ; B) divers légumes fermentés répondant à des enjeux de salubrité et de qualité sanitaire dans un contexte de changement d’échelle de production (domestique versus semi-industrielle), de production biologique et de réduction de la teneur en sel. L’enjeu du projet est de développer une démarche cognitive en utilisant une approche d'écologie synthétique qui vise, au travers de la reconstitution d’aliments modèles, la prédiction du comportement de communautés microbiennes sous différentes contraintes. L’objectif de cette stratégie consiste à démontrer que la production de données méta-omique (expressions de gènes à l’échelle de l’écosystème ; analyses globales des métabolites produits) organisées en réseaux écologiques microbiens par des approches computationnelles, est pertinente pour anticiper les impacts décrits ci-dessus. Par ailleurs, le projet tirera parti de la biodiversité des souches microbiennes déjà disponibles dans des collections publiques pour la construction raisonnée, de microbiotes à façon basés sur l’association des propriétés fonctionnelles requises pour s’adapter au réseau écologique attendu (changements). Enfin nos hypothèses et solutions seront vérifiées à l’échelle pilote des fermentations (aliments réels) pour évaluer leur validité et la pertinence organoleptiques et/ou nutritionnelles des solutions obtenues sur les aliments modèles et simplifiés. Dans un contexte où les aliments fermentés sont au cœur d’un enjeu sociétal (transition alimentaire, nutrition saine) et environnementale (durabilité des productions et des procédés), les résultats du projet METASIMFOOD auront trois impacts majeurs. Nous démontrerons l’efficacité et la rapidité de la discipline scientifique d’écologie synthétique à prévoir, anticiper et maîtriser le comportement des communautés microbiennes intervenant dans les processus de fermentations alimentaires. Notre projet servira de levier pour le déploiement de cette stratégie à d’autres exemples d’aliments. Il apportera le socle de connaissances nécessaires pour l’élaboration de programmes de recherche en aval avec des partenaires industriels dans le domaine des aliments fermentés. Enfin, nous assurerons une communication très forte vers le grand public avec un objectif éducatif et de vulgarisation.

L’impact environnemental des emballages est devenu une préoccupation majeure pour les industries agro-alimentaires, de l’emballage, les agences sanitaires mais aussi les consommateurs. Cette économie circulaire va obliger les industriels à alléger les emballages, à les recycler et/ou à les réutiliser, ce qui suppose d’avoir les mêmes exigences en termes de sécurité sanitaire que pour les matériaux vierges. En effet, les matériaux au contact des denrées alimentaires (MCDA) peuvent transférer des substances chimiques aux aliments par migration. En plus de celles d'origine connue, les MCDA peuvent aussi contenir des Substances Non Intentionnelles (SNI) (impuretés, produits de décomposition ou de réaction, contaminants issus de recyclage…), ayant une origine souvent inconnue et dont leur présence est non prévisible. La plupart des SNI ne sont ni identifiées, ni quantifiées, et leur toxicité n’a pas été étudiée. Leur migration peut entraîner un risque pour la santé humaine, elle doit donc être mesurée et contrôlée. Le règlement européen 10/2011 sur les matériaux plastiques exige également une évaluation du risque des SNI, mais à ce jour il n’existe ni ligne directrice spécifique ni consensus scientifique rendant difficile leur évaluation et la gestion de leurs risques. De plus, des SNI peuvent être présentes dans tous les emballages ; papiers-cartons, coatings, recyclés, ceux-ci pouvant céder encore plus de substances que leur équivalent vierge. L’évaluation des MCDA est, actuellement, uniquement basée sur une étude de la génotoxicité et des effets systémiques des substances de départ, ne prenant pas en compte ni la perturbation endocrinienne, ni les "effets cocktail" à faible dose. Concernant les SNI, il est reconnu que l'approche traditionnelle basée sur l'identification et la quantification de toutes les substances suivies de leur caractérisation toxicologique complète n’est pas réalisable (en termes de coûts, de temps, de quantité disponible…). Une approche pertinente consiste à utiliser des biotests en complément de techniques analytiques et physico-chimiques sur l’ensemble des molécules qui migrent. Les biotests sont déjà utilisés avec des mélanges. Cependant, ils doivent être mieux caractérisés en termes de sensibilité/spécificité et robustesse avec des extraits complexes de MCDA. La première étape de ce projet consistera à sélectionner les biotests les plus sensibles et spécifiques pour identifier un danger (génotoxicité ou perturbation endocrinienne) dans des extraits d’emballages en appliquant la méthodologie du « spiking » qui consiste à ajouter des substances de référence (positives et négatives) afin de vérifier la réponse attendue. L’extrait sera fractionné si la réponse est faussement négative ou faussement positive afin d’identifier la fraction responsable contenant les substances à l’origine de l’effet non attendu. La deuxième étape consistera à éprouver les biotests sélectionnés à l’aide d’extraits d’emballages finis ayant été soumis à des procédés particulièrement générateurs de SNI (y compris des matériaux recyclés) pour évaluer le risque. Le caractère novateur de ce projet est d'utiliser, en parallèle, des signatures chimiques d’extraits de MCDA et des biotests robustes en vue de générer une base de données permettant une prise de décision et une sécurisation des emballages à différentes étapes de leur cycle de vie. De plus, cela générera des données sur la toxicité de nouvelles SNI ainsi que de potentiels effets « mélange » d’extraits. Résultant d'une approche scientifique multidisciplinaire, ce projet aidera les fabricants d'emballages et leurs clients (transformateurs, industries agro-alimentaires) (1) à mieux garantir la sécurité et la conformité de leurs matériaux et (2) à encourager leur innovation et/ou leur compétitivité, en leur proposant des outils scientifiques pertinents et fiables.

L’intoxication alimentaire est la première cause d’hospitalisation de par le monde. Or, les méthodes actuelles de détection des agents pathogènes sont coûteuses et lentes ou nécessitent du matériel génétique pré-purifié et des instruments sophistiqués. Elles ne sont pas applicables sur site pour permettre la traçabilité alimentaire. Ces considérations s'appliquent notamment à Campylobacter, qui est la cause bactérienne la plus courante de gastro-entérite humaine dans le monde, et à Bacillus cereus qui est le principal microbe associé aux aliments pour bébé et le troisième agent responsable des toxi-infections collectives d'origine alimentaire en Europe. Nous proposons une recherche innovante et ambitieuse pour fournir un test à faible coût basé sur la reconnaissance de petits peptides et aptamères et d’un capteur électrochimique connecté à une instrumentation portable pour l'analyse de proximité des aliments. Les biocapteurs électrochimiques exploitent la spécificité et la sensibilité des systèmes biologiques dans de petits dispositifs peu coûteux, offrant une alternative robuste aux méthodes conventionnelles. Ils permettent l'analyse et le criblage des aliments pendant toutes les phases de la production, fournissant des outils efficaces pour garantir la sécurité alimentaire. Un premier point fort du projet consiste à identifier de nouvelles sondes spécifiques vis-à-vis des pathogènes d’intérêt. Un criblage d'affinité à grande échelle basé sur la méthode de «phage display» sera utilisé pour sélectionner des peptides spécifiques qui lient les épitopes de surface des bactéries ciblées. Un test colorimétrique basé sur des nanoparticules d'or va également permettre d’optimiser les aptamères pré-sélectionnés. Les performances de reconnaissance de l’ensemble des peptides et aptamères seront évaluées après greffage sur biopuce, à l'aide d'une plateforme de multidétection à haut débit par résonance plasmonique de surface en imagerie (SPRi). Enfin, les peptides et/ou aptamères sélectionnés ayant l'affinité la plus élevée seront utilisés pour la construction du biocapteur électrochimique portable et multiplex pour diagnostiquer les pathogènes d'origine alimentaire. Un deuxième point original concerne la fabrication du dispositif de mesure à l'aide de la technologie d'impression 3D de modélisation par dépôt en fusion qui offre le meilleur rapport prix / performances pour le prototypage de la production à petite échelle. Un troisième point fort du projet concerne la validation du dispositif électrochimique. La détection de Campylobacter dans la viande de volaille sera effectuée sur C. jejuni, C. coli, C. lari, C. upsaliensis et C. fetus, car ces souches causent plus de 90% de campylobactérioses humaines. Les tests de détection de B. cereus dans le lait seront effectués à l'aide de la collection de l’INRAE contenant des souches de B. cereus isolées de lactariums et d’échantillons de toxi-infection (> 500 souches). Finalement, le dispositif sera optimisé pour contrôler la présence de spores et de cellules végétatives de B. cereus dans les laits maternels et les formules infantiles. Il n'existe actuellement aucun test portable de ce type pour le diagnostic des agents pathogènes dans les échantillons d'aliments dans l'UE. Notre biocapteur électrochimique devra permettre d’améliorer l’identification in-situ des pathogènes à l’origine de toxi-infections alimentaires pour accéder à une meilleure sécurité alimentaire et sanitaire.

L’alimentation est un levier majeur de préservation de la santé et de l’environnement. Sans modifications rapides et drastiques des systèmes alimentaires, des modes de production aux modes de consommation, les limites environnementales assurant la pérennité des écosystèmes seront atteintes d’ici 2050 et l’incidence des maladies chroniques continuera à croître. Alors que la prise de conscience des parties prenantes semble aujourd’hui manifeste et que les régimes alimentaires durables sont bien caractérisés, les « solutions alimentaires » restent globales (non individualisées et les travaux prospectifs sont basés sur des scénarios. En effet, aucune étude n’a évalué quantitativement les évolutions récentes des comportements alimentaires et si celles-ci sont cohérentes avec une transition vers une alimentation plus durable, plus saine, plus accessible plus respectueuse de l’environnement. Il est urgent d’évaluer à l’aide d’une approche multicritère et transdisciplinaire les transitions alimentaires en cours, les caractéristiques individuelles associées et de mesurer leurs impacts sur la santé (court et long terme), l’environnement et en termes socio-économiques. Mieux comprendre ces aspects permettra de proposer des actions au regard des leviers et des barrières spécifiques des groupes de population. Le projet TRANSFood vise à répondre à ces différents enjeux en employant une approche systémique « du champ à l’assiette » (agriculture, accessibilité, consommation, etc.) à partir deux études épidémiologiques (l’une transversale, l’autre longitudinale), d’une étude expérimentale et d’un panel de consommateurs. Plus particulièrement, les objectifs spécifiques du projet TRANSFood englobent : 1) une étude des trajectoires des changements alimentaires sur une période de 8 ans (couvrant la crise du COVID-19 et ses conséquences) au niveau individuel (sur la base de données répétées issues d’un même échantillon) intégrant des spécificités des systèmes alimentaires (pratiques agricoles agroécologiques et conventionnelles). Les changements récents seront évalués sur une période de 8 ans dans la cohorte NutriNet-Santé afin de générer une typologie de changement sur laquelle des sous-groupes de la population française (INCA3) seront situés. 2) une évaluation fine des valeurs durables (économie, nutrition – adéquation aux besoins en nutriments- santé et environnement) des régimes alimentaires et de leurs changements ainsi que la caractérisation de leurs déterminants (socio-démographiques, socio-économiques, géographiques). Les implications environnementales et de santé de ces transitions seront évaluées au moyen de bases de données d’analyse de cycle de vie, d’un indicateur de biodiversité et d’un modèle de risque afin de quantifier les potentielles améliorations qui pourraient être attendues dans un futur proche 3) l’identification des obstacles et des leviers et la mesure de la propension individuelle réelle de changement. Une analyse précise des leviers et des barrières aux changements sera réalisée via l’administration de questionnaires sur la propension à échanger et via une expérimentation portant sur le consentement à payer. Les déterminants sociodémographiques (sexe, âge/génération, situation familiale), socioéconomiques (coût des régimes alimentaires, éducation, revenus etc.) et géographiques (accessibilité, approvisionnement) de ces trajectoires seront mises en lumière. 4) l’établissement de préconisations adaptées aux groupes de populations et aux trajectoires identifiées par la mise en œuvre de modèles multicritères basée sur de l'optimisation sous multiples contraintes (environnementales, nutritionnelles, de santé, économiques) qui permettront de proposer des régimes durables, en fonction des différentes caractéristiques, des barrières et leviers préalablement identifiés. Les résultats de ce projet seront largement diffusés dans le milieu académique mais aussi après des acteurs et en particulier les consommateurs.

Ce projet concerne le changement de paradigme de mobilité urbaine lié à l’avènement des véhicules autonomes. Dans ce contexte, les véhicules autonomes doivent avoir une perception robuste et fiable de leur environnement, particulièrement en détectant, classant et en suivant les obstacles pour adapter la commande. Actuellement, l’analyse sémantique des scènes de conduite a reçu un intérêt grandissant de deux communautés scientifiques : la fusion de données (avec notamment la théorie de l’évidence) et l’informatique avec l’apprentissage profond (CNN). Ce projet veut étudier et combiner ces deux approches, avec pour objectif théorique de proposer une méthodologie systématique de conception d’algorithmes de représentation sémantique basé sur un apprentissage profond évidentiel. Il vise également un objectif applicatif d’implémentation dans le véhicule autonome de l’IRIMAS du système de perception conçu. Des essais réels prouveront la faisabilité et l’efficacité de la méthode proposée.

Afin de relever les défis du dérèglement climatique, la future réglementation thermique et environnementale (RE2020) exigera une réduction drastique de l'impact carbone des bâtiments et une forte amélioration de leurs performances énergétiques. Pour relever ces défis, les matériaux biosourcés, issus de la biomasse, sont de plus en plus utilisés dans le secteur de la construction. Sur le plan environnemental, ils permettent le stockage du CO2 pendant toute leur durée de vie grâce au mécanisme de la photosynthèse. De plus, leur porosité et leur composition chimique élevées leur confèrent de très bonnes propriétés d'isolation hygrothermique et acoustique. Par conséquent, ces matériaux sont des alternatives clés aux matériaux de construction traditionnels pour les bâtiments neufs et existants. Jusqu'à présent, les matériaux de construction biosourcés sont principalement utilisés pour leurs propriétés isolantes, par ex. sous forme bétons constitués d'agrégats végétaux, d'un liant minéral et d'eau. Cependant, la croissance des bétons biosourcés est encore limitée par le manque de connaissances et la forte variabilité de leurs performances, notamment concernant leurs propriétés mécaniques. Plusieurs paramètres, tels que le temps de prise du liant ou la dégradation potentielle des particules végétales ont été identifiés afin d’expliquer ces faiblesses. De plus, une grande variété de plantes peut être utilisée pour ces applications, avec une grande variabilité de leur composition chimique et de leur microstructure. Cette dernière dépend par exemple des espèces végétales, du matériel génétique (génotype) et de la saisonnalité, mais aussi de leur processus de transformation. Dans ce contexte, l'objectif de BIO-UP est de permettre des avancées significatives dans la compréhension des propriétés fonctionnelles des bétons biosourcés en fonction du type de liant végétal et minéral utilisés. L'objectif est de définir des règles pour leur formulation et d'obtenir des propriétés sur mesure tenant compte de leur impact environnemental. A cette fin, 6 laboratoires de recherche s'associeront issus de l'Université Gustave Eiffel, de l'INRAE, de l'INSA Lyon et de l'Université Clermont Auvergne, en plus du département R&D du cimentier VICAT. Leur expertise couvre tous les domaines de caractérisation des propriétés des composites, de l'échelle microscopique (INRAE, U.Eiffel) aux propriétés fonctionnelles et à leur modélisation (U.Eiffel, INSA, UCA) tout en tenant compte de leur impact environnemental (U.Eiffel). 5 bio-ressources disponibles en France métropolitaine seront sélectionnées pour refléter la diversité des caractéristiques des végétaux pouvant être intégrées dans le béton biosourcé: chanvre, miscanthus, balle de riz, tournesol et colza. Une originalité du projet réside dans la prise en compte des variabilités génétiques intra-espèces et interannuelles/territoires/pratiques agricoles à travers l'implication de l'INRAE. La présence de VICAT permettra également d'utiliser différents liants dont la nature chimique est parfaitement connue. Les propriétés des matériaux seront caractérisées à toutes les échelles d'analyse : depuis la composition biochimique des plantes, leur impact sur les mécanismes d'hydratation des liants et la caractérisation des interfaces autour des particules végétales, jusqu'à leurs propriétés fonctionnelles (e.g. résistance mécanique et performances hygrothermiques). Des modèles prédictifs des performances des bétons biosourcés basés sur leur formulation seront développés, ainsi qu'un prototype de béton biosourcé aux performances thermiques et mécaniques optimisées. De plus, les données environnementales représentatives concernant les matériaux biosourcés n'étant pas disponibles à ce jour, l'analyse de cycle de vie permettra de quantifier les coûts environnementaux résultant du choix des matières premières végétales et minérales et de la production de béton biosourcé pour des applications isolantes ou structurelles.

Le projet DIAMS a pour objectif d’évaluer l’apport de mesures satellitaires dans l’infrarouge thermique (IRT) pour le diagnostic et la gestion de la surchauffe urbaine de l’échelle de la ville à celle du quartier. Il anticipe l’arrivée de nouvelles missions spatiales, dont le projet France-Inde TRISHNA (lancement prévu en 2025) qui fournira des images IRT à une résolution spatiale de l’ordre de 50 m tous les 2 à 3 jours, et plus tard la mission LSTM de l’ESA aux caractéristiques similaires. Le projet DIAMS mettra en place des méthodes robustes adaptées aux milieux urbains pour exploiter les données acquises par télédétection IRT afin d’obtenir des températures des surfaces et étudier le confort thermique à l’échelle du quartier. Pour parvenir à cet objectif, le projet est construit autour d’un volet de coordination et de 5 volets de recherche dont les objectifs sont décrits ci-dessous. Le volet MODE se concentre sur la qualification des modèles développés ou utilisés par le consortium sur la base des jeux de données sélectionnés dans le volet EXPE. Il analyse également l’impact dans ces modèles d’un forçage par les températures de surface. Le volet EXPE a pour objectif la sélection et la préparation des données expérimentales dont dispose le consortium sous forme de benchmarks pour le volet MODE et de données de validation pour le volet IRT et PREVI. Le volet IRT est dédié à la mise en place des méthodes d’exploitation des images IRT urbaines. Deux contributions majeures sont visées : une adaptation de la méthode d’estimation de la température de surface (LST) aux particularités du milieu urbain et l’utilisation de ces LST estimées en conditions aux limites des modèles microclimatiques du volet MODE. Dans le volet PREVI, il s’agit de montrer la faisabilité de produire un outil de prévision à court terme des zones chaudes ou fraîches à l’échelle du quartier en période de canicule, à partir des données IRT satellitaire à fine résolution spatiale et temporelle. Enfin, le volet APPLI met en application des développements réalisés dans les volet IRT et PREVI afin de valider la possibilité d’utiliser les outils mis en place par l’illustration sur des cas concrets. DIAMS aboutira ainsi à la mise en place des méthodes et outils pour : ● L’estimation de la température de surface (LST) en milieux urbains complexes à la résolution de 50-60 m ; ● L’utilisation conjointe de la donnée IRT et de la modélisation microclimatique pour estimer les températures d’air, ce qui permettra de mieux statuer sur la surchauffe urbaine et les conditions de confort thermique; ● L’estimation des températures prévisibles à quelques jours à partir des données IRT. De plus, le projet fournira des jeux de données préparés comme première base de cas d'études standardisés (Benchmarks) permettant aux modélisateurs de valider et comparer les outils de microclimatologie urbaine.

Ce projet a pour objectif d'améliorer les capacités de reconstruction par ordinateur de très grandes fresques en faisant collaborer des approches existantes de manière innovante dans des conditions réalistes. La reconstruction basée image consiste à déterminer l'organisation spatiale optimale entre des parties d'un objet d'intérêt caractérisé par de l'information visuelle. Un tel problème a des applications en restoration de patrimoine et en archéologie mais aussi en médecine légale et biologie. La pierre angulaire de ce projet est de combiner la puissance des approches "machine learning" (ML) pour découvrir des représentations de données optimales avec la flexibilité des formulations variationnelles afin de représenter des a priori sur les solutions recherchées. Au-delà du cadre applicatif, ce projet vise à établir des interactions multiples et originales entre le ML et l'optimisation, en impliquant soit le ML dans le calcul de certains termes de la fonctionnelle, soit dans le processus d'optimisation lui-même.

Comprendre comment des individus interagissent dans des structures socio-économiques de grande taille telles que les marchés financiers est un défi majeur. Il s’agit d’élucider comment les marchés influencent la prise de décision des individus et réciproquement, d’élucider la façon dont les particularités cognitives humaines modifient la dynamique des marchés financiers. Le but de ce projet est d’étudier ces boucles de rétro-action avec des modèles à base d’agents pourvus d’intelligence artificielle (ABM-AI). L’originalité de ce projet est d’utiliser la neuroscience computationnelle afin de doter ces ABMs-AI de mécanismes d’apprentissage réalistes et de spécificités cognitives humaines. Réciproquement, ces modèles nous permettront de réaliser des expériences avec des sujets humains afin d’étudier la manière dont les structures globales influencent la cognition humaine. Pour finir, nous analyserons les transactions d’investisseurs professionnels et amateurs afin de valider nos résultats

La plupart des plateformes en ligne implémentent un modèle économique dans lequel l’accès aux services est gratuit en échange de l’exploitation des données utilisateur. Les profils utilisateurs, créés à partir des données partagées, sont exploités pour personnaliser les services proposés et en améliorer l’efficacité. Ce modèle présente le désavantage d’être dépendent de la centralisation de profils détaillés. Cela génère des risques pour la vie privée et laisse peu de contrôle à l’utilisateur sur ses données partagées. PROPEOS proposera des algorithmes de personnalisation innovants qui donnent un rôle central à la vie privée, la transparence et la confiance. Le projet exploite une forte expertise en économie du numérique, apprentissage automatique, protection de la vie privée, analyse des médias sociaux et applications de recherche d’information et recommandation. Les résultats scientifiques seront validés dans deux scénarios applicatifs liés au tourisme et à l’e-commerce durable.

L'enthousiasme actuel pour le deep learning en TAL rencontre des limites. D'une part, l'opacité des modèles neuronaux rend leur comportement difficile à interpréter. D'autre part, l'évaluation via des benchmarks a tendance à ignorer les biais de ceux-ci, limitant la robustesse et la couverture des généralisations apprises, et engendrant une faible diversité dans le domaine en général. Le but du projet SELEXINI est de relever ces défis via le développement de **méthodes d'induction faiblement supervisée d'un lexique sémantique** à partir de corpus bruts, qui sera alors **intégré dans des modèles de traitement sémantique du texte**. Les unités lexicales sont considérées comme des abstractions utiles permettant à la fois de représenter des phénomènes linguistiques complexes (p.ex. la polysémie, la similarité, les expressions polylexicales) à l'aide d'étiquettes interprétables, tout en évitant la lourdeur et l'opacité des embeddings contextuels qui représentent chaque occurrence sous la forme d'un vecteur distinct. De plus, notre lexique induit combine des représentations continues (embeddings, clusters) et symboliques (étiquettes). Il couvre des unités mono- et polylexicales, leurs sens et leurs cadres sémantiques (arguments, rôles). Ainsi, nous proposons un nouveau point de vue sur l'interprétabilité "par construction", potentiellement complémentaire aux méthodes d'inspection de modèles neuronaux. L'évaluation du lexique induit se fera par intégration dans des tâches aval qui requièrent des informations sémantiques: compréhension de textes et identification d'expressions polylexicales. Le protocole expérimental évaluera la complémentarité entre le corpus et le lexique sur des phénomènes divers, ainsi que l'interprétabilité et l'utilité des résultats pour des utilisateurs non-experts. Cette approche devrait accroître l'interprétabilité des modèles et leur couverture sur des phénomènes diversifiés (p.ex. des éléments rares ou non vus dans un corpus d'entraînement).

L'apprentissage non supervisé est l'un des problèmes les plus fondamentaux de l'apprentissage automatique, et plus généralement de l'intelligence artificielle. Au sens large, cela revient à apprendre, à partir d'un jeu de données, une structure latente. Cette structure peut être intéressante en soi, ou peut être un ingrédient important d'une procédure complexe d'analyse de données. L'une des pierres angulaires de l'apprentissage non supervisé est le clustering, dont le but est de construire une partition des données en groupes homogènes. Outre le clustering basique, l'apprentissage non supervisé englobe une grande variété de problèmes connexes tels que le clustering hiérarchique, où la structure du groupe est plus complexe, la segmentation où la forme des clusters est contrainte, ou des problèmes de ranking/sériation pour des données exempt de structure de groupe, mais soumises à un ordre implicite. Tous ces problèmes ont déjà trouvé d'innombrables applications et l'intérêt pour ces méthodes se renforce en raison de la quantité de données non étiquetées disponibles. Nous pouvons par exemple citer le crowdsourcing - où les individus répondent à un sous-ensemble de questions, et où l'on souhaite les regrouper en fonction de leur domaine d'expertise, les classer en fonction de leurs performances, ou les classer en fonction de leurs affinités. Ces problèmes sont extrêmement pertinents pour les systèmes de recommandation et pour les analyses de réseaux sociaux. L'analyse des procédures d'apprentissage non supervisé a une longue histoire qui prend ses racines à la fois dans les communautés informatique et mathématiques. En réponse aux ponts récents entre ces deux communautés, les fondements théoriques du clustering basique ont connu des progrès substantiels. En raison de l'omniprésence du clustering en apprentissage non supervisé, nous pensons que ces progrès peuvent avoir un large et profond impact dans ce domaine. Le premier volet d'ASCAI est de propager les récentes avancées du clustering basique à des problèmes où la structure latente est soit plus complexe, soit plus contrainte. Nous examinerons les problèmes où la complexité des structures latentes est croissante - en partant du clustering hiérarchique et en nous dirigeant vers le ranking, la sériation et la segmentation - et proposerons de nouveaux algorithmes qui s'appuieront les uns sur les autres, en se concentrant sur les interfaces entre ces problèmes. En conséquence, nous prévoyons de fournir de nouvelles méthodes qui sont valides sous des hypothèses plus faibles par rapport à ce qui est habituellement fait - par exemple des hypothèses paramétriques tout en s'adaptant à la difficulté intrinsèque inconnue du problème. De plus, dans les formes d'application les plus actuelles, l'apprentissage non supervisé s'effectue de manière séquentielle. Citons comme exemple un système de recommandation qui conseille séquentiellement des objets à des utilisateurs. Dans ce contexte où des décisions séquentielles et actives sont prises, il est important de tirer parti de la structure latente sous-jacente. Alors que les domaines de l'apprentissage non supervisé et de l'apprentissage séquentiel et actif sont florissants, la recherche entre ces deux domaines a été menée principalement séparément par chaque communauté - conduisant à des procédures qui peuvent être améliorées. le deuxième volet d'ASCAI sera donc de réunir les domaines de l'apprentissage non supervisé et de l'apprentissage actif, afin de proposer de nouveaux algorithmes plus efficaces pour exploiter la structure latente inconnue de manière séquentielle. Nous examinerons les mêmes problèmes d'apprentissage non supervisé et nous nous concentrerons sur le développement d'algorithmes qui tirent pleinement parti des nouvelles avancées en matière de clustering - ainsi que de nos propres travaux futurs.

Si les performances techniques du traitement automatique des langues ont crû ces dernières années, il est important d'étudier comment il contribue à une tâche d'aide à la décision qui aide un spécialiste en exploitant le contenu de textes. Dans ce contexte, le domaine spécialisé limite les données d'entraînement disponibles en-domaine et donne de l'importance à la terminologie et aux connaissances a priori ; et typiquement des données structurées sont aussi à prendre en compte. PREDHIC explore des directions de recherche associées dans les méthodes neuronales de représentation et classification de textes et évalue leur impact sur une tâche et des données réelles, dans un cadre multicentrique : l'estimation du risque de réhospitalisation et de décès de patients insuffisants cardiaques, une question d'un grand intérêt clinique. Il associe des spécialistes de TAL de deux équipes d'informatique à des spécialistes de l'information médicale et de l'insuffisance cardiaque de deux hôpitaux.

La mise en place de technique de croissance directe des chalcogénures de métaux de transition, MX2 [M=W/Mo, X=S/Se/Te], ou autres matériaux bi-dimensionnels (2D) sur des substrats conventionnels ou van der Waals est un verrou majeur pour leur utilisation dans les dispositifs. L’étude porte tout d’abord sur l’amélioration et la mise en place d’un procédé de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) pour la synthèse de mono-feuillets de WSe2 (structure hexagonal 1H) et WTe2 (structure monoclinique 1T'), qui ont respectivement montré des caractères de semi-conducteur à gap direct et de semi-metal à température ambiante. Le sujet principal de l'étude porte sur le contrôle par un champs électrique externe de la transitions de phase 1H-1T’ dans les alliages WSeTe à la composition critique. Du fait de son caractère réversible et faiblement énergétique, cette transition de phase entre les états isolant (semi-conducteur, 1H) et conducteur (semi-metal, 1T') permet d'envisager des applications pratiques. On propose donc de fabriquer un transistor à effet champs, ainsi basé sur un mono-feuillet 2D de WSeTe, permettant d’étudier la dynamique du système et son implémentation pratique.

L’épitaxie de semiconducteurs III-V sur Si (001) est hautement stratégique, mais les nombreux défauts cristallins créés dès l’étape de nucléation, sont un obstacle au développement de la photonique sur Si. Nous proposons d’explorer in situ et à l’échelle atomique, la formation de ces défauts, de suivre en temps réel leur évolution structurelle et d’identifier des stratégies pendant la croissance pour les rendre moins nuisibles. Nous configurerons NanoMAX (un microscope électronique en transmission équipé de sources de jets moléculaires) pour atteindre ces objectifs. Les conditions initiales reproduiront celles utilisées dans les bâtis MBE conventionnels et à leur tour, les conditions optimisées dans NanoMAX seront appliquées à la croissance d’hétérostructures pour dispositifs. L’interprétation des observations in situ sera accompagnée de calculs DFT, de caractérisations ex situ et de la mesure des performances des dispositifs fabriqués avec des conditions de nucléation optimisées.

OFELIA vise à développer une nouvelle classe de dispositifs, à savoir un laser à électrons libres sur puce (FEL), et à apporter leur polyvalence à l'optique intégrée. Ces lasers reposeront sur l’émission Tchérenkov stimulée générée à l'intérieur d'une structure diélectrique périodique, traversée par un faisceau d'électrons émis par un canon à électrons intégré sur la même puce. Ces FEL seront constitués d’une cavité à cristal photonique, avec une structuration sous-longueur d'onde, associée, à un canon à électrons à effet de champ basse tension comprenant des électrodes pour focaliser les électrons. Grâce à cette conception originale de la cavité et du canon à électrons, ces FEL fonctionneront à une tension basse typique de 200 V et dans un vide modéré, de l’ordre du mbar, offrant des FEL de taille inférieure au millimètre, à faible coût, compatible CMOS et efficace énergétiquement. Ces FELs seront une première mondiale et deux gammes de longueurs d'onde seront spécifiquement ciblées dans ce projet comme preuve de concept en raison de leur importance: (i) le proche infrarouge, afin d'aborder les applications télécoms et relever le défi de l'émission lasers en photonique silicium et (ii) l'infrarouge moyen en raison de son importance dans l'identification de diverses molécules par spectroscopie, dans le domaine des contre-mesures militaires et également dans le domaine émergent des communications optiques en espace libre. Ne reposant pas sur le transport de charges dans un semi-conducteur, les lasers intégrés proposés devraient être plus robustes que les dispositifs à semi-conducteurs, en particulier dans des environnements extrêmes impliquant des températures élevées et une exposition à divers rayonnements (par exemple, le vide spatial, les réacteurs de centrale nucléaire,…). Ce défi, qui peut conduire à un nouveau paradigme, la photonique à électrons libres, de l'UV au THz, sera relevé par quatre partenaires (C2N, ILM, LPS, TRT) qui couvrent toute l'expertise requise par le projet en photonique, en dynamique des faisceaux d'électrons, en nanofabrication ainsi qu’en conception et caractérisation de canons à électrons.

Le cerveau humain peut apprendre de nouveaux souvenirs sans oublier ceux qu'il a déjà appris. Les réseaux neuronaux artificiels, destinés à effectuer des calculs à très haute performance en imitant le schéma de calcul du cerveau humain, souffrent d'une perte critique de mémoire des tâches précédemment apprises lors de l'apprentissage de nouvelles tâches. Une façon de contourner ce problème est d'attribuer à l'état binaire (+/-1) des synapses artificielles une valeur cachée codant l'importance de cette mémoire, ce qui rendra plus facile ou plus difficile l'oubli lors de l'apprentissage d'une nouvelle tâche. C'est ce qu'on appelle la "métaplasticité". L'objectif principal de ce projet est de démontrer une nouvelle mémoire spintronique basée sur le mouvement des parois des domaines et la magnéto-ionique qui peut fonctionner comme une synapse métaplastique. Dans ce projet, je propose un premier démonstrateur qui ouvrira la voie à une implémentation matérielle de la métaplasticité.

De nombreuses applications, telles que la détection de molécules ou l'imagerie infrarouge ont un besoin crucial de détecteurs quantiques infrarouges multi-bandes efficaces fonctionnant de 8 µm à 14 µm. Néanmoins, une brique technologique fondamental reste encore indisponible dans cette gamme spectrale : la colorisation des pixels. En effet, les filtres de taille identique au pixel, généralement des filtres de Bragg, restent difficiles à concevoir et à produire. De plus, les détecteurs multi-bandes reposent soit sur des pixels individuellement colorés sur un seul détecteur, soit sur une combinaison de plusieurs détecteurs et de filtres dichroïques. Dans le premier cas, la moitié du flux photonique entrant, qui est déjà faible au départ (75 % pour un détecteur à 4 bandes) est intrinsèquement sacrifié. Dans le second cas, c’est la compacité du détecteur qui est sacrifiée, alors même que la complexité de sa conception explose. La nanostructuration des photodétecteurs a récemment offert une approche innovante pour résoudre simultanément ces deux problèmes en produisant la fonction de tri des photons. L'idée centrale est de fonctionnaliser chaque pixel individuellement avec une nanostructure métallique de dimension inférieur à la longueur d'onde. Dans leur bande spectrale de résonance, les nano-antennes collectent la lumière incidente sur une surface plus grande que leur surface géométrique et la localisent à différents endroits à l'intérieur du pixel en fonction de leur énergie. Ainsi, en isolant les différentes localisations de concentration de lumière, chaque pixel individuel peut générer plusieurs photocourants correspondant aux différentes bandes spectrales. La réalisation et la caractérisation d'un tel photodétecteur à tri de photons est l'objectif principal et de ce projet. Dans l'optique d'une future imagerie infrarouge bi-spectrale, nous utiliserons deux concepts complémentaires : la structure "nano Fabry-Perot couplée" (nFPc), qui est une nouvelle nanostructure multi-résonante, et un détecteur à cascade quantique (QCD) diagonal de quelques périodes. Le QCD diagonal est la jonction absorbante le plus approprié pour la photodétection bi-spectrale nanostructurée. En effet, tout en ne nécessitant aucune passivation de surface (il s'agit d'un détecteur à puits quantiques inter-sous-bandes), la conception diagonale permet de relever plusieurs défis auxquels sont confrontés les QWIP. Premièrement, dans cette structure asymétrique, un électron peut être promu vers un doublet de puits quantiques couplés par effet tunnel, assurant une absorption bi-spectrale efficace et adaptable. Deuxièmement, ce QCD est une technologie mature et bien établie dont les propriétés de bruit ne sont pas limitées par un courant d'obscurité activé par la température. Le résonateur appelé "nano résonateurs Fabry-Perot couplés" (nFPc) a été récemment développé et breveté par le coordinateur. Il est basé sur l'excitation de « dark-mode » à haut facteur de qualité dans des cavités Fabry-Perot couplées. Il présente plusieurs propriétés intéressantes telles que : une absorption totale avec une cavité épaisse (300-1000nm) qui peut contenir 3-10 périodes QCD et une concentration de champ dépendant de la longueur d'onde qui permet le triage des photons. Dans le projet, ces nano résonateurs Fabry-Perot couplés seront appliqués à la détection et au tri de photons dans le LWIR (8-12 µm) dans un détecteur à cascade quantique diagonal (QCD). Le premier objectif sera de démontrer la détection bi-spectrale et une augmentation d'au moins 10K du TBLIP du QCD nanostructuré. Le deuxième objectif sera la démonstration et la caractérisation de la fonction de tri des photons avec une séparation spectrale d'au moins 1 µm. Le troisième objectif est d'anticiper les améliorations technologiques qui permettraient d'accroître l'applicabilité du dispositif dans les futurs FPA.

CONTEXTE : Alors que l'essor des recherches sur les ondes THz est encore loin de combler le manque de technologies THz, l'imagerie à l'échelle nanométrique et à des échelles de temps inférieures à la picoseconde est un sujet brûlant pour la micro- et la nano-spectroscopie. Comme ces techniques peuvent potentiellement révéler la dynamique des ondes THz et leur dispersion spatiale de manière non-destructive, elles devraient permettre de mieux comprendre les excitations THz et de lever certaines limites des dispositifs THz en développement. Cependant, la diffraction aux longueurs d'onde THz (≈ 50 um) limite fortement la résolution spatiale des microscopes à champ lointain et l'amplitude THz collectée des microscopes à champ proche limite fortement leur niveau de signal sur bruit (SNR). Le projet TRAPIST propose donc une solution originale et innovante basée sur les technologies spintroniques pour dépasser les limites de SNR dans les microscopes THz champ proche à large bande. Réciproquement, cet outil sera sans précédent pour caractériser les nouveaux dispositifs THz spintroniques et à base de matériaux 2Ds. OBJECTIFS : TRAPIST intégrera des émetteurs THz spintroniques (STEs) nanométriques dans un microscope optique champ proche à balayage et à diffusion (s-SNOM). À cette fin, TRASPIST est structuré autour de trois objectifs clés : 1) Maîtriser des STEs à bande spectrale large, efficace, contrôlables en polarisation et nanométriques en utilisant des interfaces spintroniques actives, 2) Intégrer les STEs dans un s-SNOM en utilisant deux approches, en (a) plaçant le STE nanométrique sous la pointe AFM de diffusion, ou en (b) l'intégrant directement sur la pointe pour offrir un nouveau type de nanospectroscopie THz 3D, 3) Générer les toutes premières images avec une bande spectrale jusqu'à 15 THz sur deux sujets majeurs de recherche en nanophotonique et en spintronique THz : (a) la dynamique des plasmons THz dans les matériaux 2D et (b) la dynamique des magnons THz dans des nanostructures antiferromagnétiques et multiferroïques. Pour ce faire, TRAPIST s'appuie sur les réalisations précédentes des partenaires du projet en exploitant les meilleures performances de nouveaux types de STEs, sur le développement de s-SNOM commerciaux basés sur des pointes AFM et sur l'expertise des partenaires dans les technologies THz et les dispositifs spintroniques et magnoniques. RÉSULTATS/IMPACT : Les résultats de TRAPIST auront des volets à la fois fondamentaux et directement applicables. En ce qui concerne le volet applicatif, TRAPIST développera un microscope champ proche à large bande spectrale intégrant des technologies spintroniques et un niveau record de signal sur bruit. En proposant une intégration directe d’un STE dans une technologie SNOM mature, nous anticipons une augmentation rapide du niveau de TRL durant le projet. Cela permettra ainsi la caractérisation et l'optimisation de nouveaux dispositifs nanophotoniques et spintroniques THz, ainsi que des applications directes pour les processus d'ingénierie inverse. Sur le plan fondamental, TRAPIST apportera de nouvelles connaissances sur les mécanismes de génération THz des STE, tant en 2D qu'en 3D, et une nouvelle compréhension de la dynamique THz dans les matériaux 2D (plasmons et phonons) et AFM (magnons, phonons et leurs quanta hybridés). CONSORTIUM : Le projet TRAPIST rassemble une équipe complémentaire d'experts en spintronique (UMPhy/Thales) et en technologies THz (IEMN, LPENS, Thales). Le consortium maîtrise toutes les étapes nécessaires à la réalisation des objectifs de TRAPIST : croissance et modélisation de STEs à UMPhy/Thales, spectroscopie THz (LPENS) et microscopie en champ proche (IEMN), intégration de dispositifs (IEMN, Thales, UMPhy).

La modulation rapide de phase et d’amplitude est essentielle pour un grand nombre d’applications, comme la stabilisation de lasers, la détection cohérente, les communications optiques, la spectroscopie etc. Dans le moyen-infrarouge (MIR, 3-12µm), les modulateurs (MD) large-bande sont inexistants, ce qui entrave les progrès de la photonique dans cette gamme de fréquences. Dans ce projet nous proposons le développement de deux types de MD MIR, l'un d’amplitude, l'autre de phase, à la fois intégrés, à haut-rendement, et large-bande (jusqu’à ~40GHz). Ces MD pourront répondre aux besoins de l’industrie de la photonique MIR en pleine émergence. La réponse en fréquence de ces dispositifs (optimisés dans la gamme 9.5-10.5µm) sera caractérisée avec un détecteur ultra-large bande (>70GHz) que nous avons développé. Enfin, le potentiel des MD pour les applications en spectroscopie et la détection de gaz sera démontré par la réalisation d’une expérience originale de spectroscopie à haute résolution.

Ce projet vise à explorer de nouveaux modes de fonctionnement de micro- et nano-lasers pour de la photonique intégrée. Ils sont basés sur des guides d’onde polaritoniques (GaN), un milieu actif "tout-en-un" très différent des couches actives semiconductrices usuelles, et qui invite à reviser de manière profonde les mécanismes laser : ils fournissent un très fort gain, de faibles pertes par absorption et une non-linéarité de focalisation. Le défi consistera à contrôler la dynamique du laser en le structurant de manière périodique pour réaliser des sources continues ou impulsionnelles (de très faible énergie par impulsion), puis un laser topologique intégrant un isolateur optique intra-cavité. Notre consortium comporte la masse critique en termes de ressources humaines et d’expertise scientifique, ainsi que les moyens de croissance, de fabrication, de modélisation, et les plateformes spectroscopiques pour être compétitif au niveau international et atteindre les objectifs du projet.

Les dispositifs optoélectroniques (LED, cellules solaires, lasers, détecteurs) jouent un rôle de plus en plus important, dans le domaine de la lutte contre le changement climatique ou pour le traitement ultra-rapide des données. Les principes de fonctionnement étant bien connus, les améliorations sont souvent incrémentales et limitées par les propriétés des matériaus. De nouvelles perspectives fondées sur l'exploitation de phénomènes fondamentaux sont nécessaires. Dans ce contexte, EVEREST vise à développer une nouvelle famille de dispositifs dont les propriétés électroniques sont améliorées par l'interaction avec les photons (fluctuations) du vide. Un objectif majeur du projet est la démonstration d'un capteur de proximité qui fonctionne jusqu'à des distances de quelques centaines de nm. Ce résultat sera une première démonstration d’un dispositif réel qui se base sur concepts empruntés à l'électrodynamique quantique en cavité. À long terme, l'objectif d'EVEREST est de comprendre et maitriser l'interaction entre les photons virtuels et le transport électronique dans les systèmes moyen-infrarouges (3-12 um) fonctionnants dans le régime de couplage fort et ultra-fort lumière-matière. L'idée centrale est d'exploiter les principes de la mécanique quantique du couplage fort lumière-matière dans les systèmes à microcavité. Dans ce régime, le couplage lumière-matière est plus fort que les processus de déphasage, produisant ainsi de nouveaux états hybrides appelés polaritons. Si le couplage est très fort (ce qu'on appelle le «couplage ultra-fort»), les modifications induites par le vide quantique deviennent significatives et induisent de changements mesurables dans les propriétés du dispositif. Ce nouveau degré de liberté permet d'obtenir des fonctionnalités qui ne sont pas disponibles avec les paradigmes existants. Plus précisément, nous ciblerons des dispositifs dont le transport électronique dépend - dans l'obscurité - de l’intensité du couplage lumière-matière. On utilisera des structures QWIP ainsi que sur des diodes tunnel résonantes (les deux architectures sont basées sur les transitions inter-sous-bandes dans des puits quantiques à semiconducteurs) qui sont en résonance avec les modes d’une microcavité. Sur la base de cette étude fondamentale, nous développerons ensuite un nouveau type de capteur de proximité. La recherche proposée est de nature fondamentale et originale. Des travaux antérieurs ont étudié uniquement les propriétés optiques des systèmes en couplage forte lumière-matière. Notre étude cible pour la première fois les propriétés électroniques, ce qui de grand intérêt pour la compréhension, mais aussi pour le développement futur de toute une nouvelle classe de dispositifs électroniques. Chercheurs impliqués : Le projet sera coordonné par Raffaele Colombelli, Directeur de Decherche CNRS au C2N (France) et Karl Unterrainer, Professeur au Photonics Institute, TU Wien (Autriche).

Les générateurs de peignes de fréquences optiques à l'échelle de la puce peuvent révolutionner de nombreuses applications scientifiques et industrielles. On peut citer en particulier les communications optiques à très haut débit utilisant le multiplexage en longueur d’onde (WDM) massivement parallèle, la télémétrie optique ultra-rapide et le LiDAR, ainsi que le traitement des signaux photoniques-électroniques à très large bande. Toutefois, si les expériences en laboratoire ont montré l'extraordinaire potentiel de ces systèmes, leur viabilité pratique dans des applications réelles reste limitée en raison d’inconvénients majeurs des sources de peignes de fréquences actuellement disponibles. Plus précisément, il n'existe actuellement aucun générateur de peignes capable de fournir des spectres à large bande avec une largeur de raie optique et un bruit de phase faibles, tout en offrant un fonctionnement simple et un rendement énergétique relativement élevé dans un module à l'échelle de la puce. Le projet HybridCombs vise à surmonter ce manque en explorant, concevant, mettant en œuvre et démontrant expérimentalement une nouvelle classe de sources de peignes de fréquences à l'échelle de la puce, qui associe les avantages distincts des peignes de Kerr à solitons avec ceux des lasers à verrouillage de mode à base de composés III-V de faible dimension. Sur le plan technologique, notre approche s'appuie sur des modules hybrides multi-puces qui combinent des diodes laser à verrouillage de modes à bâtonnets quantiques (QD-MLLD) ou des amplificateurs optiques à semi-conducteurs réflectifs à base de QD (QD-RSOA) avec des circuits photoniques linéaires et non linéaires spécifiquement co-conçus à base de Si3N4, tirant ainsi avantage des atouts complémentaires des deux plateformes d'intégration. Nous établirons un cadre théorique détaillé qui décrit quantitativement le verrouillage par injection multi-tons de QD-MLLD ou de QD-RSOA sur des circuits de rétroaction optique Si3N4 linéaires et non linéaires. Nous concevrons et réaliserons les dispositifs III-V et Si3N4 sous-jacents, et les combinerons au moyen d'éléments de couplage optique avancés imprimés en 3D. Sur la base de ces principes, nous réaliserons des sources hybrides de peignes de fréquences à l'échelle de la puce avec des performances sans précédent en termes de largeur de raie et de consommation énergétique. De même nous démontrerons expérimentalement leur viabilité pratique dans des applications sélectionnées telles que les communications optiques à bande ultra-large, la télémétrie optique ou le traitement du signal photonique-électronique. Le consortium du projet est composé d'équipes françaises et allemandes de premier plan au niveau international, qui sont dans une position idéale pour aborder la recherche proposée, à la pointe de la science internationale. Nous sommes convaincus que la démonstration réussie de ces sources de peignes de fréquences aura un impact profond sur une série d'applications industrielles et scientifiques qui pourront être efficacement traitées par les partenaires du consortium.

Le développement des technologies hautes fréquences dans la gamme millimétrique (30-300 GHz) ouvrent de nombreuses perspectives dans des domaines technologiques variés, notamment celui des systèmes de communication et de traitement de l’information. L'un des éléments clés dans la chaine de traitement du signal est l'amplificateur dont les caractéristiques de gain, de bande passante et de bruit vont déterminer en grande partie les performances de la chaine. Les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) à base de phosphure d'indium et d'arséniure de gallium offrent actuellement de très bonnes performances pour une amplification à faible bruit dans la gamme [1-100GHz] lorsqu'ils sont refroidis à des températures cryogéniques (<10 K). Ils présentent généralement des gains élevés (>20dB), des bandes passantes de une ou plusieurs octaves et une grande plage dynamique. Pour les applications les plus exigeantes comme par exemple la lecture non-destructive de l'état de bit quantiques ou pour la radioastronomie, les amplificateurs paramétriques Josephson (Josephson Parametric Amplifier - JPA - en anglais) offrent de meilleurs performances de bruit en s'approchant de la limite quantique. Ces amplificateurs exploitent la réponse non-linéaire de jonctions Josephson ou de SQUIDs supraconducteurs pour transférer l'énergie d'un signal de pompe de forte amplitude au signal à traiter. Les JPA conventionnels incorporent généralement des éléments résonants mais lorsque des bandes passantes d'une ou plusieurs octaves sont nécessaires, les JPA à ondes progressives conçus comme des lignes de transmission microonde comportant de multiple éléments Josephson sont préférables. Les amplificateurs paramétriques sont aujourd'hui exclusivement fabriqués avec des matériaux supraconducteurs conventionnels tels que l'Aluminium ou le Niobium. Ils sont opérés à très basse température dans des cryostats à dilution (<50mK) pour s'affranchir des fluctuations thermiques et fonctionnent généralement dans une gamme de fréquence restreinte [1-10GHz]. Pour rendre cette technologie plus accessible, notamment dans les domaines d'applications n'exigeant pas une sensibilité ultime (communications, spatial, environnement...), il serait très intéressant d'étendre la plage de température de fonctionnement de ces amplificateurs (30-50K), et limiter ainsi la contrainte d'une cryogénie lourde. De même, pour suivre la montée en fréquence des technologies millimétriques, il est souhaitable d'étendre les fréquences de fonctionnement jusqu'à 100GHz et au-delà, gamme dans laquelle les amplificateurs HEMT peinent à fonctionner. L’objectif du projet ARPEJ est d’exploiter l’effet Josephson pour réaliser des amplificateurs très-bas bruit et à basse consommation énergétique, ce qui établirait une technologie habilitante pour la nouvelle génération des capteurs millimétriques. Le projet vise à fabriquer des amplificateurs paramétriques Josephson à ondes progressives entièrement en supraconducteurs à haute température critique (YBa2Cu3O7) fonctionnant à une température comprise entre 30K et 50K. Le design sera adapté des travaux récent du partenaire Institut Néel et le dispositif sera réalisé en utilisant la technologie des jonctions Josephson irradiées développée depuis plusieurs années au sein du partenariat ESPCI-THALES-C2N. Le potentiel haute fréquence de ces jonctions a déjà été démontré avec la réalisation de mélangeurs Josephson hétérodynes opérant jusqu'à 400 GHz. Un premier démonstrateur fonctionnant dans la bande Ka (26.5-40 GHz) notamment utilisé pour les communications satellites et les radars permettra d'évaluer le potentiel de la technologie. Le but final sera de réaliser un amplificateur paramétrique opérant dans la gamme W (75-110GHz) correspondant à l'une des fenêtres de transmission atmosphérique. Les technologies développées dans le projet ARPEJ concernent très directement les domaines d'activité du partenaire industriel THALES TRT.

Il y a quelques mois, l'avantage de l'informatique quantique, grâce à l'échantillonnage de boson Gaussien a été montré au travers d’une expérience sur un banc optique de 3 m² et, il y a quelques semaines seulement, par son équivalent en photonique intégré. L’élément crucial, démontrée récemment, est une source de lumière non classique (comprimée) intégrée et évolutive. En nous appuyant sur notre premier Oscillateur Paramétrique Optique à l'échelle nanométrique, qui vient d'être démontré, et sur nos nanodispositifs hybrides III-V sur plateforme photonique en silicium, nous construirons une source évolutive de lumière comprimée, qui réduira le budget énergétique et l'encombrement de deux ordres de grandeur. Pour ce faire, la qualité de notre OPO en tant que source sera évaluée, tandis que son homologue intégré sera conçu et optimisé. Comme preuve d'évolutivité, nous démontrerons le fonctionnement simultané d'au moins deux OPO intégrés sur un même circuit photonique en silicium, ouvrant ainsi la voie à la miniaturisation de la photonique quantique. obtenir une sensibilité ultime.

L'électroluminescence des solides est l'apanage des semiconducteurs et des matériaux organiques apparentés. Cependant, en 2019, nous avons découvert qu'un transistor graphène (un semi-métal 2D), encapsulé dans du Nitrure de Bore hexagonal, et soumis à un fort biais devient électroluminescent dans le moyen infrarouge. Ce type de dispositif fonctionne à l'air libre et est susceptible de constituer une technologie de rupture dans le domaine des sources moyen infrarouge. En effet, les sources compactes et bon marché sont inefficaces et lentes dans ce domaine optique qui présente un intérêt considérable pour la télécommunication non guidée et la détection de polluants. Le triple défi relevé par le consortium ELuSeM est de renforcer la compréhension des mécanismes de base conduisant à l'électroluminescence des transistors de graphène encapsulés, d'optimiser la géométrie et d'exploiter le couplage en champ lointain avec des nano-antennes pour extraire une fraction significative (quelques %) du budget de puissance électrique, et d'étudier de nouvelles voies à faible coût pour la production du Nitrure de Bore hexagonal à grande échelle.

En implémentant une combinaison d'approches optiques ultra-rapides avancées, SPINUP a pour objectif final l’étude des caractéristiques dynamiques ultrarapide de la propagation d'impulsions de courant de spin sub-picosecondes à l'échelle nanométrique. La méthodologie principale reposera sur les mesures directes, résolues spatialement (inférieures à 30 nm) et temporellement (inférieures à 50 fs) des courants de spin purs utilisant des techniques avancées de microscopie et spectroscopie optique non linéaire en champ proche. SPINUP me permettrait finalement de développer un nouveau domaine d’expertise au CEA / SPEC, axé sur l’optique en champ proche résolue dans le temps et permettant d’étudier les nouvelles tendances de la spintronique ultra-rapide. L’impact scientifique attendu de cette ANR JCJC SPINUP sera substantielle pour la prochaine génération de dispositifs de spintronique ultrarapide et, dans un cadre plus général, pour les thématiques de dynamique ultrarapide en nanoscience.

L'objectif de PHOTOMIC est de développer et d'intégrer des matériaux organiques pour le calcul neuromorphique tout photonique. Notre approche consiste à développer des matériaux photochromiques en tant qu'éléments actifs de synapses tout-optiques à interfacer avec des neurones photoniques semi-conducteurs en vue de schémas d'apprentissage automatique innovants. Plus précisément, nous développerons un système modèle élémentaire hybride semi-conducteur / matériau organique pour implémenter un algorithme d'apprentissage automatique. Il combinera des lasers à semi-conducteurs à micro-piliers ultra-rapides en tant que neurones impulsionnels et des matériaux photochromiques organiques optimisés. Deux types d'effets photochromiques seront considérés : la modulation directe de l'indice de réfraction et la formation de relief de surface. Ce projet très interdisciplinaire combine la photonique basée sur les semi-conducteurs, la photophysique, la photonique moléculaire et la chimie organique.

L'essor exponentiel des services offerts par la société de l’information requiert des réseaux de transmission et de traitement de données à très haut débit, nécessitant des composants haute fréquence (HF). Les dispositifs à effet tunnel (DTs) offrent des performances potentiellement supérieures à celles des dispositifs thermoïniques car ils ne sont pas limités par l'activation thermique des porteurs et peuvent présenter une résistance différentielle négative, caractéristique unique et différenciante pour le développement de sources et détecteurs HF. Cependant, les DTs sont très sensibles à la structure chimique et électronique de l'interface tunnel et leurs performances sont entravées par la nature covalente des liaisons à l'interface lorsqu'ils sont fabriqués à l'aide des semi-conducteurs Si, Ge ou III-V. Il est donc impératif d'explorer des matériaux émergents pour améliorer la qualité de l'interface tunnel. L'absence de liaisons pendantes de surface dans les dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels (DMTs) permet la formation d'hétérostructures de van der Waals et une intégration sans contrainte. Des résultats expérimentaux récents ont confirmé la valeur ajoutée des DMTs pour les DTs gouvernés par le transport tunnel bande à bande. Cependant, à ce jour, ces dispositifs ont été élaborés à partir de couches exfoliées ou transférées, ce qui se traduit par une faible intégrité des interfaces ainsi que par une fiabilité et un passage à l’échelle limités. Le projet Tunne2D vise à évaluer les capacités des DMTs pour les DTs en fabricant différentes diodes tunnel à l'échelle du wafer et en les caractérisant entièrement à basse et haute fréquence. Les objectifs sont: i) la croissance d'hétérostructures de DMTs par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et épitaxie par jets moléculaires (EJM) et leur caractérisation approfondie ; ii) la conception de diodes tunnel basée sur la simulation des propriétés des matériaux et de transport; iii) la fabrication des diodes; iv) la comparaison entre les diodes obtenues par CVD ou EJM pour déterminer les avantages/inconvénients des deux approches; v) l'évaluation comparative des diodes DMTs par rapport à celles utilisant des semi-conducteurs conventionnels. Les hétérostructures de haute qualité obtenues dans Tunne2D ouvriront la voie à des DTs plus complexes et offriront de nouvelles opportunités pour le développement de dispositifs optoélectroniques et photocatalytiques. Le projet se focalisera sur les DMTs à base de Se, offrant la variété de matériaux requise pour fabriquer ces diodes : métaux, semiconducteurs de type p et n. Notre approche repose sur la forte interaction entre les aspects matériaux, la modélisation, la simulation et l'étude électrique des dispositifs. Elle regroupe 4 partenaires académiques (IEMN, CINTRA, C2N, CP2M) aux compétences et équipements complémentaires dans l'élaboration et la caractérisation des matériaux, la fabrication et la simulation des dispositifs. L'IEMN a un système MBE entièrement dédié à la croissance de DMTs et est expert dans le développement de dispositifs 2D avec des techniques de fabrication avancées. Une approche originale utilisant des précurseurs à source unique sera explorée, en étroite collaboration avec le CP2M, expert dans la conception de précurseurs pour les techniques de dépôt en phase gazeuse. CINTRA, très actif dans le domaine de la croissance des DMTs par CVD, a récemment démontré la polyvalence de cette technique pour plus de 30 matériaux et l'intérêt des précurseurs organométalliques pour les films continus de MoS2 à grande échelle. Cette approche sera étendue aux séléniures. Le C2N a une longue expérience des simulations de dispositifs à effet tunnel et s'est récemment concentré sur les DMTs. Le succès du consortium reposera sur un partenariat de long terme entre l'IEMN et CINTRA, une longue expérience de projets conjoints entre l'IEMN et le C2N et la grande habitude du CP2M à travailler avec des physiciens des matériaux.

Les courants de spin sont les éléments de base de la spintronique, l'un des domaines les plus actifs et les plus prometteurs pour le développement de la prochaine génération de dispositifs nanoélectroniques. Ils sont utiles, par exemple, pour réaliser et entretenir l'oscillation de vortex oscillants dans des capteurs et des émetteurs par utilisation de ce que l'on appelle l'effet de couple de transfert de spin. Ces courants de spin sont aujourd'hui principalement générés par des courants électriques filtrés en spin, ce qui consomme malheureusement de l'énergie. Ici, en utilisant des techniques de modélisation de pointe, nous proposons d'explorer une approche alternative et moins énergivore pour générer directement des courants de spin en utilisant la lumière du soleil dans des super-réseaux à base de matériaux ferroïques tels que BiFeO3 / SrRuO3 ou BiFeO3 / LaFeO3. Plus précisément, nous nous concentrerons sur les courants de spin photo-induits (a) directement dans les couches individuelles par les porteurs de spin photo-excités hors-équilibre et (b) par l'interface en utilisant une combinaison d'effets photovoltaïques et Rashba-Edelstein; en outre, les durées de vie des photo-porteurs de spin chauds par rapport à leur diffusion à l'intérieur des matériaux et à l'interface seront évaluées pour comprendre le facteur limitant de la conversion du rayonnement optique en porteurs de spin photo-excités hors équilibre. La présente proposition va au-delà des études précédentes, principalement centrées sur le photocourant de spin généré par la lumière polarisée de manière circulaire dans des structures de puits quantiques à base de GaAs en ce qu'elle se concentre sur les courants de spin générés sous une lumière polarisée linéairement dans des matériaux fonctionnels nanostructurés (ferroïques). Ce projet nouveau et original, en fusionnant deux sujets actuellement d'actualité (spintronique et photovoltaïque hors équilibre dans les matériaux ferroïques), permettra de découvrir les mécanismes fondamentaux et clés impliqués dans la génération optique de courants de spin par la lumière polarisée linéairement, dans des matériaux artificiellement conçus (les super-réseaux).

Le LiFi est considéré comme une solution de connectivité pertinente pour faire face à l'explosion du trafic attendue avec la 5G et encore plus avec la 6G. Les systèmes LiFi utilisés actuellement pour l’accès réseau en intérieur, par exemple dans les bureaux, sont basés sur le concept de cellules générées par des points d’accès (AP) installés au plafond. En déployant plusieurs AP, on peut alors assurer la couverture continue d’une pièce complète, avec des débits pouvant aller jusqu’à 100 Mbps par cellule pour certains produits. Néanmoins, cette topologie de réseau LiFi est soumise à de nombreuses contraintes. Par exemple, des mécanismes spécifiques de gestion des interférences et de handover entre APs sont nécessaires pour assurer une communication continue aux utilisateurs en mouvement. Or, ces mécanismes nécessitent la transmission d’une quantité importante de données de signalisation en plus des données utiles, ce qui limite le débit et la latence dédiés aux utilisateurs et réduit donc la qualité de service (QoS). Par ailleurs, les données d’un utilisateur peuvent être écoutées par un autre utilisateur qui se trouve dans la même cellule ce qui, quoique déjà moins probable que dans le cas de communications radios, pose des problèmes de sécurité. Pour résoudre ces problèmes, le projet SAFELiFi propose de développer un système LiFi sans cellule. Chaque AP serait dans ce cas équipé d’antennes optiques orientables capables de suivre en temps réel les mouvements des utilisateurs afin de leur fournir un signal optique directif et concentré. Les liens optiques ainsi établis entre APs et utilisateurs conserveraient alors un rapport signal à bruit très élevé et seraient moins sujets aux interférences, ce qui permettrait d’améliorer considérablement la QoS. Par ailleurs, du fait de leur directivité, ces liens seraient très difficiles à capter par un dispositif hostile et donc extrêmement sécurisés de manière physique. Pour aboutir à un tel système, six briques fondamentales devront être développées : 1) un algorithme de localisation et de suivi ; 2) une plateforme matérielle orientable, qui suivra à partir des informations de l’algorithme de localisation les utilisateurs desservis ; 3) une en-tête optoélectronique optimisée dédié à l’émission et à la réception des signaux optique à haut débit et sur plusieurs longueurs d’ondes ; 4) une couche physique optimisée avec notamment une modulation optimisée pour des conditions de rapport signal à bruit élevé ; 5) un mécanisme de handover/répartition du trafic horizontal permettant de répartir le trafic entre AP et de gérer les changements d’AP lorsqu’un utilisateur est mobile et 6) un mécanisme de handover/répartition du trafic vertical permettant de répartir le trafic entre réseau LiFi et réseau radio (par exemple réseau WiFi) et d’assurer le passage d’une technologie à l’autre si nécessaire (par exemple de passer au réseau WiFi si le lien LiFi est bloqué par un obstacle). L'objectif final du projet est de mettre en place un démonstrateur composé de quatre AP et de quatre utilisateurs, mais qui pourra ensuite facilement être mis à l'échelle. Chaque lien entre AP et utilisateur atteindrait un débit de 2 Gbps avec une latence de 1 ms. Par ailleurs, plusieurs liens pourraient être agrégés au niveau d’un utilisateur (par multiplexage en longueur d’onde ou via plusieurs APs par exemple), si bien qu’un utilisateur aurait à disposition un débit de 5 Gbps. Pour atteindre cet objectif, le projet SAFELiFi s’étendra sur 42 mois et fera appel à deux doctorants et un ingénieur, en plus de plusieurs personnels permanents du LISV, dont Bastien BECHADERGUE qui en sera le coordinateur.

Les méthodes formelles déductives visent à améliorer la qualité des logiciels à l'aide d'outils qui sont construits sur des fondements mathématiques solides, tels que la théorie des ensembles. Ces outils permettent à leur utilisateur de démontrer des propriétés de correction d'un programme par rapport à ses spécifications. La confiance dans ces preuves est donc un enjeu crucial, alors même que l'implémentation des prouveurs est complexe et parfois entachée d'erreurs. L'objectif d'ICSPA est de renforcer la confiance dans les preuves mécanisées qui sont au coeur des formalismes B, Event-B et TLA+ de spécification fondées sur la théorie des ensembles. Ces environnements de développement sûr sont utilisés dans de nombreux projets industriels, là où la correction logicielle est un besoin critique. Notre projet a aussi pour objectif l'établissement d'un cadre de partage, afin que ces trois systèmes puissent s'échanger leurs preuves et leurs théories, ce qui rendra interopérable les outils respectifs, Atelier B, Rodin et TLAPS. Notre stratégie pour cela est de vérifier, de manière formelle et indépendante, les preuves produites par ces outils avec Dedukti, un vérificateur de preuves suffisamment simple pour être facilement expertisable, voire ré-implémentable. Par sa structure versatile Dedukti offrira une base commune qui ouvrira la possibilité aux développeurs de B, Event-B et TLA+ de partager et de réutiliser entre les systèmes leurs résultats et formalisations. Cette approche est inspirée de Logipedia, une petite bibliothèque de résultats mathématiques qui peuvent être exportés vers, et vérifiés par, un large spectre de cadres logiques, entre autres Coq et HOL. Pour atteindre nos objectifs, nous exprimerons les théories des ensembles qui sous-tendent les trois langages de spécifications en Dedukti, puis nous exporterons leurs traces de preuves, afin de les revérifier indépendamment avec Dedukti. Ce mécanisme formera le noyau d'une fonctionnalité plus ambitieuse d'export de modèles complets, utilisés en pratique pour le développement de logiciel pour les systèmes critiques, en mettant un accent particulier sur les Systèmes de transition d'états étiquetés (LTS). Toutes ces données permettront la mise au point de traductions entre les trois systèmes au niveau de Dedukti, et de procédures d'import dans les trois outils Atelier B, Rodin et TLAPS. Un outil pourra alors utiliser ce qui aura été défini ou prouvé dans un autre. Cette architecture sera étayée par des fonctionnalités de reconstruction de preuve, fournies par des prouveurs automatiques qui permettront la complétion automatique des traces de preuves reçues en entrée, souvent incomplètes car de niveau d'abstraction relativement élevé. La reconstruction sera assistée par des points d'ancrage supplémentaires qui résulteront d'une mise en correspondance horizontale entre les outils des définitions et concepts. Cette méthodologie sera testée et évaluée sur un large corpus d'obligations de preuve fournies par notre partenaire industriel. De plus, des cas d'étude démontrant l'interopérabilité seront mis en oeuvre. Enfin, outre la dissémination académique et éducative, Atelier B intégrera l'import et l'export de preuves, la complétion automatique de celles-ci, ainsi que leur vérification, et exploitera les résultats d'ICSPA à une échelle industrielle.

Les architectures clouds et hautes performances et sont de plus en plus hétérogènes et intègrent du matériel souvent spécialisé. Nous avons d'abord vu la généralisation des GPUs suivie par l'introduction des FPGAs. Plus récemment, nous avons vu l'apparition d'autres accélérateurs: les tensor processing unit (TPU) et les unités de calcul en précision variable (VRP FPU). La tendance récente en matière de fabrication de matériel fait qu'il est très probable que la spécialisation non seulement persiste, mais augmente dans les futures générations de supercalculateurs. Parce que gérer manuellement de cette hétérogénéité dans chaque application est complexe et non maintenable, nous proposons dans ce projet de revoir la façon dont nous concevons le matériel et les systèmes d'exploitation. En résumé, nous proposons de repenser la frontière matériel/logiciel afin de dissimuler l'hétérogénéité derrière un jeu d'instructions minimal commun et un espace d'adresse unifié.

L'industrie des télécoms traverse une transformation profonde conduisant à la transition vers des architectures ouvertes et des réseaux logiciels. Cette tendance progresse rapidement et prend de l'ampleur grâce aux logiciels et aux normes open-source des composants de l'infrastructure de communication. D'une part, une approche d'architecture ouverte pourrait aider les opérateurs à s'émanciper du blocage des fournisseurs et des dépenses d’exploitation et d’investissement élevées qui en découlent. D'autre part, elle pourrait aider les fournisseurs à échapper aux lignes de conception et de production matérielles complexes et à se concentrer plutôt sur des fonctionnalités avancées des interfaces et des modèles de maintenance des logiciels. Comme initiative qui favorise l'ouverture et l'intelligence des réseaux sans fil de la prochaine génération, l'alliance Open Radio Access Network (O-RAN) a été fondée par cinq grands fournisseurs de services, dont Orange, afin de briser la dernière barrière dans le développement de réseaux d'accès radio entièrement logiciels. Dans les systèmes RAN traditionnels, les composants matériels et les codes logiciels propriétaires sont étroitement couplés, de sorte que les implémentations atomiques fermées n'ont pas d'interfaces pour prendre en charge l'interopérabilité entre différents fournisseurs. L'ossification du RAN qui résulte de l’O-RAN génère des îlots verrouillés par le fournisseur dans les réseaux de backhauls cellulaires. La virtualisation des fonctions réseau et des interfaces ouvertes activées dans O-RAN permet des fonctions réseau basées sur des logiciels et, naturellement, permet l'interopérabilité entre les différents composants, éditeurs de logiciels et fournisseurs. De plus, elle dévoile la désagrégation des fonctions RAN, permettant le développement indépendant de chaque fonction du RAN, conduisant à plus d’innovation et de flexibilité. Par rapport au RAN traditionnel, une nouvelle logique d’ordonnancement à trois couches apparaît dans O-RAN: temps non-réel, temps quasi-réel et temps réel. Ces nouvelles couches décisionnelles doivent interagir ensemble et leur comportement algorithmique doit encore être défini, évalué et expérimenté. La prise de décision en temps non-réel est laissée à la couche d'orchestration, où une fonction en temps non-réel RAN Intelligent Control (Non-RT RIC) réel prend des décisions à long terme. Le RIC Non-RT pourrait être construit sur ONAP (Open Network Automation Platform), une autre initiative open-source qui a été choisie par l'alliance O-RAN comme couche d'orchestration de référence / gestion de réseau, et les preuves de concept (PoC) utilisent actuellement ONAP et ORAN. ONAP prend en charge l'optimisation intelligente du RAN en temps non réel à l'aide de l'analyse de données et de la formation et de l'inférence AI / ML. Le Near-RT RIC est une nouvelle pile intermédiaire entre les orchestrateurs et les ordonnanceurs en temps réel: Le Near-RT RIC est nouveau dans sa notion (qui n'existait pas avant) et dans sa fonction de liaison algorithmique des décisions d'ordonnancement en temps réel aux décisions d'orchestration. Plus précisément, il prend en charge le contrôle et l'optimisation en temps quasi réel des ressources et des nœuds O-RAN et il peut également piloter le comportement des ordonnanceurs temps réel. Poussé par cette évolution dans le segment des accès radio, la chaîne complète de planification, d'allocation et d'approvisionnement des ressources de bout en bout va changer. Dans une certaine mesure, cette évolution du réseau de bout en bout devrait suivre et être liée à la refonte de l'accès radio, avec une planification à 3 couches également. HEIDIS étudiera et expérimentera la liaison entre les algorithmes et les architectures de gestion des ressources radio, de liaison et de calcul, et en particulier les défis de coordination de l'architecture de planification verticale et horizontale à 3 couches qui en résultent.

De nombreux ouvrages ont documenté la manière dont les liens sociaux contribuent à expliquer d'importants phénomènes économiques tels que la transmission d'informations, l'adoption de technologies, la recherche d'emploi et le commerce. Cependant, nous en savons encore très peu sur les facteurs comportementaux qui sous-tendent les interactions sociales : comment les gens décident-ils des liens qu'ils veulent former, et pourquoi ? Mon projet de recherche explore les motivations comportementales de la formation de liens, en mettant l'accent sur les interactions en ligne : tous les exemples et les illustrations sont inspirés de l'expansion récente des plateformes numériques (par exemple, les marchés en ligne, les réseaux sociaux numériques) et de leurs conséquences (par exemple, l’expansion des négociations virtuelles, la diffusion d'informations et les infox). La vague actuelle de numérisation (de la communication et des activités économiques) a initié une révolution dans la quantité et la qualité des interactions en ligne, mais nous ne savons pas comment ces connexions se forment et se rompent. La recherche que je propose contribuerait à combler ce vide, en testant certaines règles décisionnelles susceptibles d'orienter la création de liens dans les environnements numériques. Mon projet combine des expériences de laboratoire avec des données provenant de plateformes numériques. Le cadre méthodologique principal de ce projet est expérimental : le programme de recherche est organisé autour de trois expériences de laboratoire qui explorent les forces motrices des interactions sociales en ligne sous des angles différents mais interdépendants. Ces expériences me permettront de répondre à des questions telles que : quelles heuristiques les utilisateurs adoptent-ils pour négocier sur les marchés en ligne, lorsqu'ils ne connaissent pas les évaluations des biens par les autres ? Quels contacts les influenceurs choisissent-ils de "taguer" pour diffuser des informations et des opinions ? Lorsque nous voyons des utilisateurs des plateformes en ligne contribuer généreusement, pouvons-nous attribuer leur comportement à des préoccupations d'égalité ? De plus, la durée demandée de cette subvention ANR me permettra de compléter et de comparer les résultats d'expériences de laboratoire avec l'analyse de données d'observation recueillies sur des plateformes numériques (eBay, Twitter et Facebook respectivement). Ces projets feront progresser notre connaissance des réseaux sociaux numériques dans une trajectoire interdisciplinaire, en combinant l'intérêt pour les incitations individuelles qui est au cœur de l'économie avec l'attention portée aux aspects cognitifs et comportementaux, emblématiques des sciences de la décision et des sciences sociales.

L’économie française et ses territoires connaissent un très important mouvement de désindustrialisation depuis la seconde moitié des années 1970. La désindustrialisation s’est ensuite accélérée à l’occasion de la crise mondiale de 2007-2008 si bien que la France figure désormais parmi les pays européens où le recul de l’emploi industriel a été le plus important (- 2,5 millions d’emplois entre 1970 et 2019), pour ne plus représenter que 11 % de l’emploi total (contre 23,7 % en 1970 selon l’INSEE). Cependant, de plus en plus de voix se font entendre parmi les politiques, les observateurs et les acteurs de l’économie pour en appeler de manière urgente à un renouveau industriel de la France par la mise en œuvre d’une puissante dynamique de réindustrialisation, notamment pour les filières stratégiques. La crise sanitaire de la Covid-19 a donné à l’objectif de la réindustrialisation un brusque coup d’accélérateur en fournissant un nouvel argument d’ordre profondément politique et géopolitique : celui de la souveraineté industrielle, nationale et européenne, expression du lien indissociable entre l’industrie et les notions de puissance et d’indépendance stratégique. Appuyé sur l’amélioration de la compétitivité de l’économie (qui en est la condition préalable et impérieuse), l’objectif de la réindustrialisation n’a jamais été aussi crédible, ni autant espéré en raison de ce changement de contexte qui la rend désormais réalisable sous certaines conditions. C’est précisément dans ce contexte que s’inscrit le projet IRETRA, dont le contenu a gagné en maturité, en recul et en conviction à l’occasion de son troisième dépôt à l’ANR. Inscrit dans le domaine des Sciences Humaines et Sociales (SHS), le projet IRETRA est porté par 12 chercheurs intéressés par l’interdisciplinarité dans le but d’élever la question de la réindustrialisation des territoires au rang d’objet d’étude, ce qui n’est pas encore le cas. Celle-ci sera abordée à travers ses enjeux, ses conditions, ses modalités, ses formes actuelles et à venir. Positionné clairement dans l’axe 1.1 du « CES 26 Innovation, travail », ce projet entend montrer que l’innovation sous toutes ses facettes (technologique, sociale, organisationnelle), et le travail (sous l’angle de sa transformation et de la montée des compétences) constituent les principaux vecteurs qui rendront possibles la réindustrialisation de l’économie française. Comment s’articulent-ils et interagissent-ils entre eux ? Comment les territoires locaux s’en emparent-ils ou non à travers leurs acteurs et font évoluer leurs pratiques ? Ce projet entend rendre compte de la complexité de ces articulations, mais aussi de leurs promesses pour l’avenir. Sans être exclusifs, ces deux vecteurs essentiels à la construction de la nouvelle attractivité et compétitivité des territoires structureront ce projet de bout en bout. Seront ainsi étudiés les défis posés en termes d’élévation du niveau des qualifications, de réduction de la pénibilité du travail, d’évolution de la formation initiale et professionnelle pour répondre aux attentes des employeurs, ou encore de transformation rapide des métiers. Le projet étudiera aussi les nouveaux rapports qui se développent déjà entre les salariés et les technologies, suite à l’avènement de l’industrie 4.0 depuis le début des années 2010. Celle-ci a déjà commencé à transformer une partie de l’industrie en lui permettant de rester en France et de s’y redéployer grâce à l’amélioration significative de la productivité et de la compétitivité ; elle est aussi de nature à encourager les relocalisations. Novateur par son objet de recherche encore largement inédit, ce projet sera centré sur l’étude de différents territoires anciennement industrialisés, frappés par la crise ou en mal de reconversion. Il étudiera comment ceux-ci peuvent devenir à leur tour sous certaines conditions des « territoires créatifs » et des « milieux innovateurs » capables de se construire en écosystèmes efficaces.

L’objectif de ce projet est d’étudier, par une comparaison systématique, la représentation de la consommation des insectes dans différents pays multiculturels d’Amérique latine, en se centrant sur des espèces commercialisées consommées à la fois en zones rurales et urbaines. Il questionne également comment, au niveau local, la collecte, la transformation, le commerce et la consommation des insectes constituent un patrimoine bioculturel, et à un niveau plus large, quelles actions de patrimonialisation impliquant des insectes comestibles ont lieu ou pas. Finalement, comment cette consommation est-elle un révélateur de tensions entre classes sociales et groupes ethniques ? En analysant les savoirs environnementaux et culinaires, les menaces sur l’environnement des insectes et leur qualité nutritionnelle, le projet vise à valoriser ce patrimoine, soutenir les acteurs locaux dans leurs pratiques et co-construire avec eux des savoirs pour répondre aux défis alimentaires du futur.

Ce projet étudie, du point de vue historique, les processus de patrimonialisation dont les mathématiques ont fait l’objet, du XVIIIe au XXe siècle, via des supports imprimés rassemblant ce qu'il vaut la peine de conserver des savoirs mathématiques (encyclopédies, dictionnaires spécialisés ou généralistes, œuvres complètes de mathématiciens, collections de traités et de manuels) ou destinés à rassembler et répertorier une partie des savoirs déjà produits (bibliothèques, répertoires bibliographiques). En étudiant ces processus dans le temps long et dans une perspective d’histoire sociale et culturelle mobilisant les échelles locales, nationales et internationales, il vise à comprendre ce qui fait patrimoine en mathématiques à une époque et pour une communauté données, comment il est fait patrimoine par sélection, appropriation, adaptation des savoirs et des pratiques, et comment on mobilise un patrimoine pour pratiquer les mathématiques, pour construire l’identité d’un groupe ou pour légitimer la discipline. La période étudiée (du XVIIIe au XXe siècle) et la large échelle géographique (France, Grande-Bretagne, Etats-Unis, Italie) permet d’inscrire ce processus dans la longue durée et de prendre en compte la diversité des logiques sociales qui président à la constitution de patrimoines mathématiques (milieux professionnels, enseignement, grand public). Le projet s'appuie sur une réflexion sur les humanités numériques, comme outil de patrimonialisation mais aussi comme outil de recherche pour les travaux en SHS et comme outil de communication permettant à un large public d’avoir accès à une partie de plus en plus importante du patrimoine culturel et scientifique. La création et l’animation d’une plateforme numérique permet ici de tirer parti de ces possibilités, mais aussi de faire revivre et de faire connaître à un large public, notamment enseignant, des pans méconnus du patrimoine mathématique, Le projet aborde la patrimonialisation des mathématiques suivant trois problématiques complémentaires, dans lesquelles se conjuguent analyses quantitatives et approches par cas: - Dynamiques patrimoniales et communautés: Le projet vise à identifier et à répertorier, notamment au moyen d’une base de connaissances bibliographiques et biographiques, des ensembles patrimoniaux variés selon les époques et les espaces géographiques et/ou socio-professionnels. Il s’appuis pour cela sur une des dictionnaires et encyclopédies spécifiquement dédiées aux mathématiques ainsi que l'insertion des mathématiques dans des publications de ce type destinées à des communautés spécifiques (ingénieurs, artisans, femmes, etc.) ou à un large public, en France comme à l'étranger, - Patrimonialisation par sélection et accumulation: supports, lieux et acteurs Le projet propose également d'écrire une histoire par en bas des formes de patrimonialisation des mathématiques, visant à restituer les interactions des logiques individuelles, collectives et institutionnelles, pour comprendre les processus de constitution de patrimoines (sélection, contraintes, classement, inventaires), les enjeux de ces initiatives (préservation, transmission, délimitation de domaines) et leurs usages (apprentissage, construction de nouveaux savoirs, mémoire). - Légitimation patrimoniale et mémoire des mathématiques. En s’appuyant sur une étude fine des trajectoires patrimoniales de savoirs mathématiques particuliers, le projet permettra de mettre au jour les modes de légitimation de ce qui constitue, dans un espace social donné, de « bons » savoirs et de « bonnes » pratiques, les réactualisations par l'usage que cette légitimation permet et les formes d'oubli qu'elle induit. L'examen des postérités des acteurs et actrices des mathématiques conduira à interroger les processus de construction de généalogies et de filiations, et le rôle des « figures mathématiciennes » dans la construction de valeurs et identités associées aux mathématiques.

Le consortium international du projet AquaTyr étudiera la gestion de l’eau dans la cité antique de Tyr au Liban, île devenue presqu’île, et les stratégies pour subvenir à ses besoins, de l’âge du Fer au Moyen Âge, avant, pendant et après que l’adduction d’eau ait été assurée par un aqueduc romain. Le projet suivra l’évolution des techniques de captage, de gestion et de distribution d’eau. Les recherches pluridisciplinaires (archéologie, architecture, histoire, géomorphologie, analyses physico-chimiques) permettront d’étudier systématiquement les réseaux hydrauliques avec une grande profondeur chronologique, permettant d’embrasser la complexité des usages (eau blanche, grise, noire; puits, citernes, aqueducs, mutation des quartiers), ainsi que les effets de l’élévation du niveau marin sur le contour de l’île, la situation des ports, et donc, l’urbanisme. Cette approche transversale, associant la terre à la mer, est nouvelle et transposable à d’autres sites portuaires. Par ailleurs, le projet propose un plan de valorisation des résultats et de formation par la recherche fondé sur la collaboration entre les chercheurs libanais et français.

Nous proposons une collaboration théorie expérience pour étudier la migration ultrarapide d'un électron induite par une implusion attoseconde dans le rayonnement ultraviolet extrême et le transfert de charge accompagné d'un transfert de proton qui en suit. Nous travaillerons sur des molécules d'intérêt biologiques comme la glycine et des dérivés de l'uracil. Notre but est de comprendre l'impact de la dynamique électronique ultrarapide sur le mouvement des noyaux. Le but ultime est de pouvoir proposer des impulsions laser pour contrôler les transferts de protons. Pour simuler ces processus, nous développerons une approche où à la fois les électrons et les noyaux sont traités de façon quantique. Notre approche peut être conçue comme une variante de la méthode Multi-Configuration Time-Dependent Hartree (MCTDH) où les fonctions de base nucléraires dépendantes du temps sont des gaussiennes et la base électronique est dépendante du temps.

LLes quadruplexes de G (GQ) sont des structures non canoniques d'acide nucléique qui se composent d'au moins deux quartets de guanines maintenues par des interactions d'empilement, des paires de bases Hoogsteen et une liaison avec un cation. Les topologies des GQ sont catégorisées en fonction de la direction relative de leurs brins. Les RNA GQ adoptent principalement la topologie parallèle, mais des topologies non parallèles ont aussi été décrites. Les GQ sont largement distribués dans les ARNm et les ARN non codants, où ils régulent l'expression des gènes. In vivo, les ARN GQ seraient dépliés par des protéines de liaison à l'ARN (RBP), telles que l'hélicase DHX36 et la protéine de liaison à l'acide nucléique à doigts de zinc (CNBP). Par conséquent, les ARN GQ sont des structures transitoires converties par les RBP entre leurs états replié et déplié. Pour explorer leur structure et dynamique ainsi que leur interaction avec les RBP, un ensemble limité de techniques est utilisé. Alors que la cristallographie aux rayons X et la spectroscopie RMN peuvent fournir structurales à l’échelle atomique, elles nécessitent des concentrations élevées et ne donnent que des informations dynamiques limitées (rayons X) ou sont limitées par la taille des molécules (RMN). Les techniques de fluorescence sont idéales pour suivre les interactions moléculaires et la dynamique sur une large plage temporelle et à faible concentration, mais souffrent de la nécessité d'introduire des marqueurs externes. De nombreux substituts de purine fluorescents ont été développés, mais déstabilisent généralement les GQ ou sont fortement inhibés. Dans ce contexte, notre objectif est de valider et d'appliquer tzG, un analogue fluorescent isomorphe de G de la famille des isothiazolo [4,3-d] -pyrimidines, développé par un partenaire du projet, comme outil pour caractériser site-sélectivement les conformations, la dynamique et les interactions moléculaires des ARN GQ. Pour atteindre ce but, nous avons réuni un consortium international multidisciplinaire d'experts, tous hautement reconnus dans leurs domaines respectifs. Le projet sera divisé en quatre tâches (WP) et une cinquième organisationnelle (WP0). L'objectif de WP1 est de synthétiser les séquences GQ marquées par tzG nécessaires au projet et de caractériser leurs structures. L'effet de tzG sur la topologie et la stabilité des GQ sera déterminé à l'aide de CD, d'expériences de dénaturation thermique et de spectroscopie RMN en présence d’ions K+ ou Na+. Pour les séquences présentant des spectres RMN bien résolus, la structure 3D sera déterminée pour caractériser finement l'impact de l'insertion de tzG dans les structures des GQ. Dans WP2, nous étudierons de manière approfondie la fluorescence stationnaire et résolue en temps des ARN GQ marqués au tzG en présence d’ions K+ ou Na+. L'interprétation des données à l'aide d'une approche combinée MD / QM devrait fournir une image complète de la photophysique de tzG dans les GQ qui sera essentielle pour rationaliser leurs propriétés spectroscopiques et interpréter leurs changements dans les complexes avec les RBP. Dans WP3, nous validerons tzG comme outil clé pour les ARN GQ en l'appliquant pour déchiffrer le mécanisme de dépliement/repliement des GQ par les protéines DHX36 et CNBP, grâce à une combinaison de RMN, spectroscopie de fluorescence et techniques d’écoulement à flux bloqué. Enfin, en utilisant l'ensemble des données du projet, l'objectif de WP4 sera d'affiner les méthodes et modèles d'interprétation en QM adoptés dans le projet et, de développer un hamiltonien excitonique pour l'étude de la dynamique à l’état excité de systèmes multichromophores. Au final, tzG devrait devenir le premier outil validé pour suivre fidèlement tout G substitué dans les GQ ARN, ce qui conduira à des percées dans la compréhension des propriétés des GQ et des mécanismes d'action des RBP.

Les NADPH oxydases (NOX) sont les seules enzymes connues dédiées à la production d’anions superoxyde pour détruire les pathogènes. Le flavocytochrome b558, cœur catalytique des NOX, est enchâssé dans la membrane des phagosomes et catalyse les étapes ultimes de transferts d’électrons (TE) transmembranaires qui conduisent à la production des anions superoxyde via la réduction à un électron de dioxygène. Les mécanismes moléculaires couplant TE transmembranaires et production de superoxyde, notamment leur caractérisation cinétique et thermodynamique, sont très largement inconnus à ce jour. La première structure au rayons X de la variante NOX5 en 2017 a révélé des indices précieux notamment la localisation de deux hèmes au sein du domaine transmembranaire et des sites possibles de fixation du dioxygène. Dans le projet SuperET, notre stratégie repose sur une synergie expérience/théorie pour d’une part obtenir les premières mesures résolues en temps des transferts d’électron transmembranaires dans la variante NOX2, et d’autre part étudier ces mécanismes de TE grâce à des simulations numériques au-delà de l’état-de-l’art. Les hypothèses mécanistiques issues de la modélisation seront testées en étudiant des mutants à la fois expérimentalement et par simulation, afin d’enrichir le dialogue entre les deux approches. Expérimentalement, l’initiation de la chaine de transferts d’électrons est un facteur clé qu’il est nécessaire de contrôler pour accéder à la cinétique des différentes étapes. Deux voies seront explorées en parallèle pour y parvenir. D’une part, la radiolyse pulsée picoseconde en condition réductrice sera utilisée pour produire in situ des radicaux carboxyles qui iront réduire la flavine et initier les TE. Cette méthode, qui sera mise en œuvre à l’Institut de Chimie Physique sur le montage ELYSE, présente l’avantage de pouvoir être utilisée directement sur la protéine NOX2 non modifiée. D’autre part, nous mettrons au point des systèmes de NOX2 photoactivables à l’aide de complexes de Ruthénium fixés à la protéine à proximité des cofacteurs rédox dont le rôle sera de donner des électrons à la flavine sous excitation UV-visible. Des mesures d’absorption transitoire résolue en temps (nanoseconde-milliseconde) seront réalisées. Concernant le volet théorique, nous réaliserons des simulations de dynamique moléculaire des variantes NOX2 et NOX5 insérées dans une membrane peptidique pour en étudier la structure et la dynamique, ainsi que la diffusion de molécules de dioxygène et d’anions superoxyde. Les paramètres thermodynamiques et cinétiques des TE seront obtenus à l’aide de méthodologies éprouvées de type QM+MM dans le cadre de l’approximation de la réponse linéaire. Dans nos simulations, une attention toute particulière sera portée au traitement des interactions électrostatiques, en utilisant le champ de forces multipolaire/polarisable AMOEBA, pour lequel nous développerons notamment des paramètres pour la flavine dans ses différents états rédox. Notre consortium inclut des experts en simulations de protéines membranaires, de transferts d’électrons, de biochimistes spécialistes des NOX, d’experts en radiolyse pulsée et en photochimie/photobiologie appliquées aux mesures de cinétiques de TE du milieu biologique. Il possède un large panel d’expertises qui, combinées, sont à mêmes de mettre en œuvre les études du projet SuperET et ainsi permettre d’aboutir à la première caractérisation à l’échelle moléculaire des transferts d’électron dans les NOX.

Le consortium ZEPHIRS (ISMO, SOLEIL et ISM) propose d’allier les atouts des spectroscopies de photoélectrons avec rayonnement synchrotron et avec laser pour l’identification des isomères/conformères d’intermédiaires de réaction pertinents en chimie atmosphérique. En combinant des spectres à large couverture spectrale et résolution modérée, des spectres à haute résolution sur des zones restreintes, des calculs ab initio sophistiqués et des modèles dédiés aux mouvements de grande amplitude dans les molécules non rigides, des informations inédites seront obtenues sur les structures (ro)vibroniques de cations. Ces signatures structurales ont un potentiel analytique attractif pour les réactions impliquant des systèmes clés tels que les radicaux péroxy, les intermédiaires de Criegee, les produits C6H6 de la réaction du propargyl avec lui-même ou les hydrocarbures polycycliques aromatiques protonés. Les résultats obtenus seront transférés à la communauté de cinétique en phase gaz pour l’amélioration des modèles atmosphériques ou de combustion.

Un grand nombre de phénomènes biologiques et biotechnologiques dépendent de l'assemblage de petites entités biomoléculaires en plus grandes structures. Ces structures peuvent être formées soit exclusivement de biomolécules, à l’image des processus biologiques naturels, soit en combinaison avec des nano-objets synthétiques, comme les nanoparticules sémiconductrices, l'or colloïdal, ou les particules de latex. Les structures ainsi obtenues sont appelées "nano-bio-assemblages" (NBAs). Le projet MANBAMM s'intéresse aux interactions nanoparticules-biomolécules, ainsi qu'à la structure et la dynamique des NBAs qui en résultent. Un échantillon donné de NBAs pourrait contenir un mélange de plusieurs sous-espèces de NBA, et sa composition pourrait varier en fonction du temps ou de la présence d'autres composants dans l'échantillon. Le défi est d’identifier et de caractériser différentes sous-espèces de NBAs présentes simultanément dans un tel échantillon liquide en évitant, autant que possible, de le perturber et de l'altérer. Ce défi sera relevé par le projet MANBAMM qui allie microfluidique, spectroscopie optique et spectrométrie de masse par détection de charge en mode particule unique (CDMS) à un traitement chimiométrique des flux de données spectrales. De légères variations spatiotemporelles dans la composition de l’échantillon seront créées par des dispositifs microfluidiques et éléctromicrofluidiques conçus et réalisés dans le cadre de ce projet. Ces mêmes variations conduiront à des modulations dans les spectres CDMS et optiques, à partir desquels seront déduites les structures et les propriétés physicochimiques des NBAs présentes, et ce à l'aide de méthodes numériques. La meilleure compréhension de l'interaction nanoparticules-milieux biologiques, apportée par MANBAMM, permettra des avancées considérables dans divers domaines, notamment celui de l’utilisation des nanoparticules dans les applications médicales, telle que la thérapeutique (en lien avec certaines maladies), l'imagerie médicale ou le diagnostic in vitro.

Les interactions chimiques entre le bois des fûts de chêne et les eaux-de-vie de Cognac sont d’un grand intérêt pour la meilleure compréhension possible de l’évolution dans le temps des produits mis à vieillir en barriques. Alors que la plupart des composés extraits du bois par les alcools, ainsi que les mécanismes chimiques de leur transformation dans le temps sont connus, la composition chimique du bois des fûts en fonction du temps - vieillissement à l’air avant production, et vieillissement en chai au contact de l’alcool – n’est connue que globalement, mais pas à l’échelle micrométrique le long de l’épaisseur de la « paroi étanche et poreuse » qu’est la douelle. L’état résiduel des fûts, de l’intérieur vers l’extérieur d'une douelle, après que l'alcool a été stocké pendant plusieurs années à plusieurs décennies, ce qui peut être assimilé à une sorte d’extraction alcoolique lente, n’est pas connu. On sait aussi que quelques pour cent de l’alcool s’évaporent à travers le bois chaque année, ce que l’on appelle la « part des anges ». De plus, à l’extérieur des barriques, dans et autour des caves, un champignon opportuniste, Baudoinia compniacensis, est connu pour pousser en présence d’alcool, mais jamais sur le bois lui-même. Ce champignon provoque le noircissement des parois extérieures et intérieures des chais. L’imagerie par spectrométrie de masse consiste à enregistrer des spectres de masse à intervalles réguliers sur une surface, qui sont ensuite utilisés pour reconstruire des cartes de densité ionique appelées images par spectrométrie de masse. Plusieurs méthodes existent pour produire des ions à partir de la surface, et parmi elles deux sont particulièrement populaires, la spectrométrie de masse à ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS) et la désorption-ionisation laser assistée par matrice (source MALDI). La première permet d’enregistrer des images d’ions organiques et inorganiques à une résolution spatiale inférieure à un micron, et permet également des analyses en profondeur. La seconde permet d’accéder à des biomolécules de plus grand poids moléculaire, et si elle est couplée à des spectromètres de masse à transformée de Fourier, offre une excellente résolution (R> 100 000) et précision (1 à 2 ppm) en masse, et à une résolution spatiale de quelques microns. Le projet rassemble deux laboratoires, LAMS (France) et UBT (Allemagne), qui sont experts dans ces deux méthodes, et qui ont déjà fait la preuve de concept de les combiner à travers une approche multimodale, auxquels est ajoutée l’expertise d’un laboratoire regroupant des spécialistes en microbiologie et en analyse des réseaux de métabolites (ICSN, France). Le projet combinera deux approches d’imagerie chimique, TOF-SIMS et MALDI, avec la mise en place d’une méthode d’analyse multimodale, afin d’étudier les changements chimiques du bois de chêne avec les alcools de Cognac au cours du vieillissement en fûts de chêne, et les molécules les protégeant des champignon Baudoinia compniacensis. Des images chimiques de sections transversales de bois de chêne frais et vieilli, de fûts de chêne vieillis (jusqu’à 150 ans) et de cultures de champignons avec et sans contact avec le chêne, seront acquises par spectrométrie de masse TOF-SIMS et MALDI. Les images ioniques issues de l’analyse du bois et des champignons seront combinées avec les données LC-MSMS d’extraits qui sont analysées par des algorithmes avancés de réseaux de métabolites (« réseaux moléculaires »). Cette étude approfondie de la chimie de la « part des anges » permettra de mieux comprendre le patrimoine culturel immatériel des méthodes traditionnelles et savoir-faire de renommée internationale de la tonnellerie française.

Les organites sans membrane sont des structures dynamiques formées par séparation de phase liquide-liquide (LLPS) de protéines et d'acides nucléiques. Ces «gouttelettes» sont reconnues comme des actrices majeures de l’organisation de la cellule et la LLPS est devenue un paradigme en biologie cellulaire. Malgré un intérêt croissant, nous sommes encore loin de déchiffrer les détails moléculaires de ces assemblages qui sont régulés par des processus actifs et échappent ainsi à l'équilibre thermodynamique. Nous nous inspirerons ici de la physique de la matière molle et combinerons un large éventail d'expériences de diffusion des rayons X/neutrons avec une modélisation moléculaire avancée pour dévoiler les propriétés structurales et dynamiques des condensats de protéines/ARN et leur assemblage, en conditions d'équilibre et de non-équilibre. Notre stratégie donnera une vision microscopique sans précédent de ces entités et élucidera les relations entre séparation de phase et processus actifs.

Ce projet repose sur le concept d'un nouveau type de boites quantiques (QD), les boites quantiques en phase cristalline (CPQD), qui consistent en des hétérostructures réalisées avec un seul matériau adoptant des phases cristallines différentes. Par rapport aux QDs conventionnelles, formées à l'aide de matériaux différents, les CPQD ont un avantage unique: elles peuvent être fabriquées avec la précision ultime d'une couche atomique. Même si les CPQD ont des caractéristiques supérieures à celles des QDs classiques, leur application technologique a été sévèrement limitée par la difficulté à contrôler leur formation. Dans ce projet, nous dépasserons cette limitation en utilisant un champ électrique pour déclencher le changement de phase dans les nanofils de GaAs et, ce faisant, pour créer des CPQD avec la précision d’une monocouche. Ceci constituera une percée dans la fabrication des CPQD qui devrait permettre de mettre pleinement à profit leur potentiel en optique quantique.

Par des mesures de bruit du courant électrique à l'échelle atomique, nous établirons sans ambiguité la présence ou l'absence d'états liés de Majorana (MBS) sur des défauts et au coeur de vortex magnétiques dans le composé supraconducteur Fe(Se,Te) dont l’existence fait débat. Des travaux théoriques montrent que le bruit du courant tunnel dans les MBS diffère fondamentalement de celui attendu pour des modes localisés non-topologiques éventuellement présent dans le gap supraconducteur. Des mesures préliminaires de bruit de grenaille sur des états de Shiba (non-topologiques) avec notre microscope à effet tunnel montrent que nous pouvons accéder au régime tunnel approprié, et avoir un rapport signal/bruit suffisant pour effectuer la mesure de manière fiable à fin confirmer les prédictions théoriques. Si les MBS sont effectivement présents dans un ou plusieurs des scénarios proposés, nous procéderons directement à une tentative de lecture et de manipulation des MBS.

Les EDM, i.e. les moments dipolaires électriques des électrons, des neutrons ou des noyaux, sont des observables privilégiées pour la recherche de nouvelle physique au-delà du Modèle Standard de la physique des particules. Nous proposons ici de mesurer l'EDM de ces systèmes piégés en matrice cryogénique de gaz inerte ou d’hydrogène. Les matrices permettent de sonder des échantillons avec un nombre d'atomes ou de molécules piégés plusieurs ordre de grandeurs supérieur à ceux d'une expérience de physique atomique en phase gaz, tout permettant par exemple la manipulation par laser. Le potentiel d'une telle mesure à long terme pourrait atteindre une sensibilité statistique de l'ordre de 1e-36 e cm, largement supérieure aux techniques existantes. Avec ce projet, dans le cadre d'une forte collaboration entre les groupes expérimentaux (LAC, ISMO, LPL) et théoriques (CIMAP), combinant des expertise en manipulation laser, piégeage en matrices et métrologie, nous visons à réaliser l’étude détaillée de tous les effets limitant (principalement concernant le pompage optique et temps de cohérence) avec des atomes de Cs. Le but sera de fournir une première preuve de principe de la mesure de l'EDM, dans les 4 années du projet, et de cerner les effets systématiques pour permettre à EDMMA d’atteindre, à plus long terme, une précision sans précédent.

Lorsque deux solides à différentes températures sont séparés par un gap, ils échangent de la chaleur sous forme de rayonnement. De nos jours, seuls les échanges entre deux objets ont été étudiés. Ce projet vise à explorer les échanges en champ proche entre plusieurs objets en interaction. Notre objectif est triple: (i) Établir un cadre théorique complet pour étudier ces échanges dans des systèmes à N-corps arbitraires; (ii) Mesurer ces échanges dans des systèmes à N-corps simples au moyen d'une plateforme SThM à sondes multiples; (iii) Explorer le potentiel de ces systèmes pour la gestion thermique à nanoéchelle et l'enregistrement de données thermiquement assisté. Ce projet s’appuie sur l’expertise complémentaire de 5 chercheurs permanents issus de 3 laboratoires différents (Laboratoire Charles Fabry, Laboratoire National d’Esssais et Institut Langevin) qui apportent une contribution déterminante dans le domaine du transfert de chaleur en champ proche ainsi qu’en métrologie.

L'objectif du projet SETBEn est de développer une approche expérimentale originale de questions bien identifiées, à la frontière entre physique non-linéaire et physique statistique hors-équilibre (« thermodynamique stochastique »). La spécificité de notre approche, depuis une dizaine d'années, est de mettre en évidence à l'échelle humaine, des phénomènes qui se manifestent généralement à l'échelle microscopique. L'expérience proposée consiste en une plaque élastique, excitée dans un régime de turbulence d’onde. La première question que nous voulons aborder est la localisation de l’énergie des ondes par des défauts répartis aléatoirement sur la plaque. Une réalisation macroscopique d’un phénomène similaire à la «localisation d’Anderson», mais dans un système dissipatif macroscopique, serait à lui seul un résultat substantiel. Un tel système semble un très bon candidat pour cette étude, en raison de sa faible dissipation. De plus, étant macroscopique, il permet aussi bien l’accès à des quantités locales (champ de déformation, etc.) qu’à des quantités intégrées (fonction de transfert, etc.). Après avoir identifié la localisation, nous voulons caractériser l'influence des non-linéarités, en augmentant l’amplitude de l'onde. Plusieurs questions dans ce sens sont encore ouvertes. Ensuite, nous voulons chercher dans les fluctuations de la puissance injectée, une signature de cette localisation des ondes dans la plaque. Cette énergie par unité de temps, qui entretient l’état stationnaire, est appelée ‘house-keeping heat’, dans le langage de la thermodynamique stochastique. Une telle observation ferait un lien entre le domaine des phénomènes non-linéaires et de la physique statistique. Nous avons précédemment mis en évidence l'analogie entre un gaz granulaire entretenu et un thermostat à l'équilibre, qui permet d'utiliser la thermodynamique stochastique dans les systèmes dissipatifs. Une autre question est de savoir dans quelle mesure ces similitudes sont générales? Est-ce valable pour un état turbulent hors équilibre du champ d'ondes? Une entrée supplémentaire de cet appareil est qu'il dispose de plusieurs moyens indépendants pour définir une température effective, déjà explorés dans les études précédentes. Cela pourrait construire de nouveaux ponts entre la turbulence et la physique statistique hors équilibre.

On pense que les fluctuations de spin jouent un rôle crucial dans les mécanismes d'appariement des supraconducteurs non conventionnels, et les modes collectifs de spin étaient au cœur de l'identification de l'état d'appariement à spin égal (ESTP) du superfluide 3He-A via la RMN. Pourtant, les modes de spin collectifs n'ont jamais été observés dans les supraconducteurs. Une difficulté expérimental vie de la pénétration inhomogène des champs magnétiques dans les supraconducteurs massifs. En utilisant de nouveaux matériaux (quasi)-2D, nous proposons de détecter l’ESTP avec une nouvelle technique de résonance magnétique, complétée par des mesures de transport. Nous sommes motivés par des preuves préliminaires d'un ESTP induit par le champ dans une bicouche NbSe2 et des phases de Josephson anormales dans les dispositifs semi-conducteurs, où on attend des ESTP induites, qui sont accordables par une grille. Ces expériences s'appuieront sur la théorie microscopique et phénoménologique.