Projets

Les structures secondaires non canoniques d'acides nucléiques ont émergé au cours des dernières décennies comme des facteurs critiques modulant le métabolisme de l'ADN et de l'ARN. Les i-motifs (ADN-i), qui correspondent à des structures d'ADN non usuelles à quatre brins dans lesquelles les cytosines sont intercalées via un empilement de paires de bases C–C hémi-protonées, peuvent se former au niveau des séquences génomiques C-riches des promoteurs ou des télomères. Certaines de ces structures ADN-i ont été bien caractérisées in vitro, mais les données sur leur pertinence biologique sont encore limitées, en raison d’un a priori sur leur formation à bas pH. D’autres structures à quatre brins G-riches (G-quadruplexes, G4) pourraient se former en vis-à-vis de l'ADN-i, mais leur coexistence aux mêmes sites est encore incertaine et à déterminer. Les règles régissant la formation d'ADN-i sont peu précises, quelques ADN-i peuvent être formés à pH neutre, indiquant que les algorithmes de formation des G4 ne peuvent pas être directement transposés pour prédire la formation d'ADN-i. Récemment, le marquage par un anticorps spécifique (iMab) et la RMN in cellulo ont démontré que les structures ADN-i peuvent se former et sont stables dans les noyaux des cellules humaines. Contrairement aux G4 dont la pertinence biologique a été démontrée par des anticorps et des outils chimiques très spécifiques, peu de molécules sont connues pour interagir avec l'ADN-i et une controverse sur leur mode de fixation, leur sélectivité et leur affinité persiste dans la littérature. La dynamique des ADN-i (c'est-à-dire leur capacité à se replier ou à se déplier) peut être essentielle pour moduler des processus biologiques clés. La découverte de l'iMab a permis de prouver qu'un ciblage sélectif de ces structures est possible. Il a été démontré qu'un certain nombre de protéines interagissaient avec les G4, mais peu de protéines interagissant avec l'ADN-i ont été décrites à ce jour. De plus, il n'est pas clair si ces protéines reconnaissent les structures ADN-i, les séquences riches en cytosine ou les nucléotides dans les boucles d’ADN-i. Dans ce contexte, le projet iCARE s'appuie sur une expertise pluridisciplinaire associant des chimistes, des biophysiciens, des biochimistes et des biologistes, qui ont déjà fait leurs preuves pour travailler avec succès ensemble (voir les publications conjointes de ses membres). iCARE vise à atteindre les objectifs scientifiques suivants: -Comprendre les règles qui régissent la formation des ADN-i, leur dépendance au pH, leur thermodynamique, leur cinétique de repliement, et leur pertinence biologique par rapport aux G4 (WP1); -Identifier de vrais ligands interagissant avec l'ADN-i (c'est-à-dire affins et spécifiques) en utilisant une nouvelle stratégie pour verrouiller l'ADN-i dans un état replié stable à pH physiologique, afin d’étudier leurs effets cellulaires comme sondes chimiques d’ADN-i ou comme candidats thérapeutiques (WP 2); -Identifier les protéines interagissant avec l'ADN-i (en utilisant une stratégie originale couplée à une analyse protéomique) et déterminer leur intérêt biologique sur les sites génomiques potentiels d'ADN-i (WP3). En effet, l'utilisation d'ADN-i contraint comme substrat pH-indépendant (WP2 & WP3) représente l’élément clé de ce projet par rapport aux approches précédemment utilisées, permettant de surmonter les limitations actuelles pour cribler des ligands spécifiques à pH neutre et pour identifier l'interactome ADN-i-protéine. La réalisation de ce projet améliorera la compréhension des fonctions biologiques de l’ADN-i au niveau du génome et comme cible cellulaire. En effet, les molécules ciblant directement l'ADN-i ou interférant avec sa dynamique de formation ont un intérêt thérapeutique. Enfin, l'acquisition de données in vitro combinée à celles de l'interactome des ADN-i, permettra améliorer leur prédiction génomique chez l'homme et aussi pour d’autres applications dans d'autres organismes

La protéine humaine CISD2 est une protéine à centre Fe-S, principalement localisée au niveau des membranes associées aux mitochondries (MAMs), régions de communication inter-organelles dont les dysfonctionnements sont associés à des pathologies graves telles que le cancer, les maladies neurodégénératives et des maladies métaboliques comme le diabète. Des mutations dans le gène CISD2 conduisent spécifiquement à une maladie neurodégénérative multi-organe rare, le syndrome de Wolfram de type 2, sans traitement curatif à ce jour. Cette pathologie débute par un diabète et s’accompagne d’une réduction drastique de l’espérance de vie. Des résultats convergents ont récemment révélé les rôles pivots de CISD2 dans plusieurs voies cellulaires essentielles au niveau des MAMs, notamment dans la régulation de l'homéostasie du Ca2+ et du destin cellulaire, dans l’équilibre entre l'autophagie et l'apoptose. De manière remarquable, ces voies cellulaires sensibles au stress sont profondément interconnectées au niveau des MAMs. Cependant, les mécanismes moléculaires impliquant CISD2 sont largement méconnus. L'objectif global de ce projet est d'obtenir une image complète de la régulation de ces voies par CISD2 au niveau moléculaire. Dans un premier axe, nous nous focaliserons sur CISD2 afin de mieux comprendre comment il interagit avec ses partenaires et comment il peut être régulé lors de stress. Puis, nous nous intéresserons à BCL-2, un des interactants majeurs de CISD2, et nous étudierons comment CISD2 va moduler les régulations des flux de Ca2+, l’apoptose et l’autophagie, et, inversement, comment l’autophagie pourrait affecter CISD2. Pour finir, le projet permettra également de dévoiler les rôles métaboliques de CISD2 au niveau des MAMs en relation avec le développement du diabète, premier symptôme du syndrome de Wolfram. A long terme, une meilleure connaissance de ces mécanismes pourrait permettre de trouver des stratégies thérapeutiques contre cette maladie. Plus généralement, nous obtiendrons une meilleure compréhension de la régulation des voies cellulaires au niveau des MAMs, qui sont impliquées dans le développement de nombreuses pathologies humaines. Ce projet réunira les efforts de 4 groupes de recherche de pointe, dont les domaines de recherche et les compétences sont complémentaires et essentiels à la réussite de ce projet, à savoir les protéines Fe-S et le stress oxydatif, l'autophagie et l'apoptose, la régulation de l'homéostasie du calcium et le diabète.

Le glucose est une source d’énergie importante pour toutes les cellules eukaryotes. Son métabolisme via la glycolyse et le cycle des acides tricarboxyliques couplé à la phosphorylation oxydative fourni les ATPs et les équivalents réducteurs nécessaires aux cellules pour accomplir leurs fonctions. A l’opposé, le lactate a été considéré comme un déchet du métabolisme, produit en conditions anaérobiques. Son apparition est considérée comme un signe de souffrance cellulaire (et tissulaire). Cependant, des données récentes montrent que le lactate peut être produit en conditions normales (aérobiques), et échangé entre différents types cellulaires pour être utilisé comme substrat oxydatif. Un concept de navette lactate a ainsi emergé, initialement proposé par Georges Brooks pour le muscle, et s’appliquant maintenant à d’autres tissus et organes, incluant le cerveau. Ainsi, les astrocytes, un type spécialisé de cellules gliales dans le système nerveux central, sont dotés de la capacité d’augmenter leur glycolyse aérobique en fonction du niveau d’activité synaptique (neuronale). Le lactate produit et libéré par les astrocytes dans ces conditions est capté et métabolisé par les neurones pour faire face à leurs besoins énergétiques élevés. Ce transfert métabolique inter-cellulaire a été décrit sous le nom de Navette Lactate Astrocyte-Neurone (ANLS en anglais). Depuis son introduction il y a 25 ans, ce concept a suscité de vives controverses. Malgré de nombreuses évidences en faveur de son existence, sa contribution dans des processus comme la transmission synaptique, l’activité des réseaux neuronaux ou les performances cognitives demeure incertaine. En parallèle, la nécessité du glucose comme substrat énergétique cérébral n’a jamais été remise en question. Bien au contraire, son implication semble essentiel dans certains processus neuronaux. Ainsi, deux hypothèses opposées (mais non mutuellement exclusives) ont vu le jour pour tenter d’expliquer comment les processus donnant lieu à la cognition sont soutenus énergétiquement : l’utilisation directe du glucose par les neurones et l’ANLS. L’ambition de notre projet est d’évaluer ces deux hypothèses dans un cadre identique. Nous nous focaliserons sur le système des vibrisses chez le rat, qui entraîne l'activation de l’aire corticale S1BF. Notre stratégie vise à utiliser des vecteurs viraux et des siRNAs validés pour réprimer l’expression des transporteurs au glucose (sur les neurones) et au lactate (sur les neurones ou les astrocytes). Des investigations électrophysiologiques sur tranches seront réalisées pour évaluer l’importance du glucose et du lactate astrocytaire dans la transmission synaptique et les mécanismes de plasticité. En parallèle, la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire, l’imagerie de résonance magnétique (incluant une nouvelle technique de mesure du métabolisme oxydatif) et la tomographie à émission de positons vont être utilisés pour déterminer la part de chaque substrat dans les réponses métaboliques et hémodynamiques induites par une activation cérébrale. Enfin, leur rôle dans l’apprentissage et la mémoire sera déterminé par l’utilisation d’un nouveau test comportemental (une version texturée de la reconnaissance d’objet). Par cet ensemble d’explorations à différentes échelles dans le même système, nous espérons répondre à une intriguante question pour les biochimistes et autres scientifiques : Qu’est-ce qui alimente nos pensées ? La réponse à cette question n’est pas une simple curiosité mais a de nombreuses implications. Par exemple, selon les résultats, une réévaluation de l’interprétation des signaux d’imagerie cérébrale fonctionnelle s’imposera, puisque la plupart de ces techniques assument que les réponses métaboliques sont forcément un reflet de l’activité neuronale. Enfin, comme des altérations métaboliques ont été identifiées de manière précoce chez de nombreuses maladies neurologiques, de nouvelles stratégies thérapeutiques pourront être proposées.

Les pathologies cardiaques sont souvent caractérisées par une variation de raideur du myocarde. Cette raideur est une propriété intrinsèque des tissus mous qui reflète donc l'état pathologique. Cependant, les outils d'imagerie clinique actuels tels que l'échocardiographie ou l'IRM ne peuvent pas l'évaluer. Les progrès récents dans le domaine de l'imagerie ultrasonore ultra-rapide ont permis pour la première fois l'évaluation quantitative de celle-ci chez des patients. Cette approche d’imagerie repose sur le suivi à une fréquence d'images très élevée de la vitesse d'ondes de cisaillement se propageant dans le myocarde. L'objectif de ce projet est de développer des méthodes mathématiques et numériques pour la simulation de la propagation de ces ondes de cisaillement dans des modèles cardiaques réalistes et de démontrer in vivo que la vitesse de cisaillement peut évaluer les caractéristiques cardiaques importantes dans des modèles pathologiques expérimentaux et chez des patients.

L’intelligence artificielle et son succès actuel dans une variété de domaines apporte également une influence considérable dans le domaine médical. De nos jours, de nombreux algorithmes introduisent des solutions performantes, aidant les médecins dans leur pratique quotidienne. L’objectif de ce projet est d'exploiter les dernières avancées scientifiques afin de proposer des algorithmes efficaces et explicables, basés sur l'intelligence artificelle, ainsi que des nouveaux biomarqueurs compagnons pour l'immunothérapie et le cancer du poumon, pour aborder des problèmatiques complexes de stratification des patients, de selection de traitement et de prédiction du pronostique. Le projet proposé est hautement interdisciplinaire, car il se situe à l’intersection entre le domaine médical, englobant tous les aspects cliniques, et celui de l’intelligence artificielle, avec ses aspects techniques tels que l’apprentissage automatique et l'apprentissage profond, ainsi que les techniques d’ensemble pour l’analyse multiomique. La conception d'algorithmes de pointe, robustes, permettant d’extraire de l'information précieuse et pertinente à partir de diverses données biomédicales, promettent un impact considérable pour la médecine de précision, à la fois pour la communauté médicale et informatique.

Les médicaments agissent principalement en interagissant avec une biomolécule cible. La découverte de médicaments peut bénéficier du criblage virtuel qui évalue des millions de molécules, notamment grâce à l'utilisation d'un pharmacophore 3D. Celui-ci reprend les propriétés physicochimiques nécessaires à l'activité biologique. Il est généralement généré automatiquement, laissant peu de contrôle à l'utilisateur. L'objectif de PIRATE est de développer une méthode qui combine le potentiel du criblage virtuel et la possibilité d'utiliser les connaissances sur l'interaction entre ligands connus et cible. Nous développerons une approche interactive du criblage virtuel en utilisant un pharmacophore 3D en réalité mixte. Nous utiliserons un modèle physique modulaire et flexible de pharmacophore 3D qui servira d'interface tangible pour le rendre modifiable. Il sera alors possible d'amarrer interactivement ce modèle physique sur sa cible virtuelle, en utilisant une approche de réalité augmentée.

Alors que le rôle premier du métabolisme est la conversion chimique, peut-il aussi servir de dispositif de traitement de l'information ? Pour répondre à cette question, nous proposons d’encoder divers modèles métaboliques microbiens en réseaux métaboliques artificiels (AMNs), qui peuvent être entrainés à partir de données expérimentales ou de simulations de modèles. Contrairement aux réseaux neuronaux artificiels de type "boîte noire", nos AMNs reflèteront la structure et la dynamique des réseaux métaboliques. Nos AMNs seront testés sur des problèmes classiques d'apprentissage machine pour évaluer le niveau de sophistication que le métabolisme est capable de gérer. Dans un contexte biotechnologique, nos AMN servirons à la conception d'expériences pour (i) maximiser la productivité d'une souche de Escherichia coli productrice de lycopène en déterminant la composition en nutriments et la liste de gènes endogènes à supprimer (ii) classifier la sévérité d’infections virales par l’ingénierie d’une souche de Escherichia coli capable de détecter des biomarqueurs de la COVID-19 dans des échantillons cliniques.

Les maladies des petits vaisseaux (MPV) sont responsables de 25% des accidents vasculaires cérébraux (AVC) et sont la seconde cause de démence après la maladie d’Alzheimer. Contrairement aux autres causes d'AVC, les MPV se manifestent des années avant l'AVC par l'accumulation de lésions tissulaires. Bien qu'hétérogènes, ces lésions apparaissent en IRM sous la forme d'hypersignaux de la substance blanche. Notre objectif est de caractériser ces lésions in vivo pour mettre au point de nouveaux marqueurs aux stades précoces des MPV, indispensables pour tester de nouvelles approches thérapeutiques. Le projet se déroulera en 4 étapes. La première étape visera à l'établissement d'un modèle computationnel utile pour caractériser la microstructure des hypersignaux de la substance blanche. Ce modèle computationnel sera établi à partir de simulations numériques à large échelle de la microstructure de la substance blanche normale ou pathologique et du signal d'IRM de diffusion associé. La constitution de larges bases de données d'apprentissage et de test permettront d'entraîner les méthodes d'apprentissage profond afin d'établir un outil de décodage des paramètres microstructurels à partir ddonnéees d'IRM de diffusion. Le choix de paramètres microstructurels génératifs adaptés reposera sur des a priori obtenus à partir d'une étude histologique de la substance blanche normale et pathologique. La seconde étape conduira donc à prélever et scanner ex vivo des échantillons humains correspondant à des régions de substance blanche d'apparence normale ou correspondant à des hypersignaux sur les séquences d'imagerie FLAIR afin de réaliser dans un premier temps une acquisition en IRM à très haut champ (17.2 Tesla) à l'aide d'un protocole d'imagerie de diffusion adapté pour le modèle SUMMIT, et dans un second temps une microscopie réalisées sur des coupes histologiques après découpe des échantillons et coloration immuno-histo-chimique. L'analyse des données d'IRM de diffusion à l'aide du modèle computationnel SUMMIT sera confrontée à la vérité terrain histologique obtenue par segmentation des cellules des diverses populations constituant la substance blanche et reconstruction des cartographie mésoscopiques des paramètres cytoarchitecturaux ciblés par le modèle SUMMIT. Cette seconde étape apportera ainsi une première validation ex vivo du modèle SUMMIT. Dans une troisième étape, une validation conjointe in et ex vivo sera conduite sur la cohorte FibrAtlas constituée de 100 sujets sains âgés ayant donné leur corps à la science en ciblant 20 sujets présentant spcifiquement des hypersignaux de la substance blanche. Les sujets seront convoqués pour suivre une acquisition IRM à 3 Tesla à partir du protocole SUMMIT afin de fournir les données d'IRM de diffusion qui permettront d'évaluer in vivo la microstructure de a substance blanche au niveau des hypersignaux. Au décès des sujets, après prélèvement de leur encéphale et sélection de 3 sujets cibles, des acquisitions post-mortem seront conduites à 7T sur le cerveau entier et à 17.2 Tesla sur des échantillons prélevés au niveau de régions de la substance blanche présentant des hypersignaux. Les cartographies microstructurelles issues du modèle SUMMIT obtenues ex vivo à haute résolution seront confrontées aux cartographies obtenues in vivo, complétant ainsi la validation du modèle computationnel. La quatrième phase du projet vise à évaluer la pertinence du modèle SUMMIT pour la prédiction du statut clinique de 50 patients recrutés dans le cadre de la cohorte DHU-LAC et ayant déclenché un accident vasculaire cérébral en lien avec une MPV. Ces patients seront soumis à deux acquisitions IRM à 3 Tesla à un an d'intervalle en suivant le protocole SUMMIT afin de caractériser la microstructure de régions de la substance blanche présentant des hypersignaux et d'évaluer le potentiel pronostic des marqueurs microstructuraux identifiés lors de la première session d'imagerie sur l'apparition de nouvelles lésions.

Dans les maladies chroniques telles que les maladies cardiométaboliques (CMD), l'utilisation du microbiote intestinal comme biomarqueur ou nouvelle source de traitement potentiel est suggérée. En tant que "super intégrateur" de l'état du patient, la métagénomique est appelée à jouer un rôle clé dans la médecine de précision. Mais, il existe des obstacles informatiques à son utilisation systématique dans les services médicaux. Les approches de diagnostic métagénomique reposent globalement sur des projections en termes de calcul des données de séquence par rapport à de grands catalogues de référence génomique (>170 millions de gènes pour le dernier UHGP). L'apprentissage profond a révolutionné l'analyse prédictive, en améliorant de nombreux modèles antérieurs impliquant des “pipelines” bioinformatiques lourds pour effectuer des tâches de classification ou de stratification. Il existe peu de littérature sur l'apprentissage profond de bout en bout des données métagénomiques brutes pour prédire les phénotypes des patients. Une première barrière scientifique que DeepIntegrOmics abordera est le développement de modèles pronostic ou diagnostic de routine ("point-of-care") basé sur la métagénomique. Un problème récurrent en médecine de précision est d'intégrer différentes sources de données omiques tout en contrôlant l'équilibre coût/bénéfice. Évaluer l'utilité de demander plus d'examens est de fait critique pour leur utilisation de routine. Bien que les maladies cardiométaboliques soient la principale cause de mortalité dans le monde et sources d'invalidité, la stratification des patients est insuffisante et les signatures moléculaires intégrées qui informent sur la progression des CMD font défaut. Le projet DeepIntegrOmics se concentrera ainsi sur deux questions de recherche dans l'utilisation de l'apprentissage profond pour la médecine de précision basée sur des données omiques multiples 1) atteindre une prédiction fiable à partir de données métagénomiques brutes et 2) améliorer la précision de la classification et la stratification en intégrant d'autres données omiques. Deux autres objectifs appliqués seront de proposer de nouvelles approches pour 1) l'identification des biomarqueurs omiques des stades de CMDs et 2) pour la stratification des patients par l'interprétation de ces architectures de réseaux neuronaux à partir d'une base de données phénotypées uniques. Nous utiliserons les données de 1844 patients issues du projet européen H2020 MetaCardis et, évaluerons la valeur pronostique de la stratification pour prédire la progression de la CMD pour 807 patients parmi les 1844 pour lesquels nous avons caractérisé leur évolution (changements cliniques) pendant 10 ans. Ces objectifs soutiendront la médecine translationnelle et de précision (c'est-à-dire la classification et la nouvelle stratification des patients) dans la perspective du déploiement de ces modèles pour une utilisation de routine dans les centres cliniques. Les résultats attendus sont à la fois dans la stratification de la cohorte MetaCardis, la découverte de signatures de biomarqueurs et la capacité à prédire la transition dans la progression de la maladie. L’enjeu clinique est de contribuer à améliorer la gestion des patients atteints de CMD. D'un point de vue méthodologique, le résultat attendu est à la fois une architecture DL pour l'intégration de données sensibles aux coûts et des embeddings de source ouverte qui fournissent les connaissances compilées pour effectuer une classification multi-omique. En termes d'impact, la classification basée sur les nouveaux marqueurs "omiques" dérivés du microbiote intestinal pourrait générer de nouvelles cibles thérapeutiques. Le consortium possède de très solides compétences en mathématiques, bioinformatique, informatique et clinique, ainsi qu'une collaboration intensive de longue date et des travaux récents sur les preuves de concept des approches proposées.

Les besoins environnementaux nourrissent l'effort de recherche dans de nombreux domaines de l'ingénierie comme par exemple sur la réduction des émissions de CO2, largement considérées comme une des causes principales du réchauffement climatique. Cette urgence s'étend à de nombreuses applications, comme l'aéronautique où l'optimisation des écoulements aérodynamiques a un impact significatif sur la réduction des émissions polluantes, l'atténuation du bruit rayonné ou le contrôle des systèmes dans des conditions complexes comme les écoulements décollés. En principe, les stratégies de contrôle permettent une optimisation en temps réel, basée sur des mesures par capteurs et des modèles physiques. En pratique, dans des situations réalistes, cette approche est limitée à quelques configurations numériques et expérimentales seulement. Dans ce projet, nous nous proposons d'étudier dans quelle mesure l'apprentissage par renforcement (AR) est une alternative viable au contrôle d'écoulements en conditions réelles. Les algorithmes d'AR reposent sur des données passées pour déterminer la commande future d'un système dynamique en déterminant une politique de contrôle optimale à partir de l'exploration de l'espace état-action. Cette étape remplace le modèle physique et ces algorithmes sont uniquement basés sur les données de mesure du système et la façon dont il réagit à des actions spécifiques. Cela permet d'éviter certaines limites des approches de contrôle basées sur des modèles, comme le recours à des modèles réduits qui peuvent considérablement perdre de pertinence lorsque le contrôle est appliqué, résultant en une faible performance et un manque de robustesse. Le but principal de ce projet est de proposer des avancées en contrôle d'écoulements en faisant le lien avec l'apprentissage par renforcement pour résoudre les difficultés qui ont limité le succès des approches standard pour les écoulements non-linéaires complexes. Dans cette optique, nous prévoyons de développer des stratégies robustes en intégrant dans ce cadre des techniques efficaces d'estimation, des contraintes physiques et des outils issus de la théorie du contrôle. Nous testerons nos stratégies sur des modèles de mécanique des fluides de complexité croissante. Le système de Kuramoto-Sivashinsky et un écoulement de couche limite 2-D serviront de tests simples pour comparer des solutions de contrôle optimal aux solutions issues de l'AR. Le démonstrateur final portera sur la simulation numérique et le contrôle d'écoulements cisaillés à nombre de Reynolds modéré et le contrôle de la dynamique bi-stable d'un écoulement 3-D derrière un obstacle

Le projet E-SCAPE vise à réaliser des sources de photons uniques (SPU) contrôlées en position et reproductibles dans le nitrure de bore hexagonal (hBN). Nous utiliserons une approche top-down originale basée sur une nouvelle famille de centres colorés dans hBN, qui peuvent être activés localement au moyen d’un faisceau d’électrons. Les SPU présentent des propriétés photophysiques avantageuses avec notamment des raies étroites et reproductibles. Notre feuille de route comprend 1. La mise en place d’un procédé d’irradiation avec contrôle in-situ permettant l’activation d’une seule SPU par site ; 2. la caractérisation et le contrôle des SPU au moyen de spectroscopie laser résonante, qui mènera à la démonstration de photons indiscernables ; et 3. la réalisation de dispositifs intégrés avec fonctionnalités électriques et optiques. En résumé, le projet E-SCAPE propose une nouvelle approche vers des sources de photons extensibles pour l’information quantique.

Les matériaux supraconducteurs à haute inductance cinétique ont récemment suscité un vif intérêt pour les technologiques quantiques. Utilisés dans le domaine des micro-ondes ils permettent de concevoir des circuits à haute impédance offrant un moyen efficace, d’augmenter le temps de cohérence des qubits supraconducteurs ou encore, de coupler la charge et le spin des électrons aux photons micro-ondes. Ce projet de recherche propose d'étendre le rôle de premier plan des matériaux à haute inductance cinétique dans les technologies quantiques en construisant un détecteur à haute inductance cinétique de photon micro-onde unique. Le principe de détection sera basé sur le fort couplage d'une jonction tunnel à un résonateur micro-onde rendu possible par l'utilisation de matériaux supraconducteurs à haute inductance cinétique dans le processus de fabrication. Le matériau développé sera l’aluminium granulaire supraconducteur, un matériau compatible avec la lithographie optique, électronique et ayant déjà démontré de bonnes propriétés hyperfréquences. Cette situation de fort couplage permettra de convertir un photon micro-onde unique en une charge avec une efficacité quantique proche de l'unité. La charge sera ensuite détectée grâce à des techniques d'électrométrie standards. A ce jour, ce type de dispositif n'existe que pour les photons dont les fréquences sont dans le domaine optique. L'extension d'un tel détecteur quantique au domaine des micro-ondes ouvrira de nombreuses possibilités en optique quantique et en traitement de l'information quantique à base de photons micro-ondes.

Ce projet vise à mesurer et manipuler l’état quantique d’un résonateur mécanique macroscopique ultracohérent en le couplant à un qubit supraconducteur. Ce type de résonateurs, oscillant dans le domaine MHz, et présentant des temps de vie de plus d’1 minute, pourrait permettre de stocker l’information quantique sur puce, ou encore de tester la mécanique quantique dans un régime inédit où l’interaction gravitationnelle devient significative. Le principal verrou technologique, identifié par de nombreuses équipes dans le monde, consiste à combler le gap entre la fréquence mécanique et celle des circuits supraconducteurs opérant généralement dans le domaine microonde. L’approche originale proposée dans ce projet consiste à utiliser un qubit de type « fluxonium». Ce circuit supraconducteur introduit par le groupe de M. Devoret, possède une transition “qubit” à très basse fréquence dont le temps de cohérence surpasse toutes les autres implémentations de qubit supraconducteurs. Dans le régime dit de « fluxonium-lourd » en particulier, la fréquence qubit coïncide avec celle du résonateur mécanique à quelques MHz, tandis que le shunt capacitif important se prête idéalement à un schéma de couplage électromécanique. Enfin, bien que le sous-espace de qubit se situe bien en dessous du domaine de fréquence accessible par des composants microondes standards, la riche structure des niveaux supérieurs du fluxonium peut être utilisée pour initialiser, lire, et manipuler l’état du qubit. Dans ce projet, nous allons démontrer le régime de couplage fort entre le qubit et le résonateur mécanique, et utiliser cette interaction pour préparer ce dernier dans des états non-classiques, et en particulier des superpositions quantiques de type chat de Schrödinger. Outre les applications immédiates dans le domaine de l’information quantique, la masse et la fréquence du système mécanique utilisé vont permettre de tester la mécanique quantique dans un domaine de paramètre inédit, dans lequel certain modèles théoriques prédisent l’existence d’un phénomène de collapse gravitationnel.

Les progrès de l'électronique quantique ont permis le développement de l'optique quantique électronique, un nouveau domaine qui vise à générer, manipuler et caractériser des courants électriques quantiques contenant un à quelques électrons. Ces courants permettent de plus de générer un rayonnement quantique micro-ondes. Ce projet vise a explorer les applications de ce domaine dans le domaine de la métrologie quantique. Nous proposons de sonder les propriétés non-stationaires du champ électromagnétique quantique local à des échelles de temps entre la pico et la nano-seconde au moyen d'interféromètres électroniques alimentés par des courants électriques quantique. Ces expériences s'appuieront sur un cadre théorique de traitement des signaux quantiques développé durant le projet et visant à quantifier les performances métrologiques des dispositifs étudiés et à analyser les données expérimentales.

L’objectif de ce projet consiste à développer et à exploiter un processeur quantique tout optique, pouvant enchaîner une succession d’opérations sur des impulsions lumineuses stockées dans une mémoire à registres multiples. Ce dispositif permettra la mise en œuvre de protocoles itératifs, ouvrant ainsi la possibilité de générer des états quantiques arbitraires de la lumière. Ce projet comporte également un volet théorique, avec la conception de protocoles de contrôle quantique pour maximiser la qualité des états générés en termes de fidélité et de complexité. L’une des principales cibles de ce projet est d’évaluer la possibilité de synthétiser des états GKP par génération itérative en utilisant des technologies accessibles immédiatement ou à court terme. Ces états ouvriraient de nouveaux horizons pour le calcul quantique puisqu’ils en permettraient une implémentation tout optique, idéale pour envisager des systèmes complexes de grande taille avec de nombreux éléments à connecter.

Les excitations topologiques comme les modes de Majorana attirent un important effort de recherche. Le défit du projet MITIQ est de réaliser le premier qubit topologique. Il repose sur le contrôle des excitations topologiques via des textures magnétiques bien définies. Les grilles magnétiques seront définies pour optimiser les conditions d'émergence des états de Majorana, et pour être modifiables par un champ magnétique. La lecture et le tressage de modes de Majorana sera faite grâce à une architecture de circuit d’électrodynamique quantique sur puce dont il a été démontré théoriquement la capacité à prouver le caractère auto-adjoint des excitations et ouvrir la porte au tressage de ces états. Nous ouvrions ainsi la voie vers le calcul quantique topologiquement protégé.

Très récemment, le graphène multicouche tourné s'est imposé comme une plateforme polyvalente réalisant des phases quantiques de façon contrôlée. Une pléthore de phases a été observée : de la supraconductivité, des isolants corrélés, des phases topologiques. Ces phases apparaissent à partir de bandes plates dans des profils de Moiré en rotation et sont explorées à faible dopage électrique. Alors que notre compréhension de ces matériaux 2D progresse grâce à une intense activité théorique et expérimentale, il reste encore de nombreuses questions sur la nature des phases exotiques et sur la manière de les sonder expérimentalement. L’objectif de notre projet est de conjuguer progrès dans l’analyse de ces matériaux 2D avec une compréhension plus précise des différentes sondes expérimentales permettant de distinguer les phases concurrentes, détecter l’ordre supraconducteur, la nature des phases isolantes, les propriétés topologiques ainsi que les différents régimes de transport.

Les progrès récents dans la conception de bactéries synthétiques génétiquement modifiées ont un impact potentiel élevé sur les nouvelles solutions de calcul biologique par les bactéries, telles que les applications de biodétection, la bioproduction et les médicaments intelligents. Ce projet de recherche propose des solutions innovantes au problème de la construction de circuits distribués dans les bactéries d'un point de vue algorithmique et théorique qui contribue à des solutions réalisables dans le monde réel. Nous envisageons les résultats attendus suivants : De nouveaux algorithmes robustes et une meilleure compréhension des décisions de conception : L'analyse mathématique des algorithmes distribués a deux objectifs principaux : elle établit des limites de correction et de performance et permet d'évaluer systématiquement les décisions de conception algorithmique. Les implémentations biologiques et leur environnement étant intrinsèquement sujets au bruit et aux erreurs, la robustesse à ces effets est essentielle pour les algorithmes distribués. Les exigences concrètes sont la robustesse aux variations des paramètres du modèle (par exemple, en raison de la variabilité entre les cellules bactériennes) et à une fraction des bactéries qui ne suivent pas l'algorithme (par exemple, en raison de mutations de perte de fonction). Nouveaux blocs de construction : Tout algorithme repose essentiellement sur les primitives/blocs de construction disponibles. Pour les algorithmes distribués, les primitives de communication sont centrales. Nous allons concevoir, mettre en œuvre et vérifier expérimentalement un nouveau système basé sur les phages pour transférer l'ADN d'une bactérie à une autre.

La conception d'un système informatique complexe peut être gérée par un haut degré de modularité, qui joue un rôle déterminant dans la maintenance d'un système tout au long de sa vie (mises à jour et reconfigurations). Ces systèmes contrôlent des aspects importants de notre vie, d'où l'importance d'assurer leur bon comportement en utilisant des modèles formels et des techniques de vérification. Ce projet fournit une base pour la conception et la vérification de systèmes complexes, basés sur les notions de ressource et de composition. Par ressource, nous entendons tout composant (physique ou logique) d'un système et par composition toute modalité d'interaction entre composants. Les opérateurs de composition doivent donc être plus généraux que de simples compositions agrégatives (unions disjointes). Nous allons concevoir des logiques englobant ces notions générales de compositions non agrégatives et définir de modèles pour la conception et la vérification.

Ce projet aborde des questions et problèmes ouverts au delà du permutoèdre et de l'associaèdre. Notre travail se base sur une combinaison de techniques issues de plusieurs domaines. Cela inclut la combinatoire, la géométrie discrète, l'algorithmique, l'algèbre et les probabilités libres. Voici une sélection des sujets abordés : * Combinatoire : propriétés combinatoires des ordres partiels et treillis liés comme le treillis de Tamari, l'ordre faible des chute de pipe dreams, le treillis des rotations de classes d'arbres binaires, et l'ordre partiel des flips des complexes de sous-mots. * Géométrie : problèmes ouverts liés aux complexes combinatoires par constructions géométriques, étude des espaces de réalisations et types de cônes, et questions liées aux ombres permutaédrales et aux sweeps de matroïdes orientés. * Algorithmique : complexité du plus court chemin et étude du graphe des rotations des arbres binaires et ses généralisations en utilisant la technologie des complexes de sous-mots et des groupes de Coxeter. * Algèbre et Probabilités libres : nouvelle approche des bases combinatoires des probabilités libres et de ses relations avec les algèbres de Hopf combinatoires par des objets combinatoires et géométriques tels que les partitions, les partitions non croisées, les arbres binaires et le polytope de Pitman--Stanley

La décennie 2020 verra le lancement de deux missions spatiales, Europa-Clipper de la NASA, et JUICE de l'ESA, consacrées à l'exploration approfondie du système de Jupiter. Ce large intérêt international pour l'étude du système de Jupiter est alimenté par i) le statut d'archétype d'une planète géante gazeuse jouée par Jupiter, ii) l'activité volcanique de Io comparable à celle des jeunes planètes telluriques, iii) la structure et la composition d'Europa et de Ganymède, archétypes des mondes-océans. S'appuyant sur les premières observations JWST du système de Jupiter dont le coordinateur est CoPI, ainsi que de quelques observations de Saturne , le projet PRESSE vise à préparer la communauté planétologique française à se lancer dans ces missions spatiales en abordant des questions fondamentales sur la dynamique et la composition chimique de ces objets, et en formant de jeunes scientifiques qui participeront à la prochaine exploration du système de Jupiter. En effet, si de nombreuses missions ont survolés ou orbités autour de Jupiter et de ses satellites, les limitations en résolution spectrale, couverture spectrale et sensibilité des instruments embarqués ont limité la détermination de la diversité chimique de l’atmosphère de Jupiter, et des atmosphères et surfaces de Io et Ganymède. La télescope spatial JWST, grâce à résolution spectrale, sa couverture spectrale, notamment dans des domaines de longueur d’onde inaccessibles depuis le sol, sa résolution angulaire, et surtout grâce à sa sensibilité hors du commun, ouvre des opportunités exceptionnelles pour sonder la diversité chimique sur ces objets à la surface et dans leur atmosphère. Par la recherche et la cartographie d’espèces chimiques, nous chercherons à répondre aux questions suivantes: Quelle sont les contributions relatives de la chimie ionique et de la photochimie dans la production d’hydrocarbures dans la stratosphère de Jupiter? Quelles sont les conditions physico-chimiques des laves ionniennes et quel est la composition du manteau de Io? Quelle est la source principale de l’atmosphère de Io, sublimation ou volcanisme? Quelles sont les sources relatives des composés non-glacés à la surface de Io, et que nous indiquent-ils sur le transport entre l’océan et l’enveloppe de glace, et sur le vieillissement des matériaux en surface? Quelle est la source principale de l’atmosphère de Ganymède, sublimation ou sputtering?

L'objectif principal de ce projet est de développer un modèle de transfert radiatif (TR) 3D complet en géométrie sphérique pour l'étude d'atmosphères et de surfaces planétaires hétérogènes. Ce modèle TR 3D, pensé pour être le plus polyvalent possible, sera utilisé pour atteindre deux objectifs scientifiques principaux concernant l’étude de Titan: a) comprendre les cycles de la chimie organique de la surface à la stratosphère, en caractérisant la composition de la surface et des couches nuageuses dans la région polaire d'hiver, b) réaliser des prédictions correctes de la structure thermique dans la région polaire hivernale avec le modèle climatique de Titan de l’IPSL. Les objectifs scientifiques secondaires d’application concernent Vénus et Mars pour c) comprendre les interactions chimie-microphysique au-dessous et sous les nuages de Vénus et d) caractériser les structures nuageuses et les espèces photochimiques dans le vortex polaire d’hiver martien.

Les solutions aqueuses jouent un rôle clé dans le domaine de la biologie, de la chimie et plus particulièrement, dans les domaines liés à l'énergie tels que la photo et l'électro-catalyse et les batteries. Alors que les batteries aqueuses sont censées être contraintes par la fenêtre de stabilité électrochimique thermodynamique de l'eau (1,23 V vs NHE dans les conditions standard en l’absence de surtension), le concept d’électrolytes aqueux fortement concentrés en sels (WISEs) conduit à une augmentation impressionnante de la fenêtre de potentiel des batteries aqueuses au lithium. Ce phénomène est principalement lié à l'absence de molécules d'eau libres et au rôle crucial de l'interface électrode/électrolyte basée sur l’anion du sel dans la couche décrite par Helmholtz. Alors que les WISEs ouvrent la voie à des systèmes compétitifs et durables, ces solutions utilisent actuellement des sels coûteux et toxiques freinant dès lors leurs utilisations à l’échelle industrielle. Ce verrou technologique est également associé au manque de connaissances fondamentales sous-jacentes au concept WISE, qui doit encore être rationalisé pour un plus large panel de sels, ions et concentrations. Les cations multivalents et les sels associés sont une alternative intéressante, notamment ceux à base de magnésium, qui est plus sûr, moins cher et plus abondant que le lithium. Pourtant, la seule batterie Mg aqueuse à base de WISEs reportée actuellement dans la littérature a été testée sur une fenêtre de potentiel optimisée de 2 V, n’offrant donc pas une très large augmentation de sa gamme d’utilisation et sans pour autant proposer une compréhension claire des mécanismes en jeu. Par conséquent, ce projet cible la fenêtre de potentiel des batteries aqueuses rechargeables Mg et vise à développer des solutions d'électrolytes innovantes et plus durables pour les batteries Mg. Avant tout, la compréhension du rôle de l'électrolyte et le contrôle des phénomènes aux interfaces sont essentiels et nécessitent des connaissances fondamentales sur la réactivité des WISEs. L'objectif principal de MAGWAT est de déterminer si les batteries aqueuses au Mg à base de sels concentrés sont une technologie future viable. Précisément, les objectifs du projet sont de: 1) comprendre fondamentalement la réactivité des solutions aqueuses concentrées à base de sels de Mg par rapport à celles à base de Li, 2) appréhender les phénomènes se produisant au cœur des solutions et aux interfaces et 3) proposer et développer des électrolytes innovants pour pallier la faible solubilité des sels de Mg dans l’eau. Nous y parviendrons tout d'abord par une approche de compréhension à plusieurs échelles, comprenant des expériences pionnières telles que la radiolyse, la spectroscopie à rayons X synchrotron couplées à des calculs théoriques, où les grandeurs caractéristiques critiques des électrolytes seront extraites. Ces connaissances fondamentales serviront par la suite à la conception de solutions électrolytiques innovantes. Avec cette approche, nous prévoyons d'augmenter la fenêtre de potentiel des batteries Mg aqueuses rechargeables et ainsi de cibler le développement d'électrodes positives et négatives appropriées. Ainsi, en développant des batteries rechargeables à base de Mg et d'eau, ce projet visera le développement de batteries plus écologiquement durables et sûres, utilisant des matériaux plus abondants et moins toxiques que ceux des batteries Li-ion actuelles. De plus, les avancées en terme de connaissances fondamentales et de stratégies innovantes auront un impact sur d'autres chimies de batteries et sur des domaines liés au stockage d'énergie tels que les supercondensateurs et la catalyse, ouvrant la voie à un stockage plus vert et plus sûr.

Le projet Placho (Plateforme dédiée à la simulation des porteurs chauds : électrons et phonons pour la récupération d’énergie) vise à développer une plateforme numérique multi-échelle (DFT+Monte Carlo+NEGF), de l'atome au dispositif, spécifiquement dédiée à la conversion d'énergie. Cet outil polyvalent basé sur les calculs ab initio sera capable de modéliser les propriétés des électrons, des trous et des phonons et de leur couplage dans une large gamme d'énergie pour un grand nombre de matériaux sans avoir besoin de mesures préalables. Ce haut niveau de description physique des phénomènes électriques et thermiques sera transféré au niveau de la simulation des dispositifs. Le transport des porteurs à haute énergie à la fois dans les régimes stationnaires et transitoires pourra être étudié même si les effets quantiques sont dominants. Les résultats du projet PlaCho accélèreront l'évaluation des concepts émergeants en conversion d'énergie utilisant de l'ingénierie de bande pour le filtrage à haute énergie, de l'effet tunnel. Cela concerne, mais pas exclusivement, les applications thermoélectriques et photovoltaïques. Le consortium sera composé de 3 partenaires : le LSI, l'IMPMC et le C2N avec des expertises complémentaires respectivement sur la DFT pour les électrons, la DFT pour les phonons et la simulation du transport et des dispositifs. Le projet est organisé en quatre WorkPackages : un dédié à la coordination (WP0) et trois autres scientifiques (WP1-3). Le WP1 est dédié aux calculs DFT et vise à décrire les propriétés des électrons, des trous et des phonons dans une large gamme d'énergie pour différents types de matériaux. Les WP2 (MC/DFT) et WP3 (NEGF/DFT) traitent du transport des porteurs chauds en termes de formalismes semi-classiques et quantiques basés sur la DFT. Dans le WP4, les convertisseurs d'énergie PV et TE dans lesquels les porteurs chauds sont importants seront simulés. A court terme, la collaboration générée par ce projet améliorera de manière significative la compréhension scientifique et technique des principes fondamentaux de la physique des porteurs chauds qui peuvent être utilisés dans les convertisseurs d'énergie. Notre ambition est d'abord de fournir à la communauté le meilleur de la capacité de modélisation académique dans le domaine de la simulation des dispositifs de conversion d'énergie. A notre connaissance, des outils de simulation avancés couplant DFT, NEGF et MC n'ont jamais été développés pour étudier les porteurs chauds : électrons, trous, phonons et leur couplage. Ainsi, le résultat de ce projet constituera une percée dans la communauté de la physique des dispositifs de conversion d'énergie. De plus, la modélisation ab-initio du couplage phonon/phonon et électron/phonon reste un défi. Le projet PlaCho vise aussi à développer de nouvelles méthodologies afin d'étendre les capacités des approches de ab-initio existantes. Par ailleurs, la paramétrisation des simulations thermiques et électriques semi-empiriques avec des calculs ab-initio ouvrira la voie à l'exploration d'un grand nombre de dispositifs différents constitués de divers matériaux, impliquant des nanostructures de différentes formes. Les effets hors équilibre, les effets quantiques et les effets transitoires pourront être étudiés afin d'optimiser la conversion énergétique. Enfin, une toute nouvelle méthode de simulation résolvant le problème du transport quantique en utilisant uniquement une description ab-initio des matériaux sera développée dans le cadre du projet. À moyen et long terme, PlaCho ouvrira de nouvelles voies pour le développement technologique et l'optimisation de nouveaux récupérateurs d'énergie innovants exploitant les propriétés des porteurs chauds. Une fois que ces technologies émergentes seront transférées dans le domaine industriel, l'impact global de PlaCho aura contribué à répondre aux besoins sociétaux majeurs en matière de gestion de l'énergie.

Les cellules solaires records ont été fabriquées à partir de matériaux III-V, mais leur coût limite leur usage à des applications de niches. Plus de 80% de ce coût provient des substrats utilisés, si bien qu’une méthode permettant leur recyclage représenterait une technologie de rupture pour des dispositifs hauts-rendements et bas-coûts. Ce projet vise de développement de la remote epitaxy, une solution attractive à cette problématique technologique. Cette méthode consiste en l’épitaxie sur un substrat cristallin couvert d’une monocouche de graphène, et a permis la croissance de couches minces transférables. Tout en présentant des résultats convaincants, la méthode soulève des questions fondamentales sur les interactions en jeu pendant la croissance. Ce projet défini une méthodologie pour répondre à ces interrogations, tout en proposant des développements originaux pour des procédés robustes et contrôlables et des objectifs ambitieux en termes de performances des dispositifs. Au-delà du photovoltaïque, ce projet ouvre également des perspectives dans des champs comme la photonique sur silicium ou les dispositifs opto-électroniques flexibles.

Le projet GOPOWER relève de l'axe " Sciences de base pour l’Energie ". Son objectif principal est de d’étendre le potentiel de Ga2O3, oxyde semiconducteur à ultra large bande interdite (~5 eV), comme matériau pour l’électronique haute puissance à très haute tension (> 6,5 kV) pour des applications du domaine de l’énergie, notamment le transport électrique et les « smart grids ». Jusqu'à présent, les dispositifs à base Ga2O3 existants ne sont qu'unipolaires. Le défi de GOPOWER est la maitrise du dopage de type-p de Ga2O3, afin d'ouvrir la voie des composants bipolaires à haute puissance. Nous visons, à cet effet, la réalisation de couches 2-inch Ga2O3 épitaxiées, dopées de type-p, et de structures de type diode PiN. Dans ce but, une stratégie par calculs ab-initio, élaboration de matériaux, caractérisations avancées des propriétés semiconductrices, et simulations des composants, sera développée en s'appuyant sur les expertises uniques et complémentaires d'un consortium international.

L'un des défis majeurs dans le domaine de la photocatalyse concerne le développement de catalyseurs sans métaux nobles, efficaces, sélectifs et recyclables. En combinant nos expertises complémentaires, notre consortium propose d’élaborer de nouveaux photosystèmes pour la réduction du CO2 en petites molécules d’intérêt pour l’énergie à partir de catalyseurs moléculaires polyoxométallates (POMs) immobilisés dans les cavités de matériaux hybrides de type metal-organic framework (MOF) photosensibles. Le but est de développer des nouveaux catalyseurs hétérogènes efficaces pour réduire le CO2 en phase gaz, avec la vapeur d’eau comme donneur d’électrons. Les ligands utilisés pour construire ces MOFs photosensibles sont des molécules à base de porphyrine, qui pourront être éventuellement métallées, ou des molécules de benzènedicarboxylate fonctionnalisées par des groupements amino. Des calculs permettront de compléter l’étude de la structure cristalline des matériaux, d’en étudier la structure électronique et d’appréhender le mécanisme de la réduction catalytique du CO2. Au-delà de l’optimisation du catalyseur et du photosensibilisateur, l’accent sera également mis sur la structuration des matériaux (élaboration de nanocristaux, de structures mésoporeuses) dans le but d’augmenter leur surface active et d’améliorer la diffusion des molécules de CO2. La tâche 1 concerne la synthèse et la caractérisation des nouveaux POMs moléculaires qui pourront ensuite être immobilisés dans des cristallites de MOFs possédant des ligands amino ou de MOFs porphyriniques pour conduire à des composites POM@MOFs. Pour les meilleurs candidats, nous étudierons l’effet de la structuration (nano et mesostructuration) sur le taux de POMs encapsulés et ensuite sur leurs performances. Les composés seront caractérisés par diffraction des rayons X sur poudre, spectroscopie IR, mesure de surface spécifique, analyse élémentaire et microscopie électronique. La tâche 2 consistera en l’étude des propriétés photocatalytiques des POMs moléculaires en solution homogène et des composés POM@MOFs en suspension, puis pour les matériaux les plus performants en phase gaz, sur l’installation unique de l’IFPEN. Une attention particulière sera portée à l’étude de la stabilité des catalyseurs et à leur recyclabilité. Enfin, la tâche 3 portera sur des calculs théoriques permettant i) de proposer les sites de localisation possibles du POM dans les pores du MOF et d’appréhender les interactions hôtes/invités, ii) d’étudier la structure électronique des composés POM@MOFs afin d’identifier les meilleurs couples (POMs, ligands), dans une approche de type screening et iii) de déterminer le mécanisme de la réduction photocatalytique du CO2 dans des systèmes sélectionnés. Ainsi, le projet collaboratif et pluridisciplinaire PMCOCAT permettra d’avoir accès à une famille de nouveaux matériaux à base de POMs, sans métaux nobles et sans photosensibilisateur externe, actifs pour la réduction du CO2 couplée à l’oxydation de l’eau, et de proposer des relations structure/propriétés grâce à des calculs DFT.

Le projet SOLPHOTOCAT a pour objectif le développement de nouveaux dispositifs chimiques pour le stockage, la conversion et la libération sur demande de l’énergie solaire. Le système visé est un système chimique capable (i) de convertir l’énergie solaire en une énergie chimique stockable via une transformation photochimique de A vers B et (ii) de libérer sur demande l’énergie emmagasinée via la transformation inverse catalytique de B vers A. Le projet vise à la fois le développement de nouveaux systèmes chimiques bon marché et respectueux de l’environnement et le développement d’un dispositif micro- ou milli-fluidique capable d’évaluer rapidement leurs performances dans l’ensemble du système de stockage et de conversion de l’énergie solaire. SOLPHOTOCAT est un projet collaboratif entre quatre équipes de recherche complémentaires qui combinent leurs expertises en catalyse (LCC, Toulouse), photochimie (PPSM, Paris Saclay), génie des procédés (LGC, Toulouse) et énergie solaire (PROMES, Perpignan).

Le projet ELECTROPHYLLE est conçu pour caractériser un processus fondamental lié à la transformation de l'énergie lumineuse dans le centre réactionnel du Photosytème II qui initie la photosynthèse, par une synergie entre une nouvelle méthode expérimentale appliquée à un système complexe, des mesures en phase condensée et leur modélisation théorique. Le Photosystème II (PSII) joue un rôle central au cours de la photosynthèse : en effet l’énergie solaire collectée à l’aide des antennes est transférée vers le PSII où a lieu la séparation initiale de charge qui est à l’origine de la dissociation des molécules d’eau et la formation de dioxygène. Le rendement quantique de cette séparation de charge est proche de l’unité et reste cependant inexpliqué sauf à accepter une hypothèse impliquant un effet résonnant et résultant de l’adaptation naturelle. En effet, le cœur du centre réactionnel de PSII est constitué d’un ensemble de 12 molécules apparentées à la chlorophylle soumises à un couplage excitonique, qui peut être réduit à seulement 4 molécules. Des mesures de spectroscopie temporelle 2D indiquent l’influence cruciale pour l'efficacité du mécanisme de séparation de charge, de résonances entre les vibrations des chlorophylles et les écarts énergétiques séparant les paires neutres et ioniques. Le modèle résultant décrit la séparation initiale de charges dans ce centre réactionnel en s’appuyant sur des données spectroscopiques fragmentaires. La structure électronique et vibrationnelle des éléments du centre réactionnel, les chlorophylles, leurs paires excitoniques sont insuffisamment connues pour générer un modèle valide. Cela ne peut se réaliser que par les mesures combinées en phase gaz et en solution cryogénique mises en œuvre dans ce projet. Nous proposons de déterminer par spectroscopie de photodétachement électronique résonante, la structure vibrationnelle et vibronique de la Chlorophylle et de son dimère neutre, à 10K en phase gaz et marqués par un électron. La spectroscopie de biomolécules en phase gaz présente l’avantage sans équivalent de permettre l’accès à la structure des biomolécules en l’absence d’interactions et être directement comparable aux résultats du calcul quantique. De plus, on réalisera la microsolvatation de chlorophylles par des liaisons moléculaires uniques pour les assembler dans une structure apparentée à celle des dimères du centre réactionnel. Cette microsolvatation est cruciale car elle permet d’ajuster la résonance des niveaux électroniques des dimères avec les modes de vibration de la Chlorophylle qui guident le flux du transfert de charge avec grande efficacité. Les mesures en phase gaz seront complétées par des expériences d’affinement de fluorescence (FNL) en phase condensée pour déterminer la spectroscopie des dimères de la Chlorophylle dans le centre réactionnel. Ceci donnera une représentation du paysage d’interaction dans les dimères de Chlorophylle depuis la paire libre jusqu’à la paire spéciale de PSII. Des calculs quantiques spécifiques détermineront les niveaux d’énergie de l’état fondamental et du premier état électronique excité des chlorophylles et de leur paires afin de caractériser l’interaction résonante entre les niveaux électroniques des dimères avec les modes de vibration de la Chlorophylle. Le projet Electrophylle est conçu pour caractériser un processus fondamental relié à la transformation de l’énergie, la photosynthèse, par une synergie entre une nouvelle méthode expérimentale appliquée à un système complexe, le centre réactionnel du photosystème II, la modélisation théorique et la spectroscopie en phase condensée. La modélisation précise et la compréhension d’un processus aussi fondamental pourraient augmenter grandement l’efficacité des photocatalyseurs moléculaires artificiels dont les propriétés électroniques pourraient être ajustées afin d’améliorer leur capacité à effectuer une séparation de charge ultrarapide (10-12 s) avec un rendement quantique élevé.

Le projet SOLAIRE s’inscrit dans le domaine d’application des Centrales Solaires (CS) à haut rendement mettant en œuvre des Récepteurs Solaires (RS) à air pressurisé et à très haute température autour de 1000°C (la température des fluides caloporteurs des CS commerciales actuelles est inférieure 565°C). Pour atteindre ces températures, le composant clé de la CS est le RS qui convertit l’énergie solaire en énergie thermique et la transfère au fluide caloporteur. PROMES développe des RS surfaciques. Le rayonnement solaire concentré est reçu par une seule paroi (l’autre paroi est isolée thermiquement). Ce chauffage asymétrique crée un fort gradient de température qui modifie l’écoulement turbulent. Le couplage fort vitesse/température nécessite des modèles de turbulence et de thermique adaptés. SOLAIRE propose une connaissance et une optimisation des transferts thermiques basée sur la compréhension du couplage vitesse/température ainsi que sur le contrôle de la turbulence proche paroi.

Des travaux expérimentaux récents des membres de ce consortium ont suggéré l'existence simultanée d'une constante diélectrique colossale et de conduction superionique dans une famille d'oxydes de titane. Le projet proposé vise à comprendre les mécanismes microscopiques en jeu dans ces matériaux, en particulier les interactions des espèces mobiles avec la structure, leurs mécanismes d'accumulation et le rôle et l'impact de l'environnement sur les propriétés du matériau. Celles-ci peuvent être exploitées dans un nouveau type de supercondensateurs dits « à charge ouverte » (SCCO) qui seront durables, recyclables, peu coûteux et non polluants. Pour cela nous prévoyons de rassembler de fortes compétences en chimie, physique, analyse structurale et micro- caractérisation ainsi qu'en calcul ab-initio. La synergie que l'instrument PRC permettra de créer entre les participants conduira à une meilleure compréhension fondamentale de ces systèmes et favorisera de nouveaux développements dans le domaine du stockage d'énergie.

Le diagnostic précoce, facile et rapide de la COVID-19 est plus que jamais un enjeu majeur. L'analyse de l’air expiré est une technique innovante, non invasive, en temps réel, qui permet de détecter les composés organiques volatils (COV) dans l’air expiré et qui peut être utilisée pour le diagnostic et le dépistage à grande échelle. Notre consortium a déjà montré dans une étude avec analyse de l’air expiré par spectrométrie de masse que les patients atteints de COVID-19 sévère ont une "signature d’air expiré" discriminante, qui comprend au moins un ensemble de quatre COV supposés. Les nez électroniques (eNoses) sont des appareils portables d'analyse de l’air expiré constitués d'un ensemble de capteurs et d'un algorithme de traitement du signal qui sont déjà très employés dans des études cliniques à visée diagnostique en infectiologie. Notre projet vise à (i) fournir une identification formelle des COV spécifiques de la COVID-19, (ii) effectuer une étude approfondie des performances de différents nez électroniques et capteurs pour la détection de ces COV afin de sélectionner les plus performants pour le diagnostic de la COVID-19, en utilisant des expérimentations en laboratoire et des données provenant d'essais cliniques en cours, (iii) optimiser le logiciel eNaiR pour la détection de la signature des COV et la prédiction du statut COVID-19, et (iv) concevoir et mettre en en place les essais cliniques de validation dans des cohortes de patients indépendants (essais cliniques observationnels) avec les capteurs et la stratégie analytique optimisés. Ce projet réunit un consortium d'experts en sciences analytiques (spectrométrie de masse et eNoses), en traitement de données, en recherche clinique sur des patients atteints d'infections graves et en recherche clinique sur l'analyse de l'air expiré.

En France et dans le monde, lors de la pandémie COVID-19, les travailleurs du secteur agroalimentaire sont considérés comme faisant partie de la main-d'œuvre essentielle des infrastructures critiques, aussi bien les agriculteurs que les employés des usines de transformation, les chauffeurs de camion ou les caissières des hypermarchés. En outre, dans certains pays comme les États-Unis, par décret présidentiel, les usines de transformation de la viande et de la volaille doivent continuer à fonctionner pour éviter de perturber la chaîne d'approvisionnement alimentaire. Les travailleurs de ces industries peuvent être plus exposés aux coronavirus car le télétravail n'est pas possible, et beaucoup sont confrontés à des risques accrus en raison de la proximité de leur environnement de travail. Il est nécessaire d'aborder avec soin la question de la circulation des virus dans les usines de transformation de la viande en France sous trois angles : (i) protection des travailleurs et prévention de la transformation de ces locaux en points chauds de circulation du virus dans les communautés ; (ii) prévention de la fermeture de ces usines de transformation et garantie des approvisionnements ; et (iii) prévention de la contamination des aliments afin d'éviter l'exportation de ce virus vers d'autres lieux. L'objectif de ce projet est de comprendre la circulation du SARS-CoV-2 dans les usines de transformation de la viande afin de fournir des mesures de prévention ou de réduction des risques pour les travailleurs et les consommateurs. Nous prévoyons de rassembler/collecter les données nécessaires pour comprendre la circulation du virus dans ce type de lieu de travail et de les utiliser pour construire un modèle de simulation de la propagation du SARS-CoV-2. Le projet sera organisé en quatre tâches. La transmission du SARS-CoV-2 et les facteurs de persistance dans les usines de transformation de la viande seront étudiés (WP1). Les objectifs seront de réaliser une revue bibliographique approfondie sur les paramètres de transmission du SARS-CoV-2 afin d'extraire des données pertinentes pour en étudier la circulation, et de définir des protocoles de laboratoire pour combler le manque de données ou les incertitudes sur certains paramètres. Ensuite, une description des conditions et des facteurs environnementaux de travail dans ces usines sera effectuée, par le biais de questionnaires et d'entretiens ainsi que d'observations à réaliser au sein des usines (WP2). Les données collectées seront utilisées pour définir les paramètres des expérimentations en laboratoire. Ces données permettront également d'alimenter le modèle mathématique qui sera développé afin de simuler la propagation du virus dans une usine de transformation de la viande (WP3). Il sera utilisé afin d'évaluer l'impact de certaines mesures de gestion ou de réduction de la probabilité de transmission du virus aux employés, et la contamination des produits et de l'environnement. Ce modèle nous permettra également d'explorer la transmission du virus en dehors des usines. Enfin, différents outils de communication seront proposés (WP4), essentiels pour engager les employés dans une politique efficace de gestion de la sécurité, obtenir leur coopération et leur soutien, et maintenir une culture de sécurité positive. Les impacts de ce projet seront 1) d'accroître les connaissances sur la transmission du virus dans un cadre professionnel ; 2) de fournir des solutions aux entreprises pour mieux calibrer leurs mesures préventives et atténuer les risques en cas d'introduction du virus dans leurs locaux ; 3) de fournir des données sur les modalités de transmission et de simuler la circulation du virus selon différents scénarios; et 4) de fournir une aide à la décision pour les entreprises et les gouvernements basée sur la science et les données disponibles. L'approche est extensible à d'autres situations : usines de traitement, bureaux, universités, lieux publics, etc.

Un nombre croissant d’étude suggère un rôle important de la biologie de l'hôte, et de la génétique de l'hôte en particulier, dans la variabilité inter-individuelle entre les individus infectés par la COVID-19, allant de l'infection asymptomatique à la maladie infectieuse mortelle. Notre projet vise à mettre en place un consortium GWAS (étude d’association pangénomique) de participants Français, afin d'étudier les variants génétiques de l'hôte associés à la sensibilité et à la sévérité de la COVID-19. Les données de cette collection seront utilisées pour répondre à deux objectifs : 1) mettre en place un cadre d'accès contrôlé à la collection afin de fournir à la communauté française de COVID une ressource unique pour des projets nationaux et internationaux traitant des questions de biologie de l'hôte ; et 2) contribuer à l'effort international de GWAS en cours sur la génétique de l'hôte de COVID19 (https://www.covid19hg.com). Au cours des derniers mois, nous avons commencé à rassembler les données de ressources nationales, incluant des cohortes COVID19 prospectives (recrutement en milieu hospitalier), et des cohortes génétiques et épidémiologiques existantes. Nous sommes actuellement à la recherche de fonds pour soutenir davantage les cohortes françaises souhaitant contribuer, en fournissant une solution de génotypage au CNRGH et des solutions de phénotypage (questionnaire en ligne, kits de tests sérologiques). La première phase de la collection inclue approximativement 4 000 participants, dont environ 1 000 cas COVID, et nous ciblons une taille d’échantillon de 30 000 participants pour la phase finale, dont plus de 3 000 cas COVID sévères et 7 000 cas COVID peu symptomatiques ou asymptomatiques.

Nous avons montré récemment que les patients infectés par le SARS-CoV-2 qui développent une forme sévère de la maladie accumulent dans le sang et les alvéoles pulmonaires des cellules anormales de l’immunité innée, incluant des polynucléaires neutrophiles immatures de phénotype CD10low CD101- CXCR4+/- et des monocytes classiques CD14+ CD16- HLA-DRlow (Silvin et al, Cell 2020). Nous avons aussi détecté la disparition précoce des monocytes non-classiques CD14low CD16+ circulants et la présence, dans le plasma du sang périphérique, de quantités très importantes de l’hétérodimère S100A8/S100A9, aussi connu sous le nom de calprotectine, ces deux anomalies constituant des marqueurs des formes sévères de la COVID-19. L’élévation de la calprotectine circulante a été confirmée par plusieurs groupes indépendants comme un prédicteur du risque de forme sévère de la COVID-19. La détection de ces marqueurs a été mise en place dans certains laboratoires de routine hospitalière afin de détecter précocement les patients à risque susceptibles d’évoluer vers une maladie sévère et souvent fatale. Le décès de la COVID-19 a été associé à divers facteurs de prédisposition au premier plan desquels l’âge, diverses comorbidités et des facteurs génétiques. Parmi les patients atteints de cancer, les plus fragiles sont ceux qui ont une histoire récente d’hémopathie maligne, lesquels ont un risque de COVID-19 fatale 2,5 fois plus élevé que la population normale. Nous avons identifié une corrélation entre un taux élevé de calprotectine circulante et une hématopoïèse d’urgence générant des cellules myéloïdes immunosuppressives et pro-thrombotiques chez les patients atteints de COVID-19 sévère mais la contribution de ce médiateur soluble à l’initiation et à l’amplification de cette hématopoïèse de stress restait méconnue. Le projet proposé a pour but d’explorer plus précisément les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l’hématopoïèse d’urgence observée chez les patients atteints de COVID-19 sévère et d’explorer les caractéristiques et les capacités de différenciation des cellules souches et progénitrices hématopoïétiques (CSPHs) de patients atteints d’une hémopathie maligne en réponse à la calprotectine. Notre hypothèse est que ces cellules souches malignes ont une capacité accrue à générer des cellules de l’immunité innée dysplasiques et des mégacaryocytes pro-thrombotiques en réponse à la calprotectine. Nous déterminerons la capacité de la calprotectine à induire une réponse myéloïde immunosuppressive et pro-thrombotique au niveau de la CSPH et identifierons le ou les récepteurs impliqués dans cet effet. L’identification des effets de la calprotectine et des récepteurs impliqués au niveau de la CSPH pourrait suggérer des approches thérapeutiques capables de contrôler la boucle de rétrocontrôle toxique entre cellules matures et immatures du système hématopoïétique qui se met en place dans les formes les plus sévères de la COVID-19.

Il s’agit de démontrer l’activité anti-virale d’oligonucléotides antisens (ASO) dirigés contre la réplication du virus SARS-Cov-2 sur un modèle in vitro d’infection de cellules Vero E6 en culture, puis de tester le meilleur traitement sur un modèle animal validé pour démontrer l’efficacité in vivo des meilleurs ASO candidats afin de réaliser un essai préclinique.

L’épidémie de COVID-19 apparue en décembre 2019 a été accompagnée chez près de 60% des malades d’un syndrome de perte d’odorant (anosmie). Si la plupart récupère en quelques semaines, ce n’est pas le cas de près de 10% des patients qui souffrent encore de troubles de l’odorat 6 mois après le début de la maladie. Comme des millions de gens sont contaminés par ce virus, les personnes souffrant d’anosmie à long terme se comptent par millions. La perte d’odorat a un impact très important sur leur qualité de vie puisque ce sens est notamment très important pour la détection de dangers et l’alimentation. Sa perte est très souvent associée à des pertes d’appétit et à des dépressions. En utilisant le modèle hamster qui présente également le symptôme de la perte d’odorat liée à la COVID-19, les évènements cellulaires aboutissant à la perte d’odorat liée à la COVID-19 ont pu être identifiés mais leur origine reste à comprendre. L’olfaction est basée sur la détection des odeurs par des neurones olfactifs qui sont entourés par des cellules de soutien. Ce sont les cellules de soutien qui sont infectées par le virus de la COVID-19. Suite à cette infection, il y a très rapidement une invasion massive de cellules immunitaires ainsi qu’une desquamation de l’épithélium où résident les neurones olfactifs. Le rôle des cellules immunitaires dans ce phénomène de desquamation reste à explorer. Est-ce que ces cellules participent activement à l’élimination des cellules infectées ? Sont-elles seulement présentes suite à la destruction cellulaire par le virus afin de limiter sa propagation dans la cavité nasale ? L’épithélium est capable de se régénérer rapidement et dans le modèle hamster, il est restauré au bout de 21 jours ce qui est cohérent avec la récupération rapide observée chez la majorité des patients souffrant d’anosmie liée à la COVID-19. Cependant que se passe-t-il pour ceux qui ne récupèrent pas ? Les traitements actuels de l’anosmie à long terme liée à la COVID-19 consistent de manière empirique à utiliser des corticoïdes couplés à des séances d’entrainement de l’odorat. Les corticoïdes sont classiquement utilisés pour limiter l’inflammation associée à la présence des cellules immunitaires qui pourraient être à l’origine de la desquamation de l’épithélium olfactif. Cependant, il a été montré que les cellules immunitaires peuvent également être impliquées dans la régénération de l’épithélium. Comme les corticoïdes vont limiter la présence de ces cellules, il est important de comprendre comment ce type de traitement va impacter les capacités de régénération de ce tissu afin de retrouver l’odorat. Nous comparerons son impact par rapport à l’entrainement quotidien avec des odeurs qui est connu pour améliorer les capacités de détection. Dans ce projet, nous allons donc utiliser le modèle hamster qui mime les symptômes de la perte d’odorat suite à l’infection par le SARS-CoV-2 afin de comprendre l’impact de ces traitements sur la récupération du sens de l’odorat.

INJUVID propose d’étudier dans trois domaines majeurs de la vie quotidienne – l’espace public, la famille et le travail – les manières dont les individus et les groupes font face aux injustices, tensions et conflits nourris ou exacerbés par la crise sanitaire et les mesures prises pour tenter de la gérer : régime de restriction des libertés de circulation, d’autorisations et de couvre-feux ; arrêt puis fonctionnement dégradé des institutions permettant de gérer les différends familiaux ; évolution des règles de santé / sécurité et règles dérogatoires en matière de lieux et temps de travail. Pour étudier dans quelles conditions, de quelles manières et avec quels effets les citoyennes et les citoyens mobilisent le droit quand elles et ils perçoivent et dénoncent des dangers ou des injustices dans leur vie quotidienne bouleversée par la pandémie, ce projet s’appuie principalement sur les Legal Consciousness Studies, une perspective de recherche qui a, depuis les années 1990, renouvelé l’analyse des rapports et usages quotidiens au droit. A partir d’une enquête par entretiens et analyse de sources écrites auprès d’individus ayant vécu des situations problématiques mettant en jeu la légalité, ainsi que d’intermédiaires du droit (associations de lutte contre les discriminations et violences policières, associations féministes et/ou familiales, syndicalistes et membres de l’inspection du travail), ce projet comparera dans deux régions inégalement touchées par la pandémie (Ile de France et Bretagne) comment les individus et les collectifs mobilisent le droit, sollicitent ses intermédiaires et recourent (ou non) à ses institutions. La recherche permettra ainsi d’identifier les formes de régulation des conflits pertinentes au regard des inégalités et des vulnérabilités qui s’y jouent, afin de soutenir notre résilience collective face à l’urgence sanitaire toujours prégnante.

Dans le contexte de la pandémie de COVID-19, la vaccination joue un rôle majeur pour réduire la circulation du virus et les cas sévères. Cependant, le risque de réaction allergique sévère, ou anaphylaxie, réduit l’accès à la vaccination. A ce jour la poursuite de la vaccination est contrindiquée chez les patients ayant fait une réaction à la première dose, et les patients avec des antécédents d’allergie aux médicaments doivent consulter une équipe spécialisée avant d’être vaccinés, entrainant des délais considérables. Ceci est dommageable en termes de protection individuelle mais également collective, l’immunisation incomplète favorisant l’émergence de variants. Pour combattre ce problème, une meilleure connaissance de ces réactions allergiques est nécessaire. Les allergies aux vaccins sont en général attribuées aux excipients. Différents mécanismes immunologiques et non-immunologiques ont été décrits. Actuellement il n’existe aucune description des mécanismes des réactions aux vaccins anti-COVID-19 et les allergènes potentiels sont inconnus. Le but du présent projet est de combiner une triple expertise clinique, biologique et chimique pour déterminer les mécanismes impliqués dans les réactions sévères aux vaccins anti-COVID-19 et identifier les allergènes responsables. Nous mesurerons les marqueurs d’activation cellulaire et les médiateurs potentiels dans les prélèvements réalisés lors de la réaction aiguë. Lors d’une consultation d’allergologie post-réaction, nous identifierons les allergènes en cause par une combinaison de tests cutanés et de restimulations ex vivo. Enfin nous développerons des tests diagnostiques innovants pour détecter les anticorps et les lymphocytes T mémoires spécifiques de ces allergènes. Ces connaissances nous permettrons de proposer des alternatives sûres pour les patients ayant présenté une réaction, et d’évaluer le risque chez les patients avec antécédents allergiques. Ce projet multidisciplinaire permettra de contribuer au contrôle de l’épidémie en permettant la vaccination du plus grand nombre.

Il est aujourd’hui communément admis que les ménages en situation de pauvreté, et plus généralement les ménages aux conditions de vie les plus précaires, sont les plus durement affectés par la crise engendrée par l’épidémie de Covid-19, du fait d’une plus grande exposition aux risques sanitaires et aux conséquences économiques et sociales de cette crise. En France, il a été évoqué que cette crise multidimensionnelle pourrait faire basculer dans la pauvreté près d’un million de personnes supplémentaires, en particulier des jeunes, des femmes ou des familles. Pour autant, tout juste un an après le début de la crise et faute de données adéquates et rapidement mobilisables, certaines estimations relayées dans les médias n’ont toujours pas fait l’objet de mesures précises, si bien que l’ampleur et la nature exacte des impacts de cette crise sur la pauvreté restent encore largement méconnus. Ce manque de connaissances constitue un frein majeur à l’implémentation de politiques publiques à même de répondre à cette crise inédite et à en limiter les impacts sur les populations les plus fragiles. Le projet DISPOVER se propose, à travers un partenariat avec le Secours Catholique-Caritas France (SCCF), de combler ce manque de connaissances sur les dynamiques de pauvretés induites par l’épidémie de Covid-19 en France. Tirant partie de l’exploitation des informations que l’association collecte en temps réel auprès des ménages qu’elle accompagne, ce projet entend apporter un éclairage inédit, à la fois quantitatif et qualitatif, sur l’évolution des profils de pauvreté pendant la crise sanitaire. Il poursuit deux objectifs : (1) l’analyse de l’impact de la crise sur les conditions de vie des ménages en situation de pauvreté à court et moyen terme, et (2) la description des nouveaux profils de pauvreté engendrés par la crise à court et moyen terme. Pour atteindre ces objectifs, le projet prévoit la mise en place de deux dispositifs de production de données. Le premier reposera sur la saisie à trois périodes-clés – avant le début de la crise, 1 an et 2 ans après – des données contenues dans un échantillon représentatif de dossiers d’accueil que chaque ménage renseigne lorsqu’il est reçu par l’une des équipes du SCCF. Dix délégations, et trente équipes d’accueil réparties sur tout le territoire, seront associées au projet, afin d’assurer une variabilité des situations observées au regard du milieu de résidence (urbain, périurbain et rural) et de l’intensité de l’épidémie. Ces données permettront une analyse longitudinale et multivariée des profils des ménages en situation de pauvreté, et de leur situation budgétaire, pendant les deux premières années de la crise. Le deuxième dispositif, financé par l’association, reposera sur une enquête auprès d’un échantillon de bénéficiaires de l’aide alimentaire d’urgence du SCCF. Il permettra d’analyser les profils des ménages ayant sollicité cette aide durant la crise, et de les comparer à ceux des ménages que l’association accompagne en temps normal. Ces analyses quantitatives seront mises en perspective par la mobilisation d’une troisième source d’informations collectées auprès du monde associatif. Le SCCF, association de premier plan dans lutte contre la pauvreté, participe depuis plus de 20 ans à la production de données et de connaissances sur la précarité. Son rapport statistique annuel est reconnu par l’ensemble des acteurs publics, associatifs et académiques engagés dans la lutte contre la pauvreté, comme un complément précieux à la statistique publique. Le maillage territorial fin de l’association, présente dans toute la France en zones urbaines et rurales, et son accès à des populations précaires invisibilisées dans la statistique publique, contribuent à la richesse des données et à faire de son rapport statistique une référence. Depuis 2016, les analyses et la rédaction du rapport sont réalisées par une statisticienne et deux chercheurs en économie, tous trois à l’origine du projet DISPOVER.

Au printemps 2020, la crise sanitaire et l’expérience du confinement ont entrainé la mise en oeuvre massive, par les institutions culturelles, de collectes de traces – photographies, récits, témoignages etc.... – auprès des citoyens. Cette participation citoyenne à la mise en archives de cette période « historique » devait renforcer la cohésion sociale et permettre une « résilience collective ». ArchiCOVID entend éprouver empiriquement, pour le cas français, la réalité de cette attente. Qui sont les citoyens qui ont effectivement participé à cette dynamique sociale (et ceux qui en sont absents) ? Quelles sont leurs attentes par rapport à la valorisation institutionnelle de leurs contributions et quels effets celles-ci ont eu sur eux ? Quel a été l’impact organisationnel de ces initiatives inédites sur les institutions patrimoniales qui ont bousculé leurs pratiques professionnelles habituelles ? ArchiCOVID procédera à une enquête par questionnaires et entretiens auprès de citoyens-participants et de professionnels de la plupart des institutions patrimoniales impliquées dans cette dynamique dont plusieurs sont partenaires du projet comme une enquête plus large auprès de la population française dans son ensemble. Il répondra ainsi à la fois à un besoin des acteurs concernés et à la question de savoir si la mémoire que ces collectes construisent est suffisamment collective pour aider à la construction d’une société résiliente dans le futur.

Contexte et objectifs de la solution. La culture du pommier représente un marché mondial de 58 millions de tonnes et est aussi la production agricole la plus traitée en France. La lutte contre la maladie de la tavelure due au champignon Venturia inaequalis (Vi), représente 50% des traitements réalisés en verger, soit entre 15 et 28 par an en pommes à couteau et entre 3 et 8 par an en pommes à cidre (25 millions € pour la France). Le retrait prochain du marché de nombreux fongicides va conduire les producteurs à de véritables impasses techniques. ENFIN! vise à offrir aux arboriculteurs un itinéraire technique de rupture réduisant fortement l’usage des fongicides sur la base de deux inventions brevetées. La première invention vise à rendre le champignon non virulent. Elle repose sur le constat que le croisement entre la lignée de Vi inféodée au pommier (POMI) et celle inféodée au pyracantha (PYR) génère une descendance non virulente sur le pommier. Comme POMI se reproduit obligatoirement chaque hiver, l’idée est de provoquer des croisements avec des souches PYR en pulvérisant ces souches PYR au verger à l’automne, ce qui conduira à la production d’hybrides non virulents. Concernant la seconde invention, nous avons découvert que l’application de souches PYR au printemps protégeait les jeunes feuilles de pommier contre une attaque ultérieure de tavelure selon un mode d’action à élucider. ENFIN! a pour objectif de valider et optimiser l’efficacité et la combinaison de ces deux stratégies en verger, d’évaluer les risques et d’étudier l’acceptabilité et l’appropriation par les arboriculteurs de cet itinéraire technique de rupture. Approches et méthodologie. Co-construit avec deux centres techniques nationaux (le Centre Technique Interprofessionnel des Fruits et Légumes, et l’Institut Français des Produits Cidricoles), ENFIN! sera validé durant trois saisons sur quatre sites sur le territoire français dans des vergers en conditions de production. Les souches PYR seront multipliées à l’échelle industrielle et deux technologies de formulation seront comparées. Des économistes rechercheront l’existence de leviers tant organisationnels que cognitifs à son appropriation. Utilisateur final. La solution proposée aux arboriculteurs sera facile d’usage, elle consistera en de simples applications de souches PYR par pulvérisation, sans investissement spécifique. Des recommandations pour l’élaboration d’ateliers de sensibilisation seront proposées aux producteurs ainsi que des propositions d’actions publiques. Le transfert des résultats d’ENFIN! prendra la forme d’une licence concédée à une start-up à créer, ou à un industriel du biocontrôle. Pertinence et durabilité de la solution. ENFIN! représente un changement de paradigme de par son mode d’action innovant et l’itinéraire de rupture proposé aux producteurs. Il devrait permettre de réduire très significativement l'inoculum d’une année sur l’autre et de réduire fortement l’utilisation des nombreuses molécules de synthèse au printemps. Les risques d’émergence d’hybrides pathogènes seront évalués par des généticiens, de même l’acceptation de la solution par les producteurs sera étudiée par des économistes. Présentation du consortium. Les points forts du consortium sont sa complémentarité et sa cohérence. La collaboration entre les acteurs de la recherche fondamentale et la recherche appliquée, en lien étroit avec les acteurs du transfert du Groupe Technique National Tavelure (conseillers, techniciens de chambres d’agriculture et de groupes techniques, expérimentateurs, chercheurs…) permettront une diffusion rapide de la solution auprès des arboriculteurs. Différentes disciplines de recherche sont représentées : pathologistes, expérimentateurs, généticiens, socio-économistes. L’implication d’industriels dans la production et la formulation de spores permettront de travailler à une échelle semi-industrielle vers un déploiement rapide de la solution chez les arboriculteurs.

Les producteurs de fraise, cerise et framboise manquent de solutions pour contrôler le ravageur envahissant Drosophila suzukii (DS). Nous développerons la technique de l'insecte stérile (TIS) contre DS, une solution qui a montré son efficacité sur de nombreux autres insectes hors de France. Elle bloque la reproduction des femelles sauvages via leur accouplement avec des males stériles de la même espèce. Ceux-ci sont élevés en masse, stérilisé puis régulièrement lâchés sur site. Les femelles qui s'accouplent avec ces males produisent des œufs non viables, réduisant la population au fil du temps. La TIS sur DS sera déployée dans des environnements semi-fermés tels que serres et filets. Les bases de la TIS sur DS sont prêtes, la positionnant à un TRL de 4. Elevage et stérilisation des pupes à petite échelle sont maîtrisés; une lignée génétique très efficace au laboratoire a été sélectionnée par le porteur du projet. Ce projet avancera la technologie à un TRL 7 grâce à: (1) la mise à l'échelle et l'optimisation des étapes opérationnelles (capacité de production, manutention, conditionnement, transport, stérilisation adulte); pour (2) évaluer les paramètres d'efficacité en conditions opérationnelles; en tenant compte (3) de l'intégration et des conséquences de la TIS sur les pratiques agricoles et l’environnement; et permettre (4) de proposer des scénarios organisationnels et mettre en œuvre la TIS au niveau territorial grâce à l’engagements des parties prenantes. Nous combinerons prototypage, essais de terrain, surveillance in situ, investigations en laboratoire et études socio-économiques. Au laboratoire nous augmenterons la qualité des males et l'efficacité des procédés. En augmentant l'échelle des tests - de serres expérimentales à de vraies fermes commerciales - nous identifierons les défis et les impacts pratiques. Une approche socio-économique dévoilera comment déployer la TIS sur DS pour dans 3 contextes de production différents. Les producteurs de fraises, framboises et cerises sont les futurs utilisateurs et les principales parties prenantes. Nous visons les cultures cultivées sous serre ou protégées par des filets ; mais le contrôle en plein champ libre n'est recherché à ce stade. Ce projet est porté par l'ambition de créer une entité commerciale pour les services de TIS sur DS (production, lachés, suivi). Les essais opérationnels permettront d'évaluer les coûts-bénefices en vue d'un déploiement à grande échelle. La TIS est une alternative aux insecticides chimiques. Faute de solutions durables, la lutte contre DS repose principalement sur des molécules soumises à des autorisations temporaires, et le tri manuel et coûteux des fruits infestés. Pour etre efficace, la TIS doit participer à un programme de lutte intégrée (IPM). Cela nécéssite des changements par les agriculteurs, dont le suivi de l’abondance de DS et l'adaptation des lachés à celle-ci. L'appui technique aux producteurs et leur éducation est donc essentielle. La durabilité de la solution reposera sur la participation active et la coordination régionale des utilisateurs et des parties prenantes. A cet effet, nous élaborerons des scénarios organisationnels répondant à leurs contraintes. L’adoption durable de la SIT grâce à la participation des parties prenantes aura des effets positifs sur l’environnement, la santé et la société. La TIS participe à la transition agroécologique et à une relation renouvelée entre producteurs et ravageurs. Ce consortium transdisciplinaire mêle écologie, mathématiques et socio-économie. Tous les partenaires sont impliqués dans des projets de TIS, souvent sur DS et ont déjà travaillé ensemble. INRAE coordonne le projet, en étroite collaboration avec le partenaire économique CTIFL, avec pour but commun de développer une solution commerciale. De par son rôle en France, ce groupe est parfaitement placés pour diffuser les résultats du projet à différents publics, dont les acteurs de la chaîne de valeur.

Résumé Contexte et objectifs de la solution Les dégâts d’oiseaux déprédateurs des grandes cultures, en particulier à la levée, sont un sujet orphelin. Il n’existe pas à ce jour de solution efficace et la recherche s’est peu investie sur cette thématique, du moins dans le contexte Européen. Le désarroi des producteurs s’accroit depuis une quinzaine d’année et peut conduire à l’abandon de têtes de rotations jugées trop risquées (tournesol, légumineuses à graines, maïs). En conséquence, les dégâts d’oiseaux ont un impact sur la diversité des cultures et indirectement sur plusieurs aspects de la durabilité des systèmes de culture, y compris les pratiques de traitements. Les approches centrées sur la parcelle sont insuffisantes et les processus écologiques sous-jacents justifient une approche hiérarchique multi-échelle. Le projet a pour objet la mise au point et le test d’une démarche de gestion concertée à l’échelle de territoires. Les travaux seront réalisés en lien étroit avec les acteurs de 3 territoires pilotes : Beauce/Gâtinais (avec 3 coopératives et une association) ; Yonne (avec les agriculteurs impliqués dans le projet ANR R2D2) ; Drôme (avec des établissements de production de semences). Approches et méthodologie Le projet s’appuiera sur une démarche de diagnostic – programmation – évaluation menée sur 3 territoires en lien avec les conseillers et agriculteurs locaux. La stratégie consistera à adapter localement et à combiner plusieurs briques techniques issues d’études et de retours d’expériences acquis au niveau international (synchronisation des semis, choix de dates de semis adaptées et semis de ressources alternatives). Des moyens importants seront consacrés à la collecte, au partage et au traitement de l’information spatialisée, à même de permettre le pilotage des actions. Utilisateur final Les résultats seront une meilleure connaissance des processus à l’origine des dégâts, une démarche de prévention collective documentée et évaluée, ainsi qu’une boite à outils pour la collecte et le partage d’informations territoriales. Les utilisateurs seront les agriculteurs, les structures de conseil et les organismes de filières (coopératives et établissements de production de semences). Indirectement, le projet contribuera à apaiser le débat sur la destruction des nuisibles, en le reformulant autour d’une gestion intégrée intégrant des leviers agronomiques. Pertinence et durabilité de la solution La solution correspond à un consensus scientifique : il n’existe pas de "balle en argent" pour résoudre le problème des dégâts d’oiseaux et les pistes de progrès résident dans la combinaison de solutions à effets partiels. De plus, la dimension territoriale est essentielle pour pallier aux insuffisances des méthodes de lutte à la parcelle, notamment les risques de déport de dégâts et l’habituation des oiseaux. Enfin, la participation des agriculteurs et conseillers locaux sera le gage d’une adaptation aux contraintes locales. De manière globale, en sécurisant l’implantation des cultures de printemps à risque, le projet contribuera à lever un verrou à la diversification des rotations et donc à la durabilité des systèmes de cultures. Présentation du consortium Terres Inovia est l’institut technique de la filière des huiles et protéines végétales et de la filière chanvre. Il coordonnera le projet. L'INRAE unité d'Agronomie interviendra dans la co-conception et l'évaluation des solutions proposées. L’ANAMSO, qui représente les agriculteurs multiplicateurs de semences oléagineuses, est partie prenante sur le territoire Drôme. D’autres acteurs parties prenantes du projet sur la zone Beauce/Gâtinais seront impliqués en tant que prestataires : l’association Hommes et Territoires et les coopératives de Boisseaux, Puiseaux et AgroPithiviers.

Les accélérateurs fournissent la majorité des performances des systèmes modernes de calcul haute performance (HPC) et sont les éléments fondamentaux des systèmes Exascale. Le projet "The European PILOT" (Pilot using Independent Local & Open Technology) sera la première démonstration de deux accélérateurs entièrement européens de calcul haute performance (HPC) et d'analyse de données à haute performance (HPDA) (AI,ML, DL), conçus, mis en œuvre, fabriqués et détenus par l'Europe. The European PILOT combine des logiciels (SW) open source et du matériel (HW) open source et propriétaire afin d'offrir la première et complètement européenne : pile logicielle complète, accélérateur et écosystème intégré, basés sur des accélérateurs RISC-V couplés à n'importe quel processeur universel (CPU) via PCIe Gen 6.0 ou CXL 3.0. Ce pilote fera la démonstration des points clés des accélérateurs HPC et HPDA et de leurs piles logicielles. The European PILOT est également le premier projet à faire la démonstration d'un écosystème HPC entièrement européen. Les accélérateurs seront fabriqués dans la nouvelle usine de technologie de silicium avancée en 12 nm de GlobalFoundries, une démonstration majeure de l'indépendance technologique européenne. The European PILOT associe la recherche de pointe dans la co-conception SW/HW pour faire la démonstration des accélérateurs HPC et HPDA exécutant des applications clés et leurs bibliothèques dans une pile logicielle complète comprenant un intergiciel, des runtimes, des compilateurs et des outils pour l'écosystème RISC-V émergent. The European PILOT est en mesure de produire un prototype de recherche complet (logiciel et matériel) en tirant parti et en étendant le travail effectué dans de multiples projets européens tels que : EPI, MEEP, POP2 CoE, EuroEXA, Ce système de pré-production ne peut être réalisé qu'avec une combinaison d'IP existants, d'émulation HW utilisant des FPGA et de véritables prototypes ASIC qui démontrent la faisabilité de la pile complète du matériel et du logiciel. Enfin, alors que les applications que nous utilisons vont de l'IA au HPC, l'implémentation agressive de l'ASIC (taille des chiplets et petite géométrie) sera le plus petit nœud technologique fabriqué en Europe et pourra facilement être adapté à une mise en œuvre HPC dans un avenir proche.

Le carbone organique du sol (COS) est l'un des plus importants pools de carbone organique sur Terre avec un renouvellement du C allant de quelques jours à quelques millénaires. Dans les modèles du système terrestre (ESM), qui sont des modèles visant à simuler tous les aspects pertinents du système terrestre (climat, circulation océanique, échanges de gaz à effet de serre, etc.), les simulations partent d'un état d'équilibre en supposant que le système complet était à l'équilibre avant les simulations. Mais en raison du long renouvellement du COS, les perturbations du sol (par exemple, le changement d'utilisation des terres) qui ont eu lieu il y a longtemps peuvent encore avoir un impact sur la dynamique du COS aujourd'hui. Ainsi, cette hypothèse d'état d'équilibre n'est pas valide et donc toutes les simulations actuelles des ESM sont basées sur une conceptualisation incorrecte du système. De plus, dans les GES, le sol est toujours représenté sur la base de compartiments qui ne sont pas mesurables, ce qui rend difficile le paramétrage et l’évaluation de l’impact climatique de cette composante clé des ESM. Le grand défi d'EASIER est de proposer une nouvelle procédure d'initialisation des sols dans les ESM. Pour atteindre cet objectif, je dois i) développer un modèle de sol en utilisant des bassins mesurables inclus dans un ESM qui a contribué aux rapports d'évaluation du GIEC au cours des deux dernières décennies; ii) effectuer des mesures sur le terrain de ces bassins de sols à l'aide de l'analyse Rock-Eval, une technologie initialement développée dans l'industrie pétrolière et que j'ai précédemment aidé à adapter à la science des sols; iii) répondre aux questions de base sur les mécanismes de stabilisation du COS en utilisant une mesure combinée du 14C et du CO2 avec différentes compositions d'agrégats; iv) réaliser des simulations au niveau européen avec ce nouveau ESM pour étudier les rétroactions climat-carbone dues au sol. EASIER présente une démarche très originale qui proposera plusieurs solutions innovantes débouchant sur de nombreuses avancées dans le domaine des rétroactions carbone / climat.

Le projet BAYOEN vise à développer un circuit bio-inspiré en électronique organique, peu coûteux, écologique, faible consommation et compatible avec les technologies flexibles, qui réalise un réseau bayésien pour des capteurs autonomes intelligents dédiés aux signaux ECG. Les réseaux bayésiens sont fondés sur une représentation probabiliste des connaissances incertaines. Le projet BAYOEN met en œuvre un paradigme de calcul stochastique d’inférence bayésienne, implémenté par des circuits économes en nombre de transistors grâce aux nouvelles propriétés des transistors électrochimiques organiques (OECT). Dans son volet de codage, le projet propose une méthodologie de transformation d’électrocardiogramme (ECG) en bitstreams stochastiques, représentant les probabilités de différentes anomalies cardiovasculaires, grâce à la simulation de neurones impulsionnels. Le composant original considéré utilise ces bitstreams pour réaliser une classification bayésienne par un circuit d'OECT. Les principales parties du projet comprennent : 1) la conception des circuits et l'optimisation des propriétés matérielles des OECT, 2) la fabrication des circuits OECT, 3) les simulations des neurones couplés pour générer les bitstreams stochastiques, 4) la mise en œuvre de l'inférence bayésienne dans un circuit à base d’OECT. Ce projet est une collaboration entre le Centre de Nanosciences et Nanotechnologies (C2N) de l'Université Paris-Saclay d’une part, qui se concentre sur les composants de calcul et la conception de circuits, et l'IAPP de TU-Dresden d’autre part, qui apporte son expertise dans la fabrication de dispositifs OECT et de circuits. Le budget du projet est principalement dédié au financement de deux doctorants et de leurs recherches. Le projet BAYOEN aborde plusieurs enjeux sociétaux dans les stratégies d’IA allemandes et françaises, notamment de nouvelles architectures matérielles pour l'IA, l'IA verte, l'IA pour améliorer les soins, la santé et la protection des données de santé personnelles.

La révolution numérique, en particulier associée aux Big Data et à l’intelligence artificielle (IA), offre de nouvelles opportunités pour transformer notre système de santé. Les analyses de données associées aux Big Data ont le potentiel de combiner des données moléculaires d’un patient avec son historique de santé pour répondre aux attentes de la médecine de précision. Ces marqueurs moléculaires permettraient d’identifier les mécanismes individuels de la progression d’une maladie et définir des cibles thérapeutiques adaptées pour la traiter efficacement. Les Big Data et l’IA sont devenus des technologies incontournables pour identifier les patients à risque de développer une maladie. Avec le projet FeMAI nous voulons établir des modèles d’apprentissage automatique basés sur l’exploration du microbiote intestinal pour établir un diagnostic et pronostic de l’état de santé d’un individu. Les fondations du Big Data, cependant, reposent sur l’accessibilité aux données, qui à cette dimension soulèvent des préoccupations éthiques justifiées concernant la protection des données du patient. Elles sont légalement encadrées par des textes de loi tels que le Règlement Général pour la Protection des Données personnelles (RGPD), qui limitent l’usage de millions de données de patients à seulement quelques centaines pour entraîner les méthodes d’IA, réduisant leur capacité de prédiction. Avec FeMAI nous voulons adresser ces obstacles en implémentant un réseau de bases de données fédérées afin de préserver la confidentialité des données de patients, contenant les données cliniques et microbiennes de manière décentralisée, et traitées par des outils d’apprentissage automatique pour prédire l’état de santé. L’objectif est ainsi de lever les verrous de l’utilisation des Big Data pour ouvrir une voie de collaboration fructueuse dans l’analyse de la santé humaine entre la France, l’Allemagne et l’Union Européenne. Pour mener à bien sa mission, le consortium FeMAI regroupe des experts mondialement reconnus dans l’analyse du microbiote et dans les méthodes d’apprentissages fédérées.

Les pompes à chaleur (PAC) constituent une solution efficace pour atténuer la consommation d’énergie et l’impact environnemental des bâtiments. Elles ont un fort potentiel d’utilisation d’énergies renouvelables pour convertir l’électricité en chaleur. Toutefois, les performances réelles sur le terrain des PAC ne sont pas toujours à la hauteur des attentes. Des pertes de chaleur élevées se produisent et l’efficacité énergétique est réduite en raison d’une configuration inadéquate du système, mais aussi d’une mauvaise paramétrisation des commandes de la pompe à chaleur et de dysfonctionnements non détectés. La pratique actuelle consiste à régler les paramètres de commande une fois pour toutes par l’installateur. Toutefois, la variabilité au fil du temps, par exemple en fonction des conditions météorologiques, exige une régulation et une supervision adaptatives de la PAC. L’objet du projet AI4HP est donc le développement de nouvelles méthodes d’intelligence artificielle (IA) basées sur l’apprentissage incrémental avec des réseaux de neurones artificiels (RNA) pour le contrôle et la supervision des PAC adaptatives. Les méthodes d’IA offrent une capacité d'«auto-apprentissage» permettant de créer et d’adapter automatiquement des modèles et des prévisions à partir des seules données de mesure. Ces méthodes d’IA adaptatives amélioreront le rendement opérationnel des PAC en a) adaptant automatiquement les réglages du contrôleur à diverses conditions limites et b) en détectant les dysfonctionnements de la PAC. Ceci conduit au développement d’une nouvelle génération de " PAC intelligentes ", intégrant de nouvelles fonctionnalités et interactions avec un environnement en évolution, afin d’offrir la meilleure efficacité énergétique et confort à l’utilisateur, de faciliter les opérations de maintenance et d’éviter une dégradation des performances par détection de défauts. Ainsi, les RNA peuvent améliorer le fonctionnement des pompes à chaleur en modélisant les systèmes et en prédisant les développements futurs à partir des données de mesure. Ils peuvent saisir la complexité du système de thermopompe – par exemple, il n’y a pas de relation unique entre une défaillance spécifique et une variable unique. Cependant, dans la plupart des cas, les RNA et les autres méthodes d’apprentissage automatique conduisent à de grosses erreurs lorsqu’ils sont confrontés à des données sensiblement différentes ou nouvelles. Un autre problème est la production continue de données de mesure. La taille de la mémoire et la puissance de calcul sont limitées et empêchent un ré-entrainement utilisant l’ensemble de données complet. Toutefois, si le système est formé uniquement sur les nouvelles données, il se produit un oubli catastrophique ou une interférence. Par conséquent, pour être utilisé en temps réel dans des technologies de pointe, le RNA doit être capable de continuellement apprendre de nouvelles connaissances sans oublier les connaissances antérieures. Dans le cadre de ce projet, le consortium composé d’experts dans les domaines de la recherche RNA, de la recherche énergétique, de la fabrication de pompes à chaleur et de l’approvisionnement énergétique développera des RNA adaptatifs basés sur des méthodes d’apprentissage incrémental, utilisables en temps réel pour le fonctionnement de pompes à chaleur avec acquisition continue de données de mesure. Le pipeline d’IA adaptative sera développer pour les trois cas d’utilisation que sont : la commande adaptative de courbe de chauffage, la commande adaptative basée sur la prévision de charge et la détection et le diagnostic des pannes (CEA, LPNC, Fraunhofer ISE). Elle sera implémentée dans un régulateur de thermopompe (Stiebel Eltron) et validée par des essais en laboratoire et un système pilote (EDF, Stiebel Eltron). Grâce aux méthodes avancées d’IA, nous prévoyons des économies d’énergie de 20% et une réduction des émissions de CO2 pour l’eau chaude sanitaire et le chauffage des locaux sans perte de confort.

Keratin is a fibrous and recalcitrant structural protein and is the third most abundant polymer in nature after cellulose and chitin. A wide spectrum of animals have developed a diversity of keratins used as structural parts of their outer protection which make up major component of feathers, hair, horns, hooves, cloves, nails etc. Their recalcitrant nature is due to properties such as a high degree of cross-linking by disulphide bonds, hydrogen bonds and hydrophobic interactions. Keratin-laden tissues represents a significant challenge for the animal rendering industry. For example, feathers consist of more than 90% keratin and represent a huge waste product of the poultry industry, where most ends up in landfills or is being burned. Similar challenges exist for other keratin-containing biomass waste. Today, most feather waste is discarded or ineffectively rendered for animal feed or fertilizer. This project will address the application of selected anaerobic thermophilic bacteria which can be optimised for keratin-laden waste material degradation as well as the understanding of the enzyme activities within the bacterial species responsible for this degradation. This will lead to improved control and understanding of the overall keratin-degrading process and its improvement and efficiency by using organisms expressing the required activities or using novel enzyme cascades of thermophilic keratin degrading enzymes in vitro optimised for keratin breakdown in a cost effective and controllable manner. ThermoK will bring together a multidisciplinary team of academics in order to take the results obtained to a transfer level 5 and above, including upscaling of the process. The project will contribute to the designing of more sustainable and resilient food systems and contribute to the vision of a circular economy by using waste products and converting them to other valuable commercial products including peptides, amino acids, fish feed and agricultural fertilizers.

BACKGROUND: Multiple system atrophy (MSA) is a rare neurodegenerative synucleinopathy, which predominantly shows alpha-synuclein (a-syn) aggregation in oligodendrocytes (OL). There is no effective treatment and etiopathogenesis is vastly unknown. There are two theories explaining the aberrant localization of a-syn in OL. One theory first postulates a pathogenic overexpression of a-syn in OL; however, gene expression studies in brain have failed to show a-syn overexpression. A second theory, considers there is an abnormal up-take of neuronal a-syn by OL, mainly supported by mouse models. These studies have demonstrated that a-syn, can redistribute from neuron to OL and spread by prion-like mechanisms; however, this has not been replicated in human OL. Using patient-derived induced pluripotent stem cells (iPSC), and their subsequent differentiation into specific cell types (such as OL) enables generating scalable quantities of disease-relevant tissue (iPSC-OL). OBJECTIVES: (i) To generate MSA-specific iPSC from MSA fibroblasts collected at FCRB, and subsequent differentiation into OL. (ii) To investigate alterations in fibroblasts and iPSC-OL from MSA subjects vs. controls at a transcriptomic, epigenomic, and proteomic level. (iii) To assess the uptake and seeding propensity of structurally distinct a-syn fibrillar strains (amplified from MSA brains) by MSA-derived iPSC-OL. (iv) To identify the interactome of a-syn in iPSC-OL. (v) To create an a-syn/OL molecular network model by computational analysis and predict therapeutic candidates (vi) To create a complimentary humanized mouse model parallel to the iPSC-OL model (vii) To test therapeutic candidates in both in vitro and in vivo models. METHODS: Fibroblasts (MSA=6) will be reprogrammed to iPSC using the non-integrative Sendai virus strategy. OL differentiation will be obtained following Douvaras and Fossatti 2015 Nature protocol. A fully functional ‘OMIC’ iPSC-OL characterization will be performed by RNA sequencing and mass spectrometry. Structurally distinct a-syn fibrillar strains will be amplified from MSA using PMCA. iPSC-OL cell lines will be exposed to a-syn fibrillar strains. The binding of the strains to the plasma membranes, uptake, seeding, and accumulation propensities will be assessed quantitatively using STORM imaging and biochemical assays. The plasma membrane and cytosolic interactomes will be determined by mass spectrometry after pull-down experiments. In coordination with Dr.Douglas Armstrong's lab we will create a molecular network model by clustering algorithms. Network target predictions will be validated in the iPSC-OL and the novel humanized rodent model for MSA. IMPACT: We expect our work to significantly impact MSA's field shedding light on disease mechanisms and creating a warranted cell and animal model for drug discovery. By assessing distinct a-syn fibrillar strains in oligodendrocytes, identifying pathogenic interactions within these cells, and the epigenomic/transcriptomic/proteomic changes that affect them, we will understand the pathological events leading to MSA to an unprecedented level. This should allow modulating disease progression through proteins that interact with pathogenic a-syn fibrillar strains, yielding novel therapeutic tools and strategies.

BeeConnected aims at understanding mechanisms underlying winter mortality risk of honeybee colonies and to identify early-warning indicators that could help beekeepers limiting colony losses and related economic deficits. We will combine our expertise in various scientific fields, including behavioural ecology, molecular biology, engineering, computer science, and modelling. In close collaboration with beekeepers, we will carry out a large-scale monitoring of beehives along combined gradients in climate (continental, temperate and Mediterranean) and landscape. The monitoring will combined traditional field observations with automated systems using multiple low-cost sensors to track the bee swarm in real time and in three dimensions inside the beehives. Data will be associated with mechanistic models to assess the risk of colony mortality and to identify early-warning indicators. The final goal is to derivate decision-support tools for beekeepers to sustain their professional activity.

Au sein des territoires urbains, la gestion de la mobilité, tant la mobilité des personnes que la logistique urbaine et la gestion de l'énergie, de sa production à sa consommation, en passant par sa distribution et son stockage, ne peuvent plus être pensées indépendamment, dans une logique de silos, si ces territoires veulent atteindre les objectifs de maitrise de l'impact énergétique, environnemental et social qui sont ceux des Smartcities. C'est en particulier le cas pour le déploiement d'infrastructures et d'équipements de transport électriques alimentés par des réseaux électriques territoriaux de type Smartgrid où chaque acteur a plusieurs rôles (consommation, production, stockage). Dans ce but, le projet scientifique du futur laboratoire HYPHES est de proposer et de valider des modèles systémiques de Smartcities et des algorithmes de gestion conjointe de ces réseaux. Le territoire urbain est considéré ici comme un ensemble d'acteurs (habitations, entreprises, administrations, ...) interconnectés par un ensemble de réseaux de différentes natures (réseaux et infrastructures de mobilité et de transport, réseaux énergétiques et de distribution de fluides, réseaux de déchets). Ces réseaux supportent des flux (énergie, mobilité des personnes, flux logistiques) et doivent atteindre des qualités de service propres à chaque domaine. Cette qualité de service doit être considérée avant tout du point de vue de l’usager (délai, coût, confort, santé, inclusivité, …), mais aussi de façon transverse en termes de coûts de maintenance et d’impact environnemental. L'aspect systémique est induit par l'interaction de ces différents réseaux entre eux, et avec les différents acteurs du territoire. Un exemple d’interaction entre Smartgrids et véhicules électriques est d’une part la mobilité des véhicules électriques pour atteindre les lieux de distribution d'énergie, et d’autre part l'utilisation possible des batteries de ces véhicules comme stockage d'énergie électrique temporaire pour les acteurs qui en assurent le stationnement sans dégrader le service de mobilité qu’ils assurent. Le cœur du projet scientifique du laboratoire HYPHES est donc une vision systémique des réseaux urbains. De plus, les collaborations existantes avec des acteurs territoriaux et privés de DAVID et DCBrain permettront une définition des métriques et objectifs à retenir et des cas d’usage et expérimentations qui permettront de valider et de valoriser les travaux du projet scientifique du laboratoire. Enfin, le projet scientifique sera bâti sur une vision réaliste de la disponibilité de données industrielles et territoriales, considérant la nécessité des méthodes proposées à pouvoir s’adapter à la quantité, la qualité et l’hétérogénéité des données disponibles en maitrisant la qualité et la fiabilité des résultats obtenus. Le premier objectif du projet scientifique du laboratoire sera ainsi de proposer et de valider une modélisation systémique de l’interaction des réseaux urbains mobilisés, et de leurs usages. Cette activité de modélisation sera continue et évoluera au cours des différents projets réalisés. Le laboratoire se consacrera initialement aux réseaux concernant l’énergie, la mobilité et la logistique. Il mènera l’étude théorique et analytique de ces problèmes et leur résolution par la coopération de différentes approches : théorie algorithmique des graphes et des jeux, optimisation combinatoire, IA et Machine Learning. Ces travaux seront validés sur les cas d’usage retenus, et par l’expérimentation au sein de territoires partenaires. La conception et la réalisation de premiers prototypes de solutions logicielles seront finalement produites. Le programme de recherche consistera en la modélisation systémique de réseaux urbains et la définition de cas d’usage réels, l’intégration de données territoriales, des méthode de résolution IA et RO pour la gestion et la résilience de ces réseaux, et enfin l’implémentation de prototypes logiciels innovants.

Les matériaux électromécaniques convertissent une énergie mécanique en énergie électrique et vice-versa. Ces matériaux connaissent actuellement un développement considérable : - ils jouent un rôle majeur dans différents domaines technologiques critiques : Santé, Défense, Aérospatiale, - ils constituent un élément clé de la nouvelle « électrification de la société » (capteurs embarqués et autonomes, récupération d’énergie, actionneurs), - enfin, ils sont de plus en plus étudiés comme une alternative possible aux éléments Terres Rares dans les Energies Renouvelables pour la conversion des mouvements naturels (vent, courants, vagues) en électricité. Ces enjeux inédits créent des besoins nouveaux par rapport à l’état de l’art actuel (piézocéramiques PZT et copolymère PVDF) qui sont autant de verrous technologiques qu’il faut lever pour améliorer les dispositifs de demain. Ces verrous sont autant d’axes de recherche : • Nouvelles formulations visant à améliorer les performances électromécaniques (Anti-Ferroélectriques, Électrostrictifs géants), • Nouvelles formulations à impact environnemental réduit (sans plomb : KNN, BNT-BT, BCTZ), • Nouveaux procédés de fabrication permettant de nouvelles géométries et une réduction des coûts (céramiques texturées, impression 3D, moulage par injection). L’approche originale de ce LabCom est d’adresser ces trois thématiques sur l’ensemble de la chaîne de conception, de la physique du solide et la caractérisation/compréhension fine du matériau à sa mise en œuvre au sein d’un dispositif industriel. Le LabCom réunissant le laboratoire Structures, Propriétés et Modélisation des Solides (CNRS, CentraleSupélec, Université Paris-Saclay) et la société PYTHEAS Technology a donc pour objectif principal de mettre en commun leurs expertises, moyens et savoir-faire pour développer de dispositifs électromécaniques innovants mettant en œuvre des matériaux non conventionnels respectueux de l’environnement et des procédés de fabrication de pointe. Le programme de recherche adressera spécifiquement les thématiques suivantes : 1) matériaux électrostrictifs géants pour la récupération d’énergies renouvelables, 2) matériaux antiferroélectriques pour des dispositifs piézohydrauliques; 3) développement de nouvelles méthodes de synthèse pour une sonde biomédicale

La réparation de l’ADN est un ensemble de mécanismes biologiques complexes très dérégulés dans les cancers et responsables de toxicité et résistance à différents traitements. L'unité INSERM U1030/Institut Gustave Roussy et la société LXRepair ont des expertises complémentaires et des intérêts communs dans ce domaine et souhaitent s’associer pour valoriser sur le long terme ce savoir-faire, au service des patients et du monde économique. Côté clinique, la personnalisation des traitements en oncologie est une nécessité ; elle se base sur des marqueurs objectifs et mesurables permettant d’adapter le traitement au profil spécifique du patient. La radiothérapie (RT), second traitement curateur après la chirurgie a fait des progrès remarquables au niveau technologique permettant un très haut niveau de précision mais reste en retard par rapport aux autres champs de l’oncologie en termes d’adaptation à la biologie des patients. En particulier la radiosensibilité individuelle à l’origine de toxicités pouvant être délétères n’est pas prise en compte. Au niveau sciences fondamentales, une meilleure appréhension globale des mécanismes de réparation est indispensable pour mieux comprendre leur relation au cancer et à ses traitements. Le laboratoire RADIOCARE s’appuie sur l’excellence d’IGR en radiothérapie, le savoir-faire commun et la plateforme disruptive de tests de LXRepair pour 1. Développer des biomarqueurs cliniques améliorant la pratique médicale et 2. Générer de nouvelles connaissances autour de la biologie du patient. Le programme se divise en 2 axes. L’axe 1 vise à confirmer de façon prospective les premiers biomarqueurs fonctionnels de radiosensibilité des tissus sains pour une série de cancers épidermoïdes. Ces biomarqueurs permettront de prédire la survenue d’effets secondaires graves à la RT. Une gamme de tests diagnostiques sera déclinée (toxicité, puis résistance). Les marqueurs biologiques seront à terme intégrés aux logiciels d’optimisations de la radiothérapie. Les résultats de l’axe 1 seront valorisés par des kits diagnostiques et des algorithmes prédictifs. L’axe 2, comporte une série de projets exploratoires apportant des connaissances nouvelles sur la relation tissus sain/tumeur/réparation de l’ADN. Il intègrera d’autres paramètres biologiques clés (statu HPV, hypoxie..) et cliniques, et sera complétés par des analyses moléculaires (cfDNA, ARN…). Les résultats de l’axe 2 seront valorisés sous forme de publications, augmenteront les débouchés des tests « recherche » de LXRepair. L’approche intégrative de RADIOCARE répond à un besoin clinique fort, et s’appuie sur une innovation technologique de rupture, dont le potentiel médico-scientifique et de valorisation est important. RADIOCARE est basé sur une interaction étroite entre service hospitalier, une unité de recherche, un laboratoire de biologie médicale et de pathologie, avec une entreprise de biotechnologie constituant une opportunité forte pour la génération de preuves de concept cliniques et pour permettre des innovations à fort potentiel. La parfaite maîtrise par la structure hospitalière du cadre réglementaire et administratif nécessaire à ce projet sera un atout majeur pour le succès de RADIOCARE.

En agriculture, les stress abiotiques sont des causes majeures de perte de rendement. Dans le contexte du réchauffement climatique, il est prédit que les stress chaleurs diminueront les rendements des plantes cultivées de 3 à 7,4 % pour chaque augmentation de degré Celsius. Un des défis urgents du secteur semencier est d’améliorer la résilience des espèces cultivées aux stress chaleur. Les agriculteurs sont en attente de variétés résilientes pour garantir le niveau de production en quantité et qualité face aux aléas climatiques. La tomate est l'un des principaux produits agricoles de l'Union européenne. Cultivée dans toute l'Europe en plein champ, sous abri et sous serre, elle représente une culture modèle sur le plan biologique et agronomique. Les stress abiotiques sont des problèmes majeurs pour les producteurs de tomates et des solutions sont nécessaires pour stabiliser les rendements. Malgré sa capacité à pousser sous des climats variables, la production de tomates est très impactée entre autres par les stress chaleur. En particulier, les stresses chaleurs affectent le système reproductif, le développement des racines et la croissance des jeunes pousses. Les protéines de choc thermique représentent une classe largement conservée de protéines impliquées dans la réponse aux stress et la croissance et le développement des plantes. Bien qu'ils aient été découverts pour la première fois dans le contexte de la réponse au choc thermique, la plupart des réponses aux stress biotiques et abiotiques nécessitent l'action concertée des protéines de choc thermique pour réguler la réponse au stress et l'acclimatation. L'élucidation des mécanismes moléculaires responsables de la régulation des protéines de choc thermique est essentielle pour améliorer la tolérance des plantes cultivées aux stress biotiques et abiotiques. L’équipe FloCad et la société Gautier Semences ont mené plusieurs études qui ont permis d’identifier des régulateurs de l’expression des protéines de choc thermique comme cibles d’amélioration des plantes cultivées aux stress abiotiques. L’association des deux entités propose la création du laboratoire commun BioAdapt qui vise à utiliser ces gènes régulateurs pour améliorer en premier lieu la résilience de la tomate aux stress chaleur.