Projets

La photosynthèse oxygénique est le poumon de la terre. Ce processus énergétique repose en premier lieu sur deux complexes protéiques appelés photosystèmes PSI et PSII qui absorbent l'énergie lumineuse et la convertissent en énergie chimique qui soutient une grande partie de la biosphère. La structure et la fonction des photosystèmes et leur disposition dans la membrane du thylacoïde s'adaptent en permanence aux changements des conditions environnementales, en particulier la quantité de lumière. Des mécanismes de régulation leur permettent de maintenir leurs performances et ainsi de faire face aux stress environnementaux. L'acclimatation est le processus par lequel un organisme vivant reste capable de se développer lorsqu'il est confronté à une nouvelle condition environnementale. La somme des mécanismes d'acclimatation dont dispose un organisme contribue à l'adaptation d'une espèce. Une meilleure connaissance de ces processus est fondamentale pour la compréhension de l'évolution et de l'écologie, pour comprendre les défis du stress dans un contexte de changement climatique et pour l'amélioration future de la capture du CO2 par les organismes photosynthétiques. Nous exploiterons les différences et les similitudes entre les organismes photosynthétiques pour caractériser la fonction moléculaire d'un ensemble de protéines sélectionnées comme très importantes dans l'acclimatation à la lumière. Pour cela, nous utiliserons une combinaison d'approches in vivo et in vitro pour étudier en parallèle et de manière étroitement coordonnée, le mécanisme d'acclimatation à la lumière dans trois modèles représentatifs de la diversité des organismes photosynthétiques : la cyanobactérie unicellulaire Synechocystis PCC6803, une algue verte unicellulaire Chlamydomonas reinhardtii, et une plante supérieure (plus complexe), Arabidopsis thaliana. Grâce à une approche génétique à haut débit, nous avons découvert, deux nouveaux acteurs de l'acclimatation photosynthétique ; APE1 (Acclimation of Photosynthesis to the Environment 1) et TLP15.2 (protéine luminale thylakoïde 15.2) conservées des cyanobactéries aux plantes supérieures attestant de leur importance physiologique. Un troisième acteur CGL11 absent des cyanobactéries, constitue un lien permettant de révéler les mécanismes moléculaires du contrôle de la photosynthèse et du flux cyclique d'électrons. D'importantes avancées conceptuelles dans la compréhension de la fonction de base d’APE1 chez Chlamydmonas ont été faites. APE1 est le premier régulateur identifié qui se lie aux supercomplexes PSII et libère les complexes coeur en fonction de l'intensité lumineuse. Cette fonction protège les PSII de la surexcitation en forte lumière, favorise l'hétérogénéité des PSII influençant l'empilement des thylacoïdes et permet d'augmenter la réparation et le renouvellement des PSII en fonction de l'intensité lumineuse. Les études chez Arabidopsis sont en cours de réalisation. Durant, ce projet nous analyserons également le rôle d’APE1 chez Synechocystis PCC6803 pour identifier sa fonction de base dans la photosynthèse. Bien que les mécanismes de régulation du PSII et du contrôle de la photosynthèse sont liés et sont à la base de l'acclimatation à la lumière chez les organismes photosynthétiques, ils ont rarement été étudiés en parallèle dans des divers organismes en utilisant une combinaison d’approches génétiques et biochimiques. Le projet RevelOrg réunit des chercheurs ayant des compétences complémentaires en photosynthèse, génétique, techniques de biologie moléculaire, biochimiques et biophysiques pour élaborer un modèle de l’acclimatation à la lumière. En résolvant le(s) mécanisme(s) moléculaires impliquant APE1,TLP15.2 et CGL11, nous pourrons également explorer les changements significatifs existant au niveau de la régulation (acclimatation) entre les organismes photosynthétiques qui leur ont permis de prospérer dans divers écosystèmes et habitats terrestres et aquatiques (eaux douces et salées).

Les crossovers méiotiques permettent le brassage des allèles entre chromosomes homologues. La fréquence et la distribution des crossovers méiotiques déterminent quels traits sont hérités ensemble et lesquels sont réassortis pour produire de nouvelles combinaisons sur lesquelles la sélection peut agir. La distribution des crossovers le long des chromosomes n'est ni uniforme ni aléatoire, mais les forces sous-jacentes sont mal comprises. Des questions majeures restent encore ouvertes : Quelles sont les raisons pour lesquelles les crossovers sont formés dans certaines parties du génome et pas d’autres ? Comment la distribution des crossovers influe-t-elle sur la ségrégation des allèles et l’évolution des populations génétiques ? De plus, un mauvais positionnement des crossovers le long des chromosomes provoque des défauts de ségrégation, conduisant à des gamètes et des embryons aneuploïdes, en grande majorité non viables. Il est donc essentiel d'élucider quelles sont les forces qui régulent la distribution et le nombre de crossovers pour comprendre certaines causes d’infertilité, pour révéler les forces qui contribuent à l'évolution des génomes et pour fournir aux sélectionneurs de meilleurs outils pour créer de nouvelles variétés. Mes travaux de recherche ont contribué à identifier des facteurs limitant la formation des deux grandes classes de crossovers (classe I et classe II) au cours de la méiose. Une observation importante est que la présence de polymorphismes peut avoir un impact sur la distribution des crossovers, soit en les attirant ou en les repoussant. Des observations préliminaires suggèrent que, chez Arabidopsis, les crossovers de classe I auraient tendance à se former préférentiellement dans les régions polymorphes tandis que les crossovers de classe II les éviteraient. La présence de polymorphismes apparaît donc comme une force majeure contribuant à la distribution des crossovers, mais les données restent encore très partielles pour décrire et comprendre ce phénomène. Grâce à une combinaison d'approches génétiques, génomiques et cytologiques, le projet POLYREC vise à élucider comment la distribution des crossovers est affectée par la distribution du polymorphisme à travers le génome et quels en sont les mécanismes sous-jacents, chez Arabidopsis. Pour ce faire, nous allons d'abord produire la première carte à haute résolution des événements de crossovers au regard de la distribution du polymorphisme en utilisant à la fois des ressources génétiques déjà disponibles et construites par nos soins. Cette approche est aujourd’hui rendue possible grâce au développement du séquençage parallèle massif de longs fragments d'ADN, permettant une identification à la fois efficace et bon marché de milliers d'événements de crossovers. De plus, nous établirons comment chaque classe de crossovers se comporte face au polymorphisme en utilisant des mutants déjà disponibles ainsi qu’avec le développement de protocoles de ChIP-seq sur tissus méiotiques d'Arabidopsis. Enfin, nous procéderons à un crible génétique pour identifier de nouveaux acteurs de ces phénomènes. Le projet POLYREC mènera également à la production de nouvelles ressources génétiques qui seront mises à la disposition de la communauté Arabidopsis, et qui pourront être utilisées pour la cartographie de nouveaux traits et QTL, par ex. d'intérêt agronomique. Comprendre comment le polymorphisme peut affecter la recombinaison a un grand potentiel non seulement pour comprendre les forces contribuant à l'évolution des génomes, mais aussi pour améliorer les programmes de sélection végétale grâce au transfert de connaissances. En tant que jeune chercheuse, le projet POLYREC me permettra de développer davantage mon indépendance. Mes publications, les bourses et prix que j'ai obtenus, le projet que j'ai conçu et le réseau scientifique que j'ai construit démontrent que je suis bien placée pour apporter une contribution significative au domaine.

KABAGRAPE a pour objectif d’identifier les réseaux de gènes dépendants de la voie de signalisation de l’acide abscissique (ABA) impliqués dans l’augmentation du chargement en potassium (K+) observée en réponse aux fortes températures durant la maturation du raisin. En effet, l’entrée en maturation de la baie (appelée véraison) est déclenchée par l'ABA, et cette hormone bien connue pour son rôle dans la réponse au stress hydrique est aussi impliquée dans l’adaptation de la vigne aux températures élevées. Or en cette période de changement climatique, il est connu que l’exposition du raisin aux fortes températures est le facteur externe qui affecte le plus la qualité de la baie à la vendange, conduisant à l’obtention de vins de faible qualité organoleptique avec un potentiel de vieillissement amoindri. En particulier, l’augmentation de température favorise l’accumulation de K+ qui, s’il se trouve en excès dans la baie, a des effets néfastes sur la qualité du vin. L’ABA a été identifié comme un acteur essentiel de la maturation du raisin. Dans la baie de raisin, la concentration de l’ABA augmente au moment de la véraison, puis au cours de la maturation en cas de forte chaleur. Chez Arabidopsis, il est établi que l’ABA contrôle l’activité des systèmes de transport de K+ (canaux Shaker et transporteurs KUP) et donc le chargement de K+ dans les différents tissus. Cette activité est régulée par des protéines phosphatases 2C (PP2C) du clade A et des kinases impliquées dans la signalisation de l’ABA, telles que les « Calcineurin B-like Interacting Protéine Kinases » (CIPK), et les « SNF1-related kinases » (SnRK2), et ce via des interactions protéine-protéine directes. Dans la baie de raisin, nous voulons comprendre comment l’ABA régule l’entrée (via le phloème) et l’accumulation de K+ à travers son action sur les systèmes de transport. En plus des CIPK déjà publiées, nous avons identifié récemment des PP2C en interaction avec les canaux Shaker, et des protéines appartenant à des familles encore non associées au transport de K+ chez les plantes : une kinase de type « receptor-like » (RLK), qui interagit avec une PP2C de la voie de signalisation de l’ABA, et un transporteur ABC proche des transporteurs d’ABA d’Arabidopsis. Dans KABAGRAPE, nous analyserons ces nouveaux régulateurs et leurs homologues proches et rechercherons d’autres candidats. Le projet est divisé en quatre « workpackages » (WP 1 à 4). Le WP1 aura pour but d'identifier les protéines régulatrices en interaction avec les systèmes de transport de K+ de la baie, à la fois par tests d'interaction systématiques et par criblages de banques d'ADNc en double hybride et split-ubiquitine. Nous avons sélectionné comme cibles primaires les canaux Shaker les plus exprimés dans la baie, ainsi qu'un transporteur KUP fortement induit à partir de la véraison. Pour valider la dépendance à l'ABA des protéines candidates et leurs relations avec les systèmes de transport, nous utiliserons dans le WP2 une stratégie originale de phénotypage au stade germination de mutants d'Arabidopsis déficients pour les orthologues des gènes d'intérêt (codant les systèmes de transport de K+ et leurs régulateurs), de lignées surexprimant ces gènes, et de combinaisons de génotypes. Dans le WP3, nous caractériserons l’expression spatio-temporelle des gènes d’intérêt dans la baie de raisin et leur réponse aux stress, en relation avec l’accumulation de l'ABA et de ses dérivés. Enfin, le WP4 visera à comprendre le rôle fonctionnel des protéines régulatrices sur les systèmes de transport de K+ : effets sur leur localisation subcellulaire et sur le transport de K+ (par électrophysiologie en ovocyte de xénope et sur des protoplastes de baies, et/ou complémentation de levure). Notre consortium associe 2 groupes aux compétences complémentaires : (1) (électro)physiologie et biologie moléculaire du transport de K+ chez Arabidopsis et la vigne, (2) physiologie de la germination de la graine et des régulations hormonales.

Les légumineuses jouent un rôle agronomique et écologique majeur en raison de leur capacité à fixer l'azote atmosphérique lors de la symbiose avec les rhizobia. Les principales cultures de légumineuses sont des espèces tropicales (soja, arachide, niébé ...) qui représentent plus de 85% de la production de légumineuses à graines. Ces espèces sont toutes nodulées par des souches de Bradyrhizobium qui contiennent des gènes de nodulation (gènes nod) nécessaires à la synthèse de signaux symbiotiques clés, appelés facteurs Nod (FN), mais aussi des gènes T3SS qui codent pour le Système de Sécrétion de Type 3 (T3SS). Le T3SS, initialement identifié chez des pathogènes bactériens animaux et végétaux, permet l’injection de protéines effectrices à l'intérieur des cellules hôtes pour favoriser l’infection en interférant avec divers processus de l'hôte, notamment la suppression des réponses immunitaires. Pendant longtemps, il a été supposé que la nodulation reposait absolument sur les FNs pour déclencher l'organogenèse des nodules et l'infection. La machinerie T3SS, en revanche, était considérée comme un équipement accessoire modulant l’efficience et le spectre d’hôte de la bactérie. Cependant, il a été démontré que certaines espèces de légumineuses du genre Aeschynomene mais aussi le cultivar Glycine max cv. Enrie sont nodulées par des souches de Bradyrhizobium en l'absence de synthèse de FNs. Dans ce cas, l'établissement de l'interaction nécessite que la bactérie possède un T3SS fonctionnel, ce qui indique que des effecteurs spécifiques de Type 3 peuvent activer directement la voie de signalisation de la nodulation chez les légumineuses, en contournant la perception des FNs. Nous avons démontré récemment que chez la souche de Bradyrhizobium ORS3257, cette symbiose dépendante du T3SS repose sur un cocktail d'au moins cinq effecteurs jouant des rôles synergiques et complémentaires dans l'organogenèse des nodules, l'infection et la répression de la réponse immunitaire de la plante. Parmi eux, nous avons identifié l'effecteur nucléaire ErnA, très conservé chez les bradyrhizobia, comme un acteur clé de l'organogenèse des nodules. En outre, les données préliminaires indiquent que d'autres souches de Bradyrhizobium peuvent utiliser d'autres effecteurs de type 3, distincts d’ErnA, pour déclencher la nodulation. Notre découverte récente qu'une seule protéine effectrice suffit à induire l'organogenèse des nodules sans avoir besoin de FNs est un changement de paradigme dans le domaine et indique que les programmes de nodulation des légumineuses ne sont pas exclusivement contrôlés par les FNs. Nos principaux objectifs dans le cadre du projet ET-Nod sont : i) de déchiffrer les mécanismes moléculaires par lesquels ErnA active la nodulation chez Aeschynomene, ii) d'identifier de nouveaux effecteurs (appelés ET-Nods) se comportant comme ErnA dans le déclenchement de la nodulation et iii) de caractériser l'importance de cette famille d'effecteurs dans l'efficacité symbiotique des légumineuses d'intérêt agronomique. À cette fin, notre consortium, auquel participent des spécialistes de la symbiose végétale et de la pathogenèse, i) combinera des approches biochimiques, génétiques et omiques pour caractériser les cibles moléculaires d'ErnA (nucléiques et protéiques), ii) développera chez le genre Bradyrhizobium une analyse génomique comparative couplée à une approche de mutagenèse pour identifier de nouveaux effecteurs ET-Nod et iii) étudiera par des approches de génétique, le rôle joué par les effecteurs ErnA et ET-Nod dans différentes souches de Bradyrhizobium lors de symbioses avec des légumineuses cultivées (soja, arachide, niébé …). Les connaissances acquises au cours de ce projet pourraient être exploitées en agronomie pour améliorer le rendement de plusieurs légumineuses cultivées et pour concevoir de nouvelles stratégies visant à transférer la capacité symbiotique fixatrice d'azote aux céréales.

Dans un contexte de changement global et d’une dégradation accélérée des récifs coralliens, il est primordial de mieux caractériser la dynamique corail-microbiome afin d’élucider son rôle dans les capacités d’acclimatation/d’adaptation des organismes et des populations et dans la résilience des récifs coralliens. Le projet SymbioFire a trois objectifs principaux : i) la caractérisation fine des partenaires présents dans l’holobionte corail de feu (Millepora spp): hôte-Symbiodiniaceae-bactéries sur 21 sites répartis sur 3 iles Indo-Pacifiques (Réunion, Moorea, Taiwan) ; ii) l’étude de la stabilité temporelle de ces associations grâce a un suivi temporel de 2,5 années (4 points par an et par ile) et iii) la recherche des réponses transcriptomiques des partenaires en condition de stress thermique et acide. Ce projet utilisera des approches de metabarcoding, metatranscriptomique et metagénomique, à la fois en milieu naturel et lors d’expériences en aquarium. De plus, l’étude de sites en milieu naturel répartis sur un gradient de températures à Taiwan permettra de travailler sur un véritable laboratoire naturel montrant l’évolution possible du microbiome corallien liée au réchauffement des océans. SymbioFire est un projet ambitieux qui s’attachera à étudier les moteurs principaux de la composition des communautés microbiennes et à comprendre comment cette composition, en retour, affecte la réponse de l’holobionte faisant face à diverses pressions environnementales. SymbioFire est basé sur un suivi temporel, nécessaire mais manquant cruellement jusqu’à présent, afin de révéler les moteurs de la dynamique corail-microbiome. SymbioFire s’attachera également à démêler le rôle de l’environnement de celui de l’espèce hôte sur l’assemblage des microbiomes. En combinant des approches de laboratoire naturel, d’expériences in vitro, un échantillonnage spatial et un suivi temporel avec l’étude concomitante d’échantillons de sédiments et d’eau pour caractériser les microbiomes environnementaux, le projet permettra d’atteindre une image précise et juste des processus principaux qui façonnent le microbiome des coraux de feu dans l’Indo-Pacifique. En fin de compte, avec son cadre éco-évolutif pour l’étude de l’holobionte corallien dans un environnement changeant, SymbioFire permettra d’obtenir une compréhension approfondie du fonctionnement de l’holobionte corallien dans le temps et dans l’espace, et apportera ainsi une perspective unique sur le rôle de la dynamique corail-microbiome dans la persistance des populations et la résilience des récifs coralliens.

Environ 15000 plantes à fleur sont dioïques (= sexes portés par des individus différents). Ces plantes sont sur-représentées dans les espèces cultivées (~17%). Il y a donc des enjeux fondamentaux et appliqués à comprendre le déterminisme du sexe chez les plantes dioïques. Néanmoins, malgré des avancées récentes, très peu de données sont disponibles sur la question. L’objectif de ce projet est d’identifier les gènes du déterminisme chez Silene latifolia, une des plantes dioïques les mieux étudiées. Il s’agira de séquencer et d’assembler un génome male XY de très grande qualité (grâce à des données de lectures longues), de combiner différentes approches (collection de mutants, transcriptomique) pour identifier des gènes candidats et de valider et caractériser ces candidats (avec Crispr-cas9). Sont réunit ici 2 partenaires (LBBE Lyon et IPS2 Saclay) avec une grande expertise en génomique, bioinformatique, études fonctionnelles et évolutives, qui est nécessaire pour mener à bien ce projet.

L’élimination de cellules au cours du développement est un thème récurrent dans les organismes multicellulaires. Ce processus est particulièrement répandu dans les graines en développement et semble avoir été réquisitionné comme stratégie de développement plusieurs fois au cours de leur évolution. Nous nous focaliserons ici sur le nucellus et l’albumen pour mieux caractériser les mécanismes d’élimination de cellules dans la graine. En exploitant la génétique d’Arabidopsis, dont les petites graines facilitent les observations microscopiques, nous révélerons les bases génétiques ainsi que les mécanismes cellulaires de l’élimination de cellules dans la graine. Un objectif essentiel sera de comprendre comment ces processus sont restreints à seulement certains tissus de la graine. Nous étudierons également les conséquences physiologiques de ces mécanismes, en se focalisant sur l’idée qu’ils sont importants pour les transitions puits-source dans la graine en développement.

Les plantes possèdent des mécanismes sophistiqués d’adaptation aux stress environnementaux affectant l’intégrité de leur génome et interférant avec leurs programmes développementaux. L’objectif du projet RanTarDAm est d’identifier, les mécanismes moléculaires régulant l’intégrité du génome, de l’épigénome et du transcriptome après induction aléatoire (stress génotoxique) ou ciblée (CRISPR/Cas9) de dommages sur l’ADN. L’expertise du consortium en réparation de l’ADN-biologie des ARN, combinée à de nombreux résultats préliminaires, offre une opportunité unique de caractériser de nouvelles interconnexions entre les mécanismes impliqués dans la maintenance de l’intégrité du génome, de l’épigénome et du transcriptome en réponse à des dommages, aléatoires ou ciblés, sur l’ADN. Nos résultats pourront être applicables dans des programmes de sélection agronomiques et également transposables à d’autres organismes, incluant les vertébrés.

A la base des chaines alimentaires marines, le phytoplancton joue un rôle majeur dans la fixation et la séquestration du carbone dans les océans. Le phytoplancton marin comprend une large diversité de microalgues, réparties de l’équateur au pôle. Dans les régions polaires et tempérées, la prolifération du phytoplancton est saisonnière. L’adaptation à la longueur du jour au cours des saisons et au travers des latitudes (photopériodisme) est bien connue chez les animaux et les plantes terrestres. L’horloge circadienne est au cœur du photopériodisme. Cette horloge autonome, essentielle pour coordonner la physiologie à la photopériode, est synchronisée à la lumière perçue par des photorécepteurs ainsi qu’à la température. Le découplage de ces deux facteurs environnementaux dans le milieu naturel peut avoir un effet important sur la fitness ou le succès reproductif d’espèces adaptées à des saisons ou des latitudes données. Bien que les rythmes circadiens soient connus depuis longtemps, les bases génétiques du photopériodisme restent largement méconnues chez le phytoplancton. L’objectif du projet CLIMA-CLOCK est d’identifier les mécanismes moléculaires régulant l’adaptation à la latitude et aux saisons chez le phytoplancton marin et d’estimer l’impact de l’augmentation de la température des océans sur ce photopériodisme. L’approche du gène à l’écosystème de CLIMA-CLOCK est innovante. Elle combine des analyses métagénomiques spatiales à grande échelle comme TARA Océan et temporelles (série de 10 ans en baie de Banyuls, France) pour identifier les variations génétiques naturelles dans les gènes de l'horloge et des photorécepteurs candidats ainsi que des approches de génomique fonctionnelle chez des organismes modèles pour tester l’importance de ces variations génétiques dans le photopériodisme. Le projet se concentrera sur deux ordres d’importance écologique majeure, les diatomées et les mamiellophyceae, pour lesquels des outils génétiques ont permis d’identifier des acteurs de l’horloge et les photorécepteurs par les partenaires du projet. La comparaison entre les diatomées et les mamiellophyceae permettra d’identifier les mécanismes communs et spécifiques du photopériodisme. Notre étude fonctionnelle des variations génétiques naturelles dans l’adaptation du phytoplancton à la photopériode va au-delà des études les plus récentes qui se sont focalisées principalement sur la présence ou l’absence de gènes dans l’adaptation à des niches environnementales spécifiques. En intégrant des approches globales de génomique marine et des études fonctionnelles des régulateurs du photopériodisme, CLIMA-CLOCK permettra de construire un nouveau paradigme sur la connexion entre les dimensions spatiales et temporelles du photopériodisme. De plus les variations génétiques identifiées pourraient servir de marqueurs génomiques dans les études de l’impact du changement climatique sur la répartition spatio-temporelle du phytoplancton. Cette première étape est importante pour prédire les conséquences globales de l’augmentation de la température des océans sur la productivité du phytoplancton qui est un élément essentiel des écosystèmes microbiens océaniques, responsable de la moitié de la production d’oxygène de la terre. Les résultats de CLIMA-CLOCK seront valorisés au travers de publications dans des journaux scientifiques internationaux à comité de lecture et de communications à des congrès nationaux et internationaux. Nous communiquerons aussi vers le grand public dans les journaux et média traditionnels. Une exposition sera également organisée au Biodiversarium de Banyuls sur Mer, un aquarium dédié à la médiation scientifique qui accueille 80 000 visiteurs par an.

La réponse des plantes aux stress biotiques implique une grande diversité de molécules telles que des protéines de régulation et des hormones. Parmi ces acteurs, les petits peptides sécrétés, également appelés hormones peptidiques ou cytokines végétales, peuvent interagir directement avec les pathogènes ou participer à la signalisation intercellulaire chez les plantes. Ces peptides sont produits à partir de précurseurs protéiques via un processus de maturation post-traductionnelle qui complexifie leur caractérisation uniquement sur la base de la séquence génomique. Seule une petite fraction des gènes capables de coder des peptides sécrétés a été décrite et leur diversité et leur impact ont été grandement sous-estimés. L’objet principal de STRESS-PEPT est de mieux comprendre la réponse des plantes aux stress biotiques à l’échelle du peptidome et de caractériser de nouveaux acteurs moléculaires impliqués dans les mécanismes de défense. En s’appuyant sur nos précédents travaux, nous souhaitons développer et appliquer une approche pluridisciplinaire combinant bioinformatique, transcriptomique et peptidomique pour identifier de nouveaux peptides sécrétés chez Arabidopsis et comprendre comment ils influencent la réponse aux agressions de différents agents pathogènes biotrophes et nécrotrophes (oomycètes, champignons, bactéries). La méthodologie proposée est structurée en trois tâches complémentaires : (i) Un pipeline bioinformatique original sera utilisé pour cribler le génome d’Arabidopsis afin d’identifier les gènes codant pour des précurseurs de peptides sécrétés, de les classer en familles en fonction de leur homologie et de leur profil phylogénétique, et de prédire les peptides matures via une méthode sensible de recherche de motifs conservés ; ces prédictions seront croisées avec des analyses transcriptomiques de type RNA-seq conduites sur des plantules d’Arabidopsis en présence ou non des différents pathogènes étudiés pour identifier la fraction des gènes à l’origine de peptides sécrétés dont les précurseurs sont régulés au niveau transcriptionnel par des stress biotiques. (ii) Les mêmes échantillons biologiques seront exploités pour la préparation d’extraits peptidiques (totaux ou à partir des fluides apoplastiques) à l’aide d’un protocole optimisé permettant leur analyse en spectrométrie de masse ; ainsi, une approche peptidomique de type LC-MS/MS sera conduite sur les différents extraits peptidiques pour l’identification et la quantification différentielle des peptides présents ainsi que la caractérisation de leur modifications post-traductionnelles. (iii) Une sélection des peptides les plus prometteurs, basée sur les données de transcriptomique et de protéomique, sera effectuée pour des analyses fonctionnelles incluant des tests sur des mutants KO, sur des lignées surexpresseurs, et des traitements avec des peptides de synthèse afin de comprendre et de valider leur rôle dans la réponse aux pathogènes. Le consortium STRESS-PEPT rassemble des bioinformaticiens, des biologistes moléculaires, des biochimistes et des phytopathologistes spécialistes de chacun des pathosystèmes étudiés ainsi qu’une plateforme de protéomique. Les collaborations déjà établies entre les partenaires garantissent une excellente synergie durant l’ensemble du projet planifié sur 4 ans et l’obtention de résultats d’intérêt pour la communauté. Toutes les données générées seront stockées dans une base de données relationnelle accessible à la fin du projet. STRESS-PEPT doit conduire à la découverte de nouveaux peptides sécrétés impliqués dans la perception des stress biotiques par les plantes et la régulation de leur réponse immunitaire. En prenant en compte leur conservation dans le règne végétal, ces peptides pourront être exploités dans des stratégies optimisant conjointement la qualité et la résistance des plantes cultivées, ouvrant ainsi de nouvelles opportunités pour la gestion durable des cultures.

Les champignons phytopathogènes représentent une menace récurrente pour l'agriculture et possèdent des capacités adaptatives extrêmes. Une stratégie majeure de lutte contre les maladies fongiques, respectueuse de l'environnement, est la lutte génétique à l'aide de cultivars naturellement résistants. La résistance variétale repose principalement sur la reconnaissance d'effecteurs fongiques, éléments clés de la pathogénèse ciblant des protéines végétales mais pouvant également être reconnus par des protéines de résistance (R), et alors appelés protéines d'avirulence (AVR). Le déploiement massif d'une source unique de résistance dans les champs exerce une forte pression de sélection contre les agents pathogènes avirulents et la source de résistance peut être rapidement contournée. Il est donc urgent d'améliorer la gestion des gènes R pour en accroître l'efficacité et la durabilité. Le principal moyen de lutte contre Leptosphaeria maculans, champignon responsable de la nécrose du collet du colza, est la lutte génétique. Cependant, les sources de résistance spécifique sont rares chez le colza et les études visent soit à identifier de nouvelles sources de résistance, soit à optimiser la durabilité des résistances disponibles en alternant ou pyramidant ces résistances. Les Partenaires 1 et 2 du projet ont récemment déterminé la structure 3D de quatre AVR de L. maculans (appelés AvrLm). Étonnamment, trois d'entre eux font partie d'une famille structurale comprenant 13 effecteurs de L. maculans mais aussi des protéines d'autres champignons phytopathogènes. Ces données soulèvent des questions cruciales, dont la clarification pourrait améliorer la gestion des résistances : (i) Les effecteurs appartiennent-ils à un ensemble limité de familles structurales ? (ii) Les membres d'une même famille d'effecteurs ciblent-ils des protéines végétales et des processus cellulaires identiques ou similaires ? (iii) Les membres d'une même famille d'effecteurs peuvent-ils être reconnus par les mêmes protéines R ? Le projet STARlep vise à explorer la diversité structurale et fonctionnelle des protéines AVR de L. maculans afin de proposer une gestion éclairée des résistances. Il est organisé en quatre tâches : caractérisation structurale des effecteurs AvrLm et classification en familles structurales par la recherche d'analogues structuraux parmi les effecteurs de L. maculans (WP1), analyse approfondie des interactions entre les protéines AVR et leurs protéines R (WP2), détermination des protéines végétales et des processus cellulaires ciblés, et compréhension physique des interactions effecteur-cible (WP3), identification de résistances reconnaissant des effecteurs appartenant à des familles structurales distinctes et/ou ciblant des processus cellulaires contrastés (WP4). L'originalité et la force du projet STARlep résident dans son interdisciplinarité : il implique trois équipes ayant une expertise internationalement reconnue dans les domaines complémentaires de la génomique fongique / analyse fonctionnelle des effecteurs fongiques (Partenaire 1) et de la biologie structurale (Partenaires 2 et 3), et une entreprise privée criblant du matériel végétal chez les Brassica pour identifier de nouvelles sources de résistance (partenaire 4). Le projet STARlep générera des connaissances sur les familles d'effecteurs structuralement conservés, et sur l'interaction avec les gènes R et les cibles végétales correspondants. L'un des principaux objectifs de STARlep est d'identifier de nouvelles sources de résistance permettant de reconnaître de nouvelles familles structurales d'effecteurs. Les connaissances acquises sur les familles structurales d'effecteurs nous aideront également à proposer des stratégies visant à alterner ou à pyramider les gènes R reconnaissant différentes classes d'effecteurs. Enfin, nous identifierons des protéines végétales ciblées par les effecteurs qui pourraient constituer de nouvelles cibles pour lutter contre les maladies des plantes.

Les microalgues et les feuilles de plantes sont des sources prometteuses d’acides gras et de triacylglycérol (TAG) pour les énergies alternatives (bioénergies) et pour la chimie verte. Cependant, la corrélation inverse entre la prolifération et l’accumulation de lipides compromet la productivité et est un verrou biologique majeur à lever. Il est donc nécessaire d’avoir une approche intégrative et d’étudier les voies de signalisation régulant l’équilibre entre la prolifération et l’accumulation de lipides, notamment les TAG. De plus en plus d’études montrent que la voie de signalisation de TOR (Target Of Rapamycin) est essentielle pour réguler la croissance et l’accumulation de TAG en réponse à la disponibilité en nutriments in chez les plantes et les algues. Des cribles génétiques réalisés récemment chez les plantes et les algues, nous amènent à proposer que les membres de la petite famille (3 à 5 membres) des kinases DYRKs (dual-specificity tyrosine-phosphorylation-regulated kinases) pourraient être des effecteurs essentiels de la régulation TOR-dépendante de la prolifération et de l’accumulation de lipides. D’une part, TOR contrôle la croissance cellulaire et la prolifération chez la plante modèle Arabidopsis par phosphorylation de la DYRK kinase YAK1 qui est un répresseur de croissance. D’autre part, deux DYRKs, TAR1 et DYRKP, régulent l’accumulation de composés de réserve (amidon et huile) chez l’algue verte Chlamydomonas. Notre hypothèse centrale est que les interactions entre les kinases DYRKs et TOR coordonnent l’accumulation de lipides et la prolifération cellulaire en réponse aux conditions environnementales (nutriments, lumière, …). Ce projet est organisé en trois Work-Packages (WP) et s’appuie sur d’importants résultats préliminaires. Le WP1 utilisera des méthodes biochimiques pour identifier les DYRKs qui sont phosphorées d’une manière dépendante de TOR et agissent donc en aval de TOR. Le WP2 est dédié aux relations fonctionnelles entre TOR et les DYRKs. Des mutants des DYRK et de TOR, ainsi que des doubles mutants, seront générés et phénotypés avec un accent particulier sur la teneur en lipides par rapport à la biomasse (plate-forme de lipidomique Heliobiotech). Des méthodes d’édition du génome récemment développées à l’aide de variants de la protéine CAS9 seront utilisées pour générer certains de ces mutants, en particulier ceux de Chlamydomonas porteurs de nouvelles mutations ponctuelles dans le gène TOR que nous avons identifiées chez Arabidopsis et qui pourront moduler l’activité de TOR. Enfin, au cours du WP3, nous développerons des cribles génétiques de suppresseurs de mutants dyrk, afin d’identifier les effecteurs des fonctions des DYRKs liées à la prolifération et à l’accumulation de TAG. Le projet de TOR-DYRKcontrol rassemble trois partenaires avec des expertises complémentaires sur la signalisation de TOR, la biochimie, le métabolisme des lipides, la génétique, l’édition du génome et la biologie des plantes et des algues. L’utilisation de plantes et d’algues devrait éclaircir les aspects évolutifs de la voie de signalisation de TOR, et combler les lacunes sur le manque de connaissances à travers différentes lignées évolutives. Ce projet permettra de faire progresser nos connaissances dans la compréhension de la synergie entre la voie de TOR, la croissance cellulaire et le stockage du carbone, et permettra l’utilisation ultérieure de ces connaissances pour créer des algues et/ou des plantes ayant une meilleure productivité en lipides. Ainsi, ce projet aborde deux questions sociétales cruciales, la pénurie d’énergie et le réchauffement climatique. Il contribuera à l’émergence d’une économie verte, en remplaçant les ressources fossiles par des ressources renouvelables pour la production de lipides pour l’alimentation, la chimie et les transports, tout en réduisant l’impact de la surproduction de CO2 sur le réchauffement climatique.

L’objectif du projet est d’aider à améliorer l’efficience et la durabilité des systèmes de production d’œufs. L’approche consiste à étendre la période de production à 90 semaines (sem.) au lieu de 60 à 70 actuellement, et à améliorer l’efficience alimentaire (EA) et le taux de ponte (TP) à cet âge avancé, tout en maintenant une bonne qualité d’œuf (QO) sur le plan nutritionnel et sanitaire. Les œufs sont une bonne source de nutriments pour l’alimentation humaine dans le monde entier. Leur production augmente régulièrement. Allonger le cycle de production assurera la durabilité de la production sur le plan i) économique, en réduisant les couts par œufs, ii) social, en réduisant les effectifs, le turnover et le nombre de mâles d’un jour tués, iii) environnemental, en réduisant les intrants alimentaires. Cependant, la compréhension actuelle des bases génétiques de la production d’œuf est au mieux limitée, toutes les études étant faites autour de 30 à 60 sem. Ainsi, ce projet vise à (a) fournir un panorama des bases génétiques du TP, de l’EA et de la qualité d’œuf à un stade de production encore jamais étudié (90 sem.) et (b) à évaluer l’effet de l’âge (60 versus 90 sem.) sur cette architecture génétique et sur la cis-régulation de l’expression génique dans le foie adulte, en relation avec l’étude plus approfondie des QTL des caractères liés à ce tissu. La QO sera étudiée sous l’aspect nutritionnel (quantité et composition des lipides du jaune) et de la sureté sanitaire (capacité antimicrobienne du blanc contre Salmonella enterica ser.Enteritidis). Le projet est organisé en 2 Parties et 6 tâches (T), en plus de la T7 ‘’gestion et dissémination’’. La partie 1 (4 tâches) vise à acquérir une compréhension de la génétique des caractères d’intérêt à un âge avancé. Nous estimerons les paramètres génétiques et détecteront par GWAS les régions QTL de l’EA et du TP (T1), des qualités nutritionnelles (T3) et sanitaires (T4) de l’œuf. Nous développerons une évaluation génomique de l’EA, un caractère très couteux à mesurer (T2). La partie 2 sera dédiée à l’étude des régions QTL, qui reste un défi. Nous acquerrons des connaissances sur la régulation de l’expression génique dans le foie adulte et sa variation entre 60 et 90 sem. en détectant des cis-eQTL et des régions régulatrices, par des méthodes génomiques de pointe (ATAC-, ChIP-, DNA-, RNA-seq, RRBS). En particulier, nous étudierons une classe de gène régulateurs, les ARN longs non-codants (LNC) en utilisant une annotation du génome enrichie en LNC que nous avons récemment généré. Cette tâche facilitera l’identification de gènes, voire de variants (SNP, INDEL), causaux sous-tendant les QTL, notamment ceux liés à la qualité nutritionnelle de l’œuf, car le foie est le tissu dans lequel se déroule la synthèse des lipides et protéines du jaune. Enfin, dans la T6 nous prioriserons quelques régions mises en évidence dans la T5, que nous aurons sélectionnées pour : leur implication dans un caractère d’intérêt, leur affection par l’âge, et leur effet qui devra être observable dans une lignée cellulaire pour la validation expérimentale. D’un point de vue pratique, ce projet contribuera à identifier de nouveaux critères de sélection à âge avancé pour des caractères stratégiques comme l’EA, le TP, la qualité nutritionnelle ou sanitaire de l’œuf. D’un point de vue académique, il contribuera à fournir une carte des cis-régulations de l’expression génique dans le foie adulte et ses variations entre 60 et 90 sem., et à identifier des gènes et variants causaux contrôlant les QTL détectés dans la partie 1, avec une attention particulière portée aux caractères liés aux lipides du jaune. Le consortium est composé de 5 groupes INRAE spécialisés en génétique de la poule, génomique, bio-informatique, EA et sécurité sanitaire des aliments, une entreprise internationale de sélection avicole française et une plateforme spécialisée en lipidomique, réunissant ainsi toute l’expertise nécessaire à ce projet.

La réduction des pertes est un axe majeur d’amélioration de la durabilité du secteur alimentaire, notamment via ses coproduits, représentant un important gisement de matières premières renouvelables. Une possible valorisation durable serait de les utiliser comme agents stabilisants pour des émulsions de Pickering (stabilisées par des particules solides). Il serait alors possible de formuler sans tensioactif de synthèse, sur la base de ces nouveaux agents stabilisants non crackés. L’objectif de CLEVER sera d’évaluer le potentiel de poudres de coproduits alimentaires végétaux comme source renouvelable d’ingrédients non purifiés, fractionnés ou chimiquement modifiés pour créer des émulsions de Pickering « clean label ». Ces travaux pourront bénéficier à l’ensemble de la chaîne de valeur et ce pour plusieurs filières, des producteurs de co-produits végétaux (valorisation alternative à haute valeur ajoutée) jusqu'aux consommateurs (naturalité, lisibilité des étiquettes, valorisation circulaire) en passant par les formulateurs potentiels des nouvelles émulsions qui seront créées (applications alimentaires, cosmétiques ou autres bioproduits). La stratégie mise en oeuvre sera résolument multi-acteurs, combinant sciences des interfaces et des biomatériaux, plans d’expérience et modélisation, ingénierie réverse des propriétés désirées dans les produits finis vers les leviers de procédé et formulation, analyse sensorielle et acceptabilité par les consommateurs.

L’objectif est de concevoir un nouvel emballage biodégradable pour préserver les fruits et les légumes le long de la chaîne post-récolte jusqu’à la consommation. Plusieurs questions liées à cet emballage biosourcé seront étudiées: maîtrise des transferts thermiques/hydriques et de l’écoulement d’air au sein de la palette en interaction avec les échanges au sein de l’atmosphère modifiée des emballages, acceptation par le consommateur, coût logistique induit et impact environnemental. Pour optimiser la chaîne post-récolte en termes de qualité, de coût et d’impact environnemental, une approche multidisciplinaire sera développée incluant pratiques des professionnels, technologie de l’emballage unité de vente, qualité du produit et durée de conservation, équipement frigorifique, organisation logistique et analyse du cycle de vie. L'approche développée sera validée pour les salades (circuit local) et les fraises (circuit long) et pourra être généralisée à la filière fruits et légumes.

Les céréales sont une ressource majeure pour l'alimentation humaine et animale. Avec environ 55% de la production annuelle exportée, la France est un acteur majeur du marché international. Cependant, le blé français fait face à la production de pays aux pratiques agronomiques favorisant prix bas et/ou teneurs élevées en protéines du grain, l'un des principaux critères de qualité du blé. EVAGRAIN s’intéresse à l'aspect technologique de la qualité, définie comme la capacité de répondre aux attentes pour une utilisation finale donnée. La mesure de la qualité technologique est cruciale pour déterminer le prix du blé, mais à part la teneur en protéines, peu de critères sont utilisés. Pourtant, la qualité du blé est complexe, d’autant que les tendances agricoles évoluent : le changement climatique impose des contraintes croissantes aux cultures et de nouvelles pratiques agricoles découlent des exigences du marché et de la société. La qualité des récoltes est ainsi plus hétérogène, avec des impacts défavorables sur la chaîne agroalimentaire, du stockage à la qualité des produits de boulangerie. Un système d'évaluation de la qualité plus robuste et polyvalent est requis pour répondre à la demande de qualité pour un large éventail d'utilisations, anticiper les variations de qualité plus sévères consécutives au réchauffement climatique et répondre à la concurrence internationale. EVAGRAIN propose de concevoir un Système d'Aide à la Décision (SAD) intégrant les connaissances sur la qualité du blé et offrant des interprétations plausibles des résultats des tests de qualité : i) pour diverses utilisations dans l'industrie ii) à partir de données analytiques. Un deuxième objectif est d'explorer de nouvelles analyses pour évaluer la qualité. Enfin, un troisième objectif est de soutenir le transfert de connaissances scientifiques vers les acteurs économiques du secteur céréalier. Dans ce but, le SAD reposera sur des modèles permettant de rendre compte de manière exhaustive des dépendances entre les propriétés comportementales (capacité d'agrégation des protéines ...) et les critères de qualité (viscosité de la pâte, volume du pain...). Le SAD intégrera les connaissances et les données sur les céréales et les produits céréaliers provenant de différentes sources : bases de données, littérature, modèles existants, experts... En particulier, la recherche a montré qu'au-delà de la teneur et de la nature des protéines, d'autres composants, tels que les lipides et les pentosanes, mais aussi l'état hydrique, peuvent influencer la qualité des produits céréaliers. Le projet étudiera ces composés, en établissant les relations avec le comportement des protéines et la qualité des grains. Ces nouvelles connaissances seront intégrées au SAD afin d'améliorer ses performances. Le système final proposera une interface web, utilisable par tout acteur du secteur céréalier, avec trois sorties : - La prédiction de la qualité du blé en fonction de son utilisation finale - Un exposé explicite du raisonnement qui sous-tend la prédiction de la qualité - Une évaluation de l'incertitude des résultats. EVAGRAIN est un projet interdisciplinaire associant approches de modélisation, recherche expérimentale et développements technologiques. Une forte expertise est rassemblée auprès des partenaires institutionnels et industriels du projet et elle sera renforcée par un comité consultatif sélectionné parmi les adhérents de Vegepolys Valley. L'industrie alimentaire est confrontée à un besoin croissant d'optimisation des procédés basé sur la caractérisation détaillée des ressources. Ce projet ouvrira la voie à l'élaboration de nouvelles normes pour qualifier le grain de blé en favorisant de nouvelles pratiques d'évaluation. Le développement opérationnel d'EVAGRAIN se limitera à la panification et à la biscuiterie pour lesquelles les données de la littérature et l'expertise des partenaires d'EVAGRAIN sont les plus importantes.

Nos sociétés se trouvent à un carrefour entre plusieurs alternatives. La fin des emballages uniques en plastique est programmée en France (~2030) et en Europe (~2040). Les matériaux cellulosiques de type papiers et cartons sont aujourd’hui la seule alternative viable biosourcée, biodégradable et déjà recyclée à 70%, qui peut atteindre un marché de masse. La contamination des fibres cellulosiques recyclées par une fraction de de substances cancérigènes issues des encres et des solvants d’impression est devenue toutefois une préoccupation majeure pour la santé des consommateurs. Les autorités allemandes (2017, 2019) et françaises (2019) ont activé le principe de précaution pour tenter de réduire notre exposition à ces substances. La situation peut être qualifiée de critique car le transfert aux aliments peut se produire sans contact, au travers des couches plastiques et concernent aussi bien l’emballage primaire et secondaire (caisse américaine) que l’emballage de transport sont des sources de contaminants. Le niveau de contamination des produits alimentaires sur le marché peut difficilement être évalué par les techniques d'analyse actuelles, en raison de leur manque de sensibilité et de la présence des constituants des aliments gênant leur détection. Le projet FOODSAFEBIOPACK offre TROIS contributions majeures. (1) Les conditions de transfert seront qualifiées de manière exhaustive par produit et par modalité pour des aliments emballés prélevés sur le marché et en utilisant un nouveau type de cellules de migration permettant de contrôler l’humidité, la congélation et le réchauffage au four. (2) Les relations entre la structure des assemblages fibreux, la structure et composition des aliments et les mécanismes de transferts de mélanges complexes de substances issues des encres d’impression seront étudiées à l’échelle nanométrique (20 nm) à l’échelle macroscopique à l’aide de nouvelles techniques nano/micro-tomographiques, d’imageries multispectrales et de simulations numériques multiéchelles. (3) Une approche préventive et universelle du risque de contamination sera proposée sur la base d’un dépôt à l’eau d’une couche de microfibres de cellulose (MFC). Cette solution technique préserve non-seulement la recyclabilité et la biodégradabilité initiale des matériaux, mais également améliore grandement les propriétés barrières des matériaux fibreux aux liquides et gaz pour concurrencer directement les matériaux plastiques. Les règles de dimensionnement de la couche MFC et d’évaluation des risques seront intégrées dans des outils prédictifs compatibles avec les approches déjà utilisées pour démontrer la conformité des emballages plastiques (10/2011/EC) ou concevoir des emballages alimentaires. Les résultats et livrables (28) appuieront l'harmonisation des réglementations des papiers et des cartons pour le contact alimentaire en Europe, ainsi que des futures normes de tests. Le développement de nouveaux types d’emballage écoconçus et sûrs est à portée de main, d’autant plus que la technologie de dépôt humide des MFC est déjà brevetée par un des partenaires et que le coût est 2 à 4 fois inférieur à une solution avec une couche plastique. Les relations structure-propriété et l’évaluation assistée par ordinateur permettront d’optimiser au mieux les MFC pour un usage sur un emballage, un suremballage, un aliment sec ou gras. Le consortium associe quatre partenaires complémentaires. Deux laboratoires académiques spécialisés dans l’étude des transferts de matière et les matériaux en contact avec les aliments (INRAe Massy, coordination), ainsi que dans la caractérisation et la modélisation de microstructures (Université de Grenoble Alpes). Le laboratoire national de référence français sur les matériaux en contact des aliments (LNE, Trappes) et le centre technique du papier (Grenoble) vont associer leur expérience et leur expertise pour apporter des solutions pratiques aux filières agroalimentaires, du papier et de la grande distribution.

La prévention des risques liés à la chaleur et la qualité de l’air (QA) est un enjeu de santé publique en ville. Adapter les mesures de prévention repose sur une compréhension des variations infra-urbaines de l'exposition à la chaleur et à la pollution atmosphérique en été, et du lien avec la mortalité et la morbidité. Cela implique de bien prévoir les conditions de température et QA en ville (par un meilleur traitement dans les modèles actuels des interactions complexes entre couvertures urbaines et phénomènes météorologiques locaux et par de nouvelles observations), et d'intégrer l'effet d'îlot de chaleur urbain (ICU) dans les études épidémiologiques. Le projet H2C aborde cette question par une approche interdisciplinaire, la finalité étant d'améliorer les services climatiques urbains pour soutenir les politiques de prévention de la chaleur, avec la région parisienne comme cas d'étude. Cela repose sur plusieurs objectifs scientifiques : 1) Mieux comprendre les impacts des couvertures urbaines sur l'ICU, le confort thermique, la météorologie locale et la QA. 2) Renforcer la synergie entre modélisation et observations multi-sources pour l'étude des phénomènes environnementaux, et pour l'estimation de l'exposition infra-urbaine à la chaleur et à la pollution, et des risques sanitaires associés. 3) Développer des informations utiles à l'action décisionnelle, en termes d'évaluation de l'ICU, de conséquences sur l'exposition extérieure/intérieure, et de prévention des impacts sur la santé. Pour répondre à ces objectifs, le consortium associe huit instituts couvrant des expertises diverses : chercheurs en physique de l'atmosphère, météorologie et climatologie urbaine, et chimie atmosphérique (modélisation numérique et méthodes expérimentales), en sciences et techniques du bâtiment, en épidémiologie, et acteurs institutionnels du monde de l'aménagement urbain, de l'environnement et de la santé. Le premier volet sera dédié à un état des lieux des connaissances actuelles sur le climat urbain de la région parisienne, et les rétroactions sur la météorologie et la QA à l'échelle locale. Il s'appuiera sur les observations disponibles et des configurations de modélisation à des résolutions spatiales et temporelles différentes, de l'étude climatologique sur l'Ile-de-France à l'échelle évènementielle sur Paris. Ce travail alimentera le deuxième volet consacré à l'étude épidémiologique visant à évaluer l'influence des indicateurs météorologiques et de pollution atmosphérique sur la mortalité et la morbidité, en croisant statistiquement de longues séries de paramètres d'exposition et de données sanitaires à l'échelle de la commune et des arrondissements. Un large volet expérimental sera aussi mené tout au long du projet pour renforcer les systèmes d'observation en combinant des mesures long terme et une campagne intensive durant l'été 2022. Une analyse croisée des données de sources multiples permettra des études de processus avancées et une évaluation fine des modèles. Les résultats de ces trois volets contribueront au développement d'un prototype de chaîne de modélisation de la prévision urbaine à l'échelle hectométrique sur la région parisienne pour la météorologie, la QA, le confort thermique intérieur et l'exposition à la chaleur. En particulier, on cherchera à faire le lien entre microclimat extérieur et conditions de confort dans l'espace intérieur, par une modélisation thermo-aéraulique de bâtiments "sensibles aux risques canicules". A l'issue de ces travaux, un dernier volet visera l'implémentation d'un outil d'information et de prise de décision pour la gestion des risques et la promotion de l'adaptation et de la prévention. Il pourra intervenir à court terme (lors de fortes chaleurs) pour accompagner le plan canicule en aidant à l'allocation de ressources ou à la conception de stratégies d'adaptation locales, et à long terme pour fournir des recommandations pour les documents relatifs à l'urbanisme, la santé et l'environnement.

AFFINITE vise à analyser et mesurer les interactions entre individus, familles, parties prenantes et État dans le cadre des politiques environnementales et sanitaires. Les objectifs environnementaux sont considérés au sens large et incluent les enjeux liés au COVID-19 à court terme (télétravail, réduction de la congestion dans les transports publics), mais aussi la pollution atmosphérique locale (particules, oxyde d’azote, ozone) et les émissions de gaz à effet de serre au niveau des ménages et des usagers des transports. Les politiques environnementales, au sens large affectent le choix modal (transports en commun, modes doux ou voiture), le type d'énergie utilisée pour les voitures (électrique ou fossile) et la consommation d'énergie pour le chauffage. Les effets à plus long terme affectent aussi la relocalisation des ménages en lien avec le lieu de travail, l'adaptation des bâtiments en lien avec opportunités d'énergies renouvelables et l'offre de logements durables. Ces mécanismes seront insérés dans notre modèle LUTI. L'accent est mis sur l'environnement urbain (80% des Français vivent en milieu urbain). Ce qui distingue cette proposition de recherche au niveau de l’évaluation des politiques publiques est l'intégration du processus décisionnel intra-ménage. Ce processus s'appuie sur l’appariement, ainsi que sur les processus de négociation entre les conjoints pour déterminer les choix résidentiels, de qualité du logement, d’emplois et de modes de déplacement. Notre approche présente deux avantages. Elle permet une évaluation plus fine des politiques publiques et une étude des effets redistributifs au sein des ménages. Ces derniers sont aussi importants pour évaluer les effets du genre et de la distribution intergénérationnelle. L'objectif final est de construire un outil pour évaluer l'impact des différentes politiques environnementales et sanitaires relatives à la réduction du nombre de déplacements, au choix modal, à l'utilisation de véhicules plus propres ainsi qu'à la localisation des activités économiques ou au choix de logements plus respectueux de l'environnement. Nous procédons en trois étapes. Tout d'abord, nous construisons un cadre intégré pour traiter de manière cohérente les arbres de décision des individus et des ménages (choix du lieu de travail, de la résidence et des mouvements pendulaires). L'hétérogénéité des marchés immobiliers locaux sera aussi modélisée et utilisée dans un modèle d’équilibre simplifié. Ensuite, nous estimons un modèle utilisant pour l'Ile-de-France, de nouvelles données désagrégées / agrégées relatives aux comportements au sein de la famille (choix d'emploi, de résidence, modal) et les comportements du secteur immobilier relatifs à l'offre de logements. Enfin, nous complétons les éléments du modèle validés empiriquement par d’autres contributions de la littérature qui conduiront à une évaluation plus complète des impacts de politiques urbaines sur le bien-être, l'environnement, l'énergie et les transports. Dans cette évaluation, les décideurs ajustent leur comportement à court terme (choix de mode), moyen terme (choix de logements et d'emplois, consommation d'énergie des maisons) et à long terme (investissement immobilier et achat/utilisation d’une automobile). Notre cadre global permettra d'étudier les impacts agrégés de la congestion, de la pollution, des risques pour la santé et de l'énergie et évaluera les impacts des politiques publiques sur l'équité et le bien-être au sein de la famille. Ce projet ambitieux est proposé par un consortium à fort potentiel qui possède un excellent dossier de recherche dans le domaine de la prise de décision intrafamiliales, dans l'analyse empirique des décisions de mobilité et d’utilisation des terrains. Il enrichira un modèle de simulation LUTI pour analyser les interactions entre transport et développement urbain d'utilisation du sol.

Les graphes apparaissent presque dans toutes les disciplines et le développement d'algorithmes d'apprentissage automatique est une tâche cruciale. Par exemple, l'apprentissage de la représentation du réseau vise à intégrer des nœuds dans un espace de faible dimension en préservant les propriétés structurelles du réseau - ce qui est un défi. En même temps, nous devons gérer des graphes à grande échelle ; les modèles devraient capturer la complexité des données impliquées. Alors, nous devons souvent affronter les sources de données peu fiables. Le projet GraphIA vise à désigner des modèles d’apprentissage expressifs, capables de tirer parti de la sémantique structurelle et de l'information - dans le but d'améliorer les performances d'apprentissage, tout en garantissant évolutivité et robustesse. Deux applications interdisciplinaires seront abordées: la détection d'épandeurs influents des réseaux complexes et l'analyse de données de réseau en bioinformatique.

En rupture avec les approches actuelles basées chacune sur un paradigme d’analyse, le programme scientifique d’HERELLES vise à définir un cadre théorique opérationnel permettant de combiner et faire collaborer des paradigmes d’analyse différents et autorisant une interaction forte avec l’expert pour l'extraction de connaissances à partir de données multi-temporelles hétérogènes. Nous visons une approche qui autorisera la collaboration entre des méthodes supervisées ou non à travers des transferts d’informations (les clusters seront utilisés pour créer des données d'apprentissage ou pour augmenter la dimension de celles-ci, les données d’apprentissage seront utilisées pour aider à la validation et la thématisation des clusters …) extraites à partir de données temporelles différentes mais complémentaires. Cette collaboration sera contrôlée par l’expert, qui interviendra pour ajouter de façon incrémentale de nouvelles connaissances. Validation thématique en télédétection.

La question de la diversité de l’information - cruciale pour un débat démocratique sain – a été récemment soulevée en raison de l’utilisation massive des média sociaux comme source d’informations. Ces plateformes posent des problèmes car l’information présentée n’est souvent pas éditorialisée et est sélectionnée par des systèmes de recommandation. Ces derniers peuvent influencer les opinions des utilisateurs car proposent majoritairement des informations dans la lignée de leurs opinions initiales, les enfermant ainsi dans des bulles d’opinion. Dans un contexte politique, ces bulles peuvent mener à une polarisation des opinions, susceptible de générer des troubles politiques ou publics. BOOM va contribuer à la dépolarisation politique en proposant de nouveaux algorithmes qui identifient et ouvrent les bulles d’opinion. Le projet combine des expertises et des innovations en économie du numérique et études média, science politique, analyse multimédia et systèmes de recommandation.

Ce projet trans-disciplinaire est dédié à l'inférence et la prédiction de systèmes physiques complexes. Beaucoup de ces systèmes sont inefficacement décrits par les modèles théoriques et doivent alors être modélisés à partir de seules observations, malgré la haute dimension et le caractère multi-échelles de ces systèmes. De plus, peu d'observations informatives sont typiquement disponibles. De telles situations se rencontrent en inférence de propriétés subsurfaces (géophysique, océanographie) ou de crises d'épilepsie. Néanmoins, une certaine expertise physique est souvent disponible. Ce projet s'appuie sur des considérations théoriques et sur la science des données pour déterminer des modèles informés par des connaissances a priori (principes et théorie Physiques) et fournissant de nouveaux indices sur les principes qu'ils satisfont, autorisant l'interprétation et la réfutation. Plus précisément, s'appuyant sur une équipe pluri-disciplinaire autour de la mécanique des fluides et de réseaux neuronaux profonds (Deep Neural Networks, DNN), ce projet a pour but: - i) d'assurer que l'espace de recherche d'un modèle (architecture du réseau neuronal) respecte la Physique connue du système considéré, - ii) d'exploiter au mieux les données et les outils d'inférence pour entraîner efficacement des modèles satisfaisant à des principes Physiques, améliorant ainsi leur robustesse et leur besoin en données d'entraînement, - iii) de comprendre les modèles construits par les DNN, pour vérifier qu'ils ont bien les propriétés attendues et comprendre celles qu'ils satisfont. Les méthodes et outils seront développés sur des systèmes dynamiques de faible dimension mais seront ensuite testés et illustrés sur un système physique complet représenté par une simulation numérique d'un écoulement turbulent.

L'apprentissage automatique est un levier important des technologies du langage nécessitant des corpus annotés pour entraîner et évaluer des modèles. Le projet CoDeinE propose de pallier le manque de corpus partageables dans des domaines sensibles (santé, finance...). Le projet est centré sur la définition de méthodes de génération de paraphrases et leur application à des corpus confidentiels pour produire automatiquement des textes synthétiques anonymes comparables à des documents réels d’un point de vue linguistique. Le projet se positionne dans le champ du traitement automatique de la langue mais englobe aussi la définition de critères de confidentialité garantissant l’absence d’information confidentielle originelle dans les textes synthétiques produits. Notre cas d'étude sera celui de documents cliniques présents dans les dossiers électroniques patient. Le projet s'appuiera sur la ludification et les sciences participatives pour valider puis annoter les textes synthétisés.

Les progrès récents des réseaux de neurones profonds ont bouleversé de nombreux domaines, de la recherche scientifique aux applications commerciales. Une préoccupation majeure est toutefois le coût énergétique de l'Intelligence Artificielle (IA), qui constitue une menace pour l'environnement et empêche son déploiement dans les systèmes embarqués. Les réseaux de neurones impulsionnels comptent parmi les algorithmes les plus prometteurs pour concevoir de systèmes matériels à faible consommation d'énergie capable d'apprendre en temps réel. Pour exploiter leur potentiel, il faut imiter les synapses et les neurones impulsionnels avec des nanodispositifs physiques et les connecter de manière dense. La spintronique est une technologie prometteuse pour la mise en œuvre de tels réseaux en raison de sa faible consommation d'énergie et de sa très grande endurance qui pourraient permettre l'apprentissage en continu. Pourtant, il manque l’ingrédient clé pour construire des systèmes neuromorphiques impulsionnels spintroniques: le neurone impulsionnel spintronique lui-même. SpinSpike va développer les fondations de réseaux de neurones impulsionnels entièrement spintroniques à faible consommation énergétique, en utilisant des nanojonctions tunnel magnétiques (JTM) comme neurones impulsionnels et synapses. Nous avons défini trois objectifs: 1) Nous allons réaliser des neurones impulsionnels avec des JTM. Deux configurations générant des dynamiques impulsionnelles ont été identifiées par nos travaux préliminaires. Le premier concept utilise un polariseur perpendiculaire qui induit une période d'oscillation d’aimantation dans la couche libre planaire lorsqu'une impulsion de courant est appliquée, ensuite la convertie en impulsion de tension. Le second concept exploite le mouvement d’aimantation en moulin à vent dans une JTM entièrement perpendiculaire avec deux couches couplées. 2) Nous allons démontrer deux fonctionnalités des réseaux de neurones impulsionnels : la STDP et la synchronisation. L'une des règles d'apprentissage non supervisé les plus prometteuses, inspirée de la biologie, est la plasticité dépendante du temps entre les impulsions (STDP). Cependant, la STDP induite par les impulsions de nano-neurones appliquées à des nano-synapses n'a jamais été obtenue. Nous ferons la première démonstration expérimentale de STDP en utilisant deux neurones impulsionnels JTM et une synapse JTM. Les impulsions émises par les neurones biologiques peuvent se synchroniser, ce qui est un processus clé en neuroscience pour l'informatique et la mémoire. Nous démontrerons la synchronisation entre les impulsions de deux neurones JTM et nous explorerons comment contrôler cette synchronisation par une synapse JTM intermédiaire. 3) Nous évaluerons les capacités des réseaux de neurones impulsionnels spintroniques pour des applications d'apprentissage non supervisées. La mise en œuvre d'un réseau de neurones impulsionnels entièrement spintroniques nécessite une conception conjointe du matériel et des algorithmes. Grâce à des simulations à grande échelle basées sur les modèles physiques des nanodispositifs, nous réinventerons des algorithmes impulsionnels pour exploiter les avantages des neurones et des synapses spintroniques, avec pour objectif final d'évaluer les réseaux de neurones impulsionnels spintroniques pour les applications. SpinSpike exploitera la multifonctionnalité, l'endurance et la stabilité des nanodispositifs spintroniques pour fournir des approches novatrices à faible consommation énergétique pour concevoir des réseaux de neurones impulsionnels à grande échelle qui apprennent à reconnaître les données d'une manière non supervisée. Cet objectif sera atteint grâce à une approche multidisciplinaire tirant parti de l'expertise des partenaires en matière de spintronique, d'informatique neuromorphique et d'IA, grâce à une interaction en boucle étroite entre l'optimisation de la conception par simulation, la nanofabrication et les tests électriques.

Le projet GeSPAD vise à réaliser une avancée majeure dans le développement de la prochaine génération de diodes à avalanche à photon unique (SPAD), un détecteur optoélectronique à haute sensibilité ayant de nombreuses applications en tomographie à rayons X, capteurs biochimiques, balayage de micro-réseaux d'ADN/protéines, conception de moteurs et de turbines, aides aux personnes handicapées, caméras à haute sensibilité et à faible luminosité. Dans un avenir proche, des réseaux de SPADs à faible surface seront utilisés pour de nouvelles applications dans l'Internet des objets, comme la détection des utilisateurs dans les dispositifs intelligents portables ou l'optimisation des distances de déplacement pour les applications de voitures autonomes. Le marché actuel est dominé par les SPADs à base de silicium, dont la sensibilité est limitée aux longueurs d'onde des photons inférieures à 1100 nm. Toutefois, afin d'améliorer la précision de la profondeur dans les systèmes LiDAR, il est hautement souhaitable de faire évoluer la longueur d'onde de fonctionnement de 900 nm à 1500 nm, ce qui permettrait d'utiliser des puissances laser plus élevées conformément aux spécifications de sécurité oculaire. D'un point de vue industriel, l'option du germanium est très prometteuse pour l'intégration dans les procédés CMOS conventionnels, mais des efforts importants en termes de développement technologique sont nécessaires. De plus, il manque une comparaison fiable des performances du-SPAD en Ge par rapport aux dispositifs à base de III-V et de Si. L'objectif principal de GeSPAD est d'évaluer les nouvelles conceptions de dispositifs, matrices et circuits de SPADs à base de germanium et de les comparer avec leurs homologues à base de III-V et silicium. Les dispositifs conçus dans le cadre de ce projet se caractériseront par une probabilité accrue de détection des photons infrarouges (efficacité quantique élevée pour les longueurs d'onde autour de 1310-1500 nm) ainsi que par de faibles taux de comptage dans l'obscurité, de bruit et de jitter. Pour atteindre cet objectif, les SPADs à base de germanium seront inspectés à tous les niveaux possibles, allant des propriétés du matériau à l'optimisation des circuits, en passant par la physique des dispositifs. Ce projet combinera des techniques de caractérisation avancées sur des prototypes industriels à base de Ge avec des outils de simulation prédictive multi-échelle, et une conception efficace des circuits de réinitialisation. Le consortium sera composé de trois laboratoires universitaires et d'un partenaire industriel, STMicroelectronics, qui est l'un des principaux producteurs mondiaux de CMOS-SPAD et qui entend maintenir son leadership en investissant dans des technologies de rupture. Les partenaires sont experts dans différents domaines pertinents pour le projet et adopteront des méthodologies complémentaires : le C2N (coordinateur) étudiera la physique des dispositifs des SPAD en mettant en œuvre des simulations de transport quantique à bande complète et des simulations temporelles par la méthode de Monte-Carlo ; le LAAS effectuera des calculs ab-initio sur les propriétés des défauts dans les hétérostructures Ge et Si/Ge ainsi que leur spectroscopie de photoluminescence ; le Lab. Hubert Curien développera des modèles Spice pour les dispositifs et les circuits ; STMicroelectronics fournira la caractérisation électrique des dispositifs développés en interne ainsi que des simulations TCAD pour optimiser l'architecture SPAD. GeSPAD aura de multiples répercussions sur la communauté. D'un point de vue industriel, il contribuera à la conception de la prochaine génération du SPAD et donnera lieu à plusieurs brevets. D'un point de vue universitaire, la clarification des problèmes scientifiques abordés permettra la publication des plusieurs travaux dans des revues et conférences internationales. Enfin, elle facilitera la création d'une communauté française travaillant autour des SPADs.

Les technologies émergentes de communication (5G, NFC) nécessitent des varactors à film ferroélectrique (FE) affiné pour fonctionner à des fréquences plus élevées ou des tensions plus faibles. La «couche morte» FE d’interface et un courant de fuite accru limitent cette évolution. Des calculs ab initio récents montrent, aux interfaces pérovskites électrode/FE, l’influence des disparités chimiques, polaires et structurales sur la stabilisation de la polarisation et la hauteur de barrière Schottky (SBH). Nous proposons une ingénierie systématique de l’interface utilisant le dépôt par ablation laser combinatoire. L’investigation locale par spectroscopies et microscopies avancées d’interfaces chimiquement modulées, associée à des calculs DFT, conduira à l'identification de matériaux optimisés (couche morte FE minimale et SBH accrue), ainsi qu'à la compréhension des mécanismes physiques et chimiques sous-jacents. Les meilleures interfaces seront testées dans des varactors industriels prototypes de niveau de maturité technologique TRL6.

À la surface d'un lac, dans les motifs colorés des halos et des couronnes de l'atmosphère, ou sous forme de franges dans les ondes optiques ou gravitationnelles, l'interférence des ondes est un phénomène qui joue un rôle important dans notre vie quotidienne. Elle nous permet d'aborder les questions les plus complexes. Mais qu'en est-il du calcul ? Si nous prenions un seau d'eau dans lequel on laisse tomber une série de galets de poids différents. En observant les schémas d'interférence résultants, qui contiennent des informations sur les événements passés et présents, pouvons-nous déduire la séquence originale de ces galets ? La réponse est oui ! On sait que l'interférence des ondes de l'eau peut être un moyen efficace pour une «liquid state machine», un exemple du paradigme neuro-inspiré de l'informatique des réservoirs. Ici, les cailloux représentent une forme d'onde temporelle complexe, tel un signal vocal ; pour reconnaître de tels signaux, il faut non seulement connaître les fréquences constitutives, mais aussi l'ordre dans lequel elles arrivent. Nous proposons d'utiliser les ondes de spin, excitations élémentaires des systèmes magnétiques, comme une nouvelle implémentation de calcul de réservoir à l'échelle submicronique. En raison de leurs non-linéarités intrinsèques et de leur capacité à se coupler à des phénomènes de transport, nous envisageons des tâches avancées de reconnaissance de formes dans des dispositifs magnoniques à des fréquences de l'ordre du GHz. Avec le projet MARIN, nous visons à réaliser expérimentalement un tel calculateur de réservoir magnonique. Le projet MARIN étudiera expérimentalement et théoriquement la capacité des SW en couches minces micro et nanostructurées à satisfaire les trois exigences de base du calcul de réservoir, à savoir (i) l'approximation - si des entrées similaires donnent des sorties similaires ; (ii) la séparabilité - si des classes d'entrées distinctes donnent des classes de sorties distinctes ; et (iii) l'évanouissement de la mémoire - à quelle vitesse les entrées sont oubliées au fil du temps. Le mécanisme de contrôle de base est le couplage non linéaire entre les SW, qui permet aux modes propres orthogonaux de l'état d'équilibre d'interagir les uns avec les autres à mesure que leurs amplitudes augmentent. Comme ce couplage implique également des événements de seuil, comme pour le dopage des neurones, nous pouvons réaliser des tâches de calcul de nature cognitive comme la classification. Cela sera appliqué pour démontrer la reconnaissance avancée des signaux, par exemple sur des séries chronologiques, comme première étape vers une preuve de concept d'opérations analogiques non booléennes efficaces. Deux matériaux seront utilisés : les films de YIG épitaxiés et les films minces d'alliages d'Heusler épitaxiés qui présentent tous deux un très faible amortissement magnétique intrinsèque nécessaire à l'excitation des ondes de spin dans le régime non linéaire. Le transfert d'énergie controlé de manière déterministe d'une onde de spin non linéaire à une autre, au cœur du schéma de calcul du réservoir envisagé, sera étudié théoriquement par des simulations micromagnétiques dans l'espace réel et réciproque et expérimentalement par la spectroscopie inductive des ondes de spin, la microscopie à force de résonance magnétique et la diffusion Brillouin de la lumière microfocalisée. Deux réalisations différentes de ces analyses de séries temporelles sont proposées comme dispositifs de validation de principe : (i) un analyseur spectral qui effectue une transformation de Fourier des ondes de spin sur puce et (ii) un classificateur de signaux qui, dans un premier temps, sera conçu pour trier les ondes sinusoïdales des ondes carrées dans le régime des GHz. Cela permettra une nouvelle mise en œuvre matérielle de l'informatique de réservoir qui repose sur le concept de «liquid state machine» aux fréquences de GHz, ce qui pourrait être utile pour le traitement des signaux de télécommunications.

Les interfaces hybrides combinant des nanocristaux (NanoX) de pérovskites et des feuillets de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) sont très intéressantes pour le développement de photo-détecteurs innovants, car elles sont basées sur deux classes de matériaux modèles présentant des propriétés optoélectroniques exceptionnelles et complémentaires. Les TMDC peuvent être mis en œuvre sous forme de monocouches bidimensionnelles (2D) et contrôlables électriquement; les nanocristaux permettent quant à eux d’ajuster la bande de détection. Cependant, l'obtention de performances de photo-détection équilibrées, c'est-à-dire une commutation rapide et des gains élevés, reste un défi et la réponse temporelle de la plupart des photo-détecteurs NanoX-perovskite/TMD fonctionnant dans la partie visible du spectre reste dans le meilleur des cas limitée à quelques millisecondes. Pour obtenir de meilleures performances, il est impératif d'atteindre un équilibre optimal entre la durée de vie effective des photo-porteurs (conditionnée par le temps de piégeage) et le temps de transit des charges entre les électrodes du dispositif ; il est également essentiel de maîtriser l'alignement des bandes et les champs électriques natifs aux interfaces pérovskite/TMD. Le projet Matra2D vise à mettre en œuvre une approche rationnelle permettant de comprendre et de maîtriser tous les processus qui conditionnent les performances de photo-détecteurs hybrides, réalisés en sensibilisant des mono-couches de TMD avec des nanocristaux et/ou des nanoplaquettes de pérovskites. Cette approche repose sur la synthèse et le traitement de films TMD de haute qualité, la synthèse de nanocristaux/nanoplaquettes de pérovskites avec une ingénierie de ligand appropriée, l'utilisation systématique de méthodes complémentaires de caractérisation photo-physique avancée, et la fabrication de photo-transistors à effet de champ comprenant un diélectrique de grille amélioré. Les caractérisations expérimentales couvriront un large éventail de techniques complémentaires : photoluminescence (PL), cathodoluminescence, spectroscopie Raman spectroscopie de photoélectrons, microscopie à force atomique (AFM) et microscopie à force de sonde Kelvin (KPFM). Un des points forts de MaTra2D sera d'utiliser systématiquement des modes potentiométriques et électrostatiques dérivés du microscope à force atomique pour sonder la nature des champs électriques natifs aux interfaces pérovskite/TMD, les mécanismes de transfert de charge photo-induits (par imagerie différentielle du photo-potentiel de surface), et la dynamique de piégeage des photo-porteurs et le transport des charges dans le canal actif par imagerie de potentiel et de photo-potentiel résolue en temps. Grâce à cette approche "en champ proche" sans équivalent dans la littérature, nous devrions être en mesure de pouvoir prédire si une interface NanoX-pérovskite/TMD donnée peut permettre d’obtenir une commutation rapide en configuration photo-détecteur, en amont des caractérisations macroscopiques du photo-transport. Une telle approche prédictive sera très utile pour évaluer plus rapidement le potentiel de nouvelles interfaces hybrides pérovskite/TMD pour la photodétection.

Dans les dispositifs spintroniques, le renversement d’aimantation représente un coût énergétique important. En revanche, la polarisation des matériaux ferroélectriques peut être renversée électriquement à des énergies typiquement 1000 fois inférieures. Ils peuvent de plus générer un fort effet Rashba, qui pourrait être commutable électriquement, avec une grande efficacité d’interconversion spin-charge. Le projet rassemble cinq partenaires possédant des expertises complémentaires en spin-orbitronique et en spintronique des oxydes, dans le but de démontrer le contrôle ferroélectrique de l’interconversion charge-spin dans les hétérostructures Rashba, et d'explorer son potentiel applicatif. Deux des partenaires de ce projet ont obtenu d’importants résultats préliminaires, démontrant le contrôle ferroélectrique de la conversion dans un gaz d'électrons bidimensionnel Al/STO à basse température. Le taux de conversion est parfaitement rémanent à champ nul, et peut être modulé en signe et en amplitude jusqu'à ± 60 nm, ce qui est deux fois plus grand que ce qui peut être obtenu par effet Hall de spin dans les métaux lourds. Au niveau fondamental, l'ambition de CONTRABASS est de fusionner les domaines de la ferroélectricité et du spin-orbitronique, et ainsi de révéler de nouveaux états de la matière résultant de l'intrication de plusieurs degrés de liberté (charge, spin, orbital et réseau). CONTRABASS a ainsi un impact potentiellement fort dans les domaines de la spintronique, de la ferroélectricité, du multiferroisme, de l'électronique oxyde et des matériaux quantiques. En particulier, en spintronique, le projet CONTRABASS permettra de remplacer le ferromagnétisme par la ferroélectricité comme source de rémanence, repoussant ainsi les frontières de la connaissance dans des directions susceptible d’alimenteront les technologies de l’information et de la communication à plus long terme. À la croisée des chemins entre spintronique, ferroélectricité et physique des matériaux quantiques, CONTRABASS ouvre ainsi la voie à une spintronique dans laquelle les courants de spin peuvent être générés, manipulés et convertis de manière non volatile par des champs électriques.

Les métasurfaces plasmoniques, qui collectent et concentrent la lumière dans des volumes sub-longueur d’onde, ont permis l’émergence de nouveaux composants optiques planaires comprenant des sources de lumière, des systèmes de récupération d’énergie et d’ingénierie du front d’onde, des systèmes non-linéaires, des biocapteurs et des composants pour la photocatalyse. Elles offrent en effet plusieurs avantages sur les composants tout-diélectriques : taille de pixel réduite, résolution sub-longueur d’onde et forte exaltation de champ locale menant à une faible consommation de puissance, des signaux de fortes amplitudes et un échauffement localisé. Si les métasurfaces plasmoniques ont longtemps été fabriquées par lithographie à partir de métaux nobles, la situation est sur le point de changer. Tout d’abord, il a été récemment proposé de nanostructurer les surfaces en utilisant des particules synthétisées chimiquement puis déposées aléatoirement sur un substrat, ce qui est bien moins onéreux que les techniques de lithographies. Ensuite, de nouveaux matériaux plasmoniques ont été développés dont les propriétés ouvrent des perspectives nouvelles. Parmi ceux-ci, les semiconducteurs fortement dopés décalent naturellement, de par leur faible densité de porteur comparée aux métaux nobles, leur fréquence plasma vers l’infrarouge, un domaine où les applications sont nombreuses et certains composants manquent ou sont trop onéreux. De plus, ils offrent une accordabilité de leur fréquence plasmonique sur une large gamme de longueurs d’onde par modulation active de la densité de porteurs libres. Ainsi, les nanocristaux colloïdaux de semiconducteurs fortement dopés pourraient prochainement révolutionner la conception des métasurfaces plasmoniques. Avant de pouvoir exploiter pleinement leur potentiel, il est toutefois nécessaire de combler les lacunes dans notre connaissance de leurs propriétés optiques. Des expériences récentes ont livré de premières données intéressantes mais elles ont presque toutes été réalisées sur des ensembles de nanocristaux et ne peuvent pas découpler les propriétés intrinsèques aux nanocristaux individuels des effets statistiques dus à leur hétérogénéité ou des effets collectifs liés au couplage optique entre particules. La seule exception à ce jour est une expérience réalisée avec un nano-FTIR (nanoscale Fourier transform infrared spectroscopy) couplé à une source synchrotron infrarouge qui a permis de mesurer le spectre de nanocristaux individuels. Cette technique ne pouvant évidemment pas être appliquée de manière systématique du fait de la difficulté d’accès aux grands instruments, une nouvelle approche est aujourd’hui indispensable. L’idée du projet MOSAIC est de contourner ces difficultés en combinant un dispositif expérimental de laboratoire et des simulations numériques à l’état de l’art. Nous construirons d’abord un nano-FTIR « background-free » de grande sensibilité de façon à pouvoir mesurer la polarisabilité complexe de nanocristaux individuels. En analysant ces mesures à l’aide d’outils de simulation avancés, nous pourrons alors modéliser précisément la permittivité diélectrique intrinsèque des nanocristaux. Nous réaliserons ensuite des mesures d’ensemble par spectroscopie FTIR classique que nous comparerons à des simulations basées sur un code de diffusion multiple unique, que nous avons récemment développé. Ce code semi-analytique est capable de reproduire la diffusion d’un ensemble de particules, même quand celles-ci sont déposées sur un substrat. Il peut également prendre en compte les effets de taille finie liés au confinement du gaz d’électrons, allant ainsi au-delà du modèle de Drude. Notre projet aura un impact fort sur la communauté en procurant aux acteurs académiques et industriels les clés nécessaires à l’ingénierie des propriétés optiques des métasurfaces constituées de nanocristaux de semiconduteurs dopés et à la réalisation d’une nouvelle génération de composants plasmoniques actifs.

Les signaux rf sont omniprésents dans notre société connectée. Les filtres à ondes acoustiques (AW) de surface y sont largement utilisés pour la séparation de signaux à différentes fréquences, mais leur performance décroît au-delà de 5 GHz. Une solution est l’exploitation d’ondes acoustiques guidées dans des films de LiNbO3 epitaxiés sur saphir, modes qui sont adéquats et énergétiquement efficaces à de plus hautes fréquences. Malheureusement, malgré les succès des technologies rf à base d’ondes acoustiques, deux limitations inhérentes persistent. (i) Une fois la géométrie et le matériau spécifiés, la fréquence de travail d’un dispositif acoustique ne peut plus être ajustée. Quand plusieurs bandes de fréquences sont nécessaires, un nombre équivalent de dispositifs acoustiques est requis. (ii) En outre, les ondes acoustiques sont réciproques : l’énergie se propage de la même façon vers l’avant et vers l’arrière, de sorte que l’entrée d’un dispositif rf acoustique ne peut pas être facilement isolé de la sortie, alors que ce serait généralement souhaité pour tout traitement de l’information. Les ondes de spin (SW) sont les excitations élémentaires de l’aimantation. Elles ont une physique riche, linéaire et non-linéaire, et se prêtent aussi naturellement à la miniaturisation que les AW. Leur relation de dispersion peut être conçue à la demande, et ajustée par la suite par des champs magnétiques ou du transfert de spin. Dans certaines configurations, les ondes de spin peuvent être fortement non-réciproques. L’hypothèse fondatrice de MAXSAW est qu’en couplant AW et SW, on pourra contourner les limitations intrinsèques des ondes acoustiques : par une recherche entre sciences des matériaux, magnétisme, acoustique et ingénierie hyperfréquence, le projet MAXSAW exploitera l’ajustabilité en fréquence et la non-réciprocité des ondes de spin (SW) en les couplant à des AW guidées pour conférer des fonctionnalités supplémentaires à des filtres rf à l’état de l’art. La capacité à manipuler les relations de dispersion à la fois des AW et des SW va permettre de mettre en synergie leur vecteur d’onde, leur fréquence et leur vitesse de groupe. Ce dernier point, nouveau, s’ajoutera au fort confinement de l’énergie acoustique près de son interface avec le milieu portant les SW, pour assurer une hybridation entre AW et SW, garantissant l’existence de résonance magnéto-élastiques exploitables et ce même quand la magnétostriction qui couple AW et SW est faiblarde. Le Graal de MAXSAW serait de démontrer des composants rf ayant des fonctionnalités originales : cela inclut des lignes à retard ajustables, des isolateurs large bande compacts et des filtres ajustables, tous potentiellement adaptés aux standards de la 5G, avec les opportunités de valorisation afférentes. Pour atteindre ses objectifs, MAXSAW est structuré en 4 paquets de travail. Le premier paquet (WP1) vise à définir le milieu de propagation optimal pour les ondes hybrides, et ce en maximisant la coopération entre AWs et SWs. Le deuxième paquet (WP2) s’attellera à la réalisation de ce milieu de propagation, en co-intégrant matériaux acoustiques et couches minces magnétiques dédiées. Le WP3 sera dédié à la conception et à la réalisation de transducteurs augmentés adaptés aux spécificités du milieu de propagation. Enfin, le dernier paquet (WP4) fera la démonstration des nouveaux dispositifs rf rendus possibles par le couplage fort entre AWs et SWs. Pour mettre en œuvre MAXSAW, le consortium s’appuiera sur l’expertise en matière de dispositifs rf acoustiques de FEMTO-ST (Pr. Bartasyte), en matière de dynamique d’ondes de spin du C2N (T. Devolder), de leur couplage mutuel (INSP, équipe de Laura Thévenard) et des matériaux magnétiques avancés (CEA-SPEC, groupe de Grégoire de Loubens), le tout complémenté par le support de l’industriel Frec|n|sys en tant que sous-contractant.

En raison de leur structure de bande indirecte, les semiconducteurs du groupe IV sont habituellement considérés comme des émetteurs de lumière très inefficaces, incapables de produire une émission laser. Très récemment, ce paradigme a changé grâce à des démonstrations expérimentales d'alignement direct de la bande interdite dans des alliages de germanium-étain et dans le germanium pur soumis à des contraintes en tension. Ces démonstrations ont été instantanément suivies par la réalisation d'un laser à pompage optique dans des couches massives. Toutefois, à température ambiante, les seuils d'émission des lasers à bande interdite directe du groupe IV sont encore excessivement élevés. Pour étendre le potentiel de ces matériaux, notre projet développera des technologies laser dans le proche et moyen infrarouge basées sur des hétérostructures quantiques dans des jeux de matériaux à base de SiGeSn. Aujourd'hui, la communauté manque encore presque totalement de connaissances sur les boîtes quantiques (QD) du GeSn, et très peu de travaux ont été consacrés aux puits quantiques. Même si la croissance des QDs GeSn n'est pas facilement accessible, ces structures de basse dimensionalités sont connues pour être au cœur des développement de sources quantiques et sont susceptibles de fournir des seuils d'émission laser très bas. Le projet MAGIQ vise à développer la croissance de ces structures, à étudier leurs structures de bande et à explorer leur potentiel en tant qu'émetteurs laser potentiellement bien supérieurs à ce qui a été démontré jusqu'à présent. Le cas des puits quantique GeSn sera également exploré en utilisant des approches spécifiques combinant l'expertise du consortium. Le projet MAGIQ fournira une plate-forme d'élaboration de matériau unique, réunissant des experts renommés de la croissance du GeSn avec les techniques CVD et MBE, une forte expertise dans le traitement et l'ingénierie des matériaux, la conception et l'analyse des lasers du groupe IV. Le consortium effectuera une analyse comparative des lasers qui ouvrira la voix aux futur développements de sources optiques du groupe IV entièrement compatibles avec les technologies CMOS.

L'internet tactile (télé-conduite de véhicules, chirurgie à distance...) nécessite des échanges vidéo, avec une latence de quelques millisecondes. Cette latence, très réduite sur le réseau d’accès grâce à la 5G, est dominée par les délais d'acquisition des images, de compression, de transmission à longue distance et de décodage. Le projet ZL-LVC propose des schémas de transmission vidéo à latence nulle (LN), grâce à une extrapolation temporelle réalisée au codeur ou/et au décodeur. Le codeur prédit les images avant leur acquisition par extrapolation, les code et les transmet. Le décodeur, prédit par extrapolation les images qu’il recevra à partir des images déjà reçues. Dans les deux cas, le récepteur a l’impression de regarder des images alors qu’elles sont en cours d’acquisition à distance. ZL-LVC considérera comme cas d’usage la transmission à LN de vidéos acquises à bord d’une voiture de sport sur pistes avec pour objectif un système de codage vidéo à LN compatible avec la télé-conduite. Lorsque les canaux fluctuent, l'adaptation des paramètres de codage induit une gigue de la latence. Les codeurs vidéo linéaires (CVL) reposent exclusivement sur des opérateurs linéaires et fournissent au décodeur une vidéo dont la qualité est proportionnelle à celle du canal de transmission. De plus, les CVL ne nécessitent pas d’adaptation des paramètres de codage ni de retransmissions, néfastes en termes de latence. ZL-LVC combinera CVL et schémas d'extrapolation. Il faudra au préalable réduire la latence de codage des CVL, qui exploitent la redondance temporelle via une DCT 2D+T par groupe d'images (GoP), induisant une latence additionnelle de la durée du GoP. Ceci augmente l’horizon d’extrapolation, réduisant la qualité des images produites. Dans le lot 1, des systèmes à LN de base seront développés. Les paramètres des codeurs vidéo classiques les plus adaptés à un schéma à LN seront déterminés. L'extrapolation au codeur ou/et au décodeur sera comparée pour des communications point-à-point. La latence de codage des CVL sera réduite, tout en préservant leur efficacité, par des techniques d'extrapolation d'images combinées à des mécanismes de codage de source avec information adjacente au décodeur. Le lot 2 abordera la conception de techniques d'extrapolation tenant compte de la compression et du bruit du canal. Une optimisation conjointe du codec vidéo CVL et de l'extrapolation sera réalisée grâce à une représentation par un auto-codeur entraîné en utilisant une fonction coût perceptuelle. Cette approche bénéficiera de notre expérience en compression vidéo reposant sur des techniques d'apprentissage profond. Le lot 3 sera dédié à la conception d'un schéma à LN hybride combinant codeur conventionnel et CVL. Les paramètres de codage des schémas à LN seront optimisés en réponse à la variation des caractéristiques des canaux, de manière à atteindre le meilleur compromis latence-compression-distorsion. Le lot 4 sera consacré à la bibliothèque de logiciels ZL-LVC et aux démonstrateurs. Deux schémas à LN seront comparés, l’un exploitant des codecs vidéo conventionnels et un réseau d'accès 4G/5G, l’autre un CVL et une plate-forme radio logicielle. Les conditions de simulation et de démonstration seront précisées dans le Lot 0. Enfin, le Lot 5 sera consacré à la diffusion des résultats et à la gestion du consortium. ZL-LVC fournira des solutions originales pour le codage et la transmission de vidéo à latence nulle, pouvant servir de référence dans des contextes applicatifs où délais et robustesse sont critiques, comme la téléopération des véhicules. Les résultats de ZL-LVC seront publiés, présentés lors de réunions MPEG et brevetés. Ils conduiront également au développement par le partenaire industriel d'une solution permettant de mieux répondre au marché de la diffusion vidéo à faible latence. L'expérience acquise au sein de ZL-LVC nous donnera l'occasion de lancer de nouveaux projets de collaboration dans le contexte de l’internet tactile.

Le financement des entreprises par les actions marque l’époque moderne, et touche des secteurs entiers de l’économie. Les premières sociétés par actions s’inspirent au début du XVIIe siècle en France des modèles venus d’Angleterre et des Provinces-Unies. Le projet ACTIMOD est un projet d’histoire sociale qui grâce à une base de données sur les actionnaires identifiés participant aux différentes sociétés doit permettre de voir les caractéristiques sociales et culturelles de l’actionnariat en France et son évolution, et de mettre en évidence un groupe d’investisseurs actifs qui pèse sur les choix économiques et politiques de l’Etat et annonce les groupes d’influence de l’époque contemporaine. Ils sont une des clés de la compréhension des mutations économiques qui se produisent à la fin de la période moderne.

L’institutionnalisation des dispositifs signalant la vertu des entreprises, ordinairement placés sous le label de la « Responsabilité Sociale des Entreprises », est une dimension centrale des mutations actuelles du capitalisme. Alors que la RSE est le plus souvent étudiée sous l’angle des discours et des instruments, ce projet offre une perspective inédite sur le « capitalisme responsable » en partant de l’étude ses managers, de leurs activités de travail et de leur milieux professionnels. En plaçant le regard sur les professionnel·les de la RSE, le programme de recherche ProVirCap poursuit une triple ambition théorique : 1/ éclairer la recomposition des frontières entre marché, État et société civile ; 2/ comprendre les reconfigurations du professionnalisme dans les entreprises globalisées ; 3/ saisir la manière dont les hiérarchies de genre travaillent la face vertueuse du capitalisme. Porté par un consortium de neuf chercheur·es reconnu·es pour leurs travaux sur différents champs associés à la RSE, le projet se nourrit du croisement de plusieurs perspectives d’analyse : sociologies du travail, des professions, de l’économie et des organisations, sociologie politique, sciences de gestion et études sur le genre. Le protocole d’enquête articule méthodes qualitatives (entretiens, observations) et quantitatives (webscraping de CV, enquête par questionnaire), et repose sur un double regard comparatif : entre sous-champs managériaux associés à la RSE (développement durable, investissement responsable, diversité et qualité de vie au travail, droits humains, mécénat, éthique) et entre cas nationaux (France, États-Unis, Espagne). Le dialogue étroit avec un comité d’expert·es international et interdisciplinaire viendra renforcer l’inscription du projet dans le champ transnational d’analyse du capitalisme responsable. La diffusion des résultats auprès des professionnel·les du secteur, au-delà du monde scientifique, permettra de promouvoir l’apport des sciences sociales dans un champ particulièrement réceptif aux échanges avec le monde académique, contribuant ainsi à alimenter les réflexions autour de la transformation du capitalisme – une question qui, dans le contexte de la crise du Covid-19, apparaît encore plus cruciale pour les sociétés contemporaines.

L'incertitude est devenue récemment un défi majeur auquel les décideurs économiques publiques et privés doivent faire face. L'événement le plus récent d'incertitude globale (ou agrégée) est la propagation du COVID-19, qui se traduit par un pic d'incertitude similaire à la Grande Dépression de 1929 (voir Baker et al., 2020). Cet événement exceptionnel que nous vivons actuellement présente une incertitude à plusieurs niveaux: la durée de la propagation du virus, la transmission de la crise aux marchés financiers, l'évolution du chômage et des inégalités lors du confinement ou la capacité des économies à se redresser ou s'adapter à un nouveau régime. La crise COVID perturbe les liens entre les acteurs économiques car elle génère un effondrement de l'offre et de la demande et il est très probable que ce soit l'une des récessions les plus fortes que l'économie mondiale ait jamais connues. L'incertitude survient lorsque les gens sont incapables de prédire la probabilité d'événements auxquels ils seront confrontés à l'avenir. Il est généralement reconnu que les périodes de forte incertitude ont d'importants effets négatifs sur l'activité économique en raison de leur impact sur les décisions individuelles. Par exemple, les entreprises ont tendance à reporter leurs décisions d'investissement et d'embauche (voir Bloom, 2014, pour une enquête). Un exemple frappant est le résultat du référendum sur le Brexit en 2016: les entreprises ont été incertaines pendant trois ans en ce qui concerne l'environnement économique futur, ce qui a conduit à une réduction significative de la production au Royaume-Uni et à des anticipations divergentes quant aux perspectives d'avenir (voir Born et al., 2019; Tripier, 2019). L'incertitude génère également une insécurité de revenu pour les ménages, qui sont plus disposés à adopter des comportements d'épargne de précaution et de travail. Par conséquent, l'analyse de l'incertitude globale ne peut être effectuée qu'à l'aide d'une compréhension des comportement hétérogènes des agents. Cette proposition de recherche vise à analyser la prise de décision en situation d'incertitude globale, en mettant l'accent sur l'analyse du marché du travail. Bien que la «prise de décision» se réfère aux comportements individuels, les événements d'incertitude agrégée ont par définition des conséquences macroéconomiques car ils dérangent un large éventail de décideurs. En suivant les conseils de Ghironi «Macro needs Micro» (voir Ghironi, 2018), nous utilisons donc un ensemble de bases de données empiriques micro (ou désagrégées) pour mettre en évidence les conséquences macroéconomiques de l'incertitude, à travers le prisme du comportement hétérogène des agents. Pour atteindre cet objectif, ce projet de recherche se concentre sur trois canaux de transmission de l'incertitude. Premièrement, nous nous concentrons sur les ajustements du marché du travail (Task 1), car les entreprises et les ménages sont généralement incités à ajuster leur décisions du marché du travail afin de se protéger contre l'incertitude. Par ailleurs, motivés par une interconnection croissante entre les agents économiques, la deuxième tâche examine la dimension du marché international de l'incertitude (Task 2). Enfin, la troisième tâche s'intéresse à des liens inexplorés entre l'incertitude et les marchés financiers (Task 3), ces derniers étant de puissants canaux d'amplification de l'incertitude. À travers ces trois marchés économiques, cette proposition de recherche vise à fournir une vue d'ensemble complète des canaux de transmission directs et indirects de l'incertitude mondiale au marché du travail et des principaux liens économiques entre les agents individuels.

Dans la steppe orientale de l'Asie centrale, la période qui s'étend de la fin de l'âge du Bronze (1200-700 avant J.-C.) au début de l'âge du Fer (700-400 avant J.-C.) a connu des changements sociétaux majeurs, caractérisés par une augmentation de la différenciation sociale et de l'interconnectivité. L'adoption du pastoralisme monté à la fin de l'âge du Bronze pourrait avoir joué un rôle majeur dans cette transformation. À cette époque, le cheval avait déjà été domestiqué. Il était attelé, monté et probablement utilisé pour la traction, ce qui permettait aux populations de parcourir de plus grandes distances. La présence massive du cheval dans les monuments funéraires et rituels indique clairement que cet animal était d'une importance capitale et qu'il a peut-être été un élément intégrateur des activités cérémonielles reliant des groupes régionaux distincts. MOBISTEPPE vise à fournir une compréhension sans précédent du rôle joué par le cheval dans les interactions entre les communautés pastorales de Mongolie à la fin de l'âge du Bronze. Cet objectif sera atteint par l'analyse multi-isotopique (C, O, Sr) des dents des chevaux anciens afin d'étudier la mobilité pastorale. Notre hypothèse est que ces analyses peuvent être utilisées pour reconstruire la taille du territoire utilisé par les communautés humaines locales, et ainsi mettre en lumière la différenciation sociale et les connexions multi-échelles entre elles. Cependant, les limites actuelles des connaissances sur l'incorporation des isotopes du Sr dans l'émail, la distribution géospatiale des signatures isotopiques dans l'environnement et la disponibilité de matériel équin ancien ont empêché de vérifier cette hypothèse. Pour lever ces barrières et ainsi aborder l'impact des animaux domestiques dans la structuration des sociétés humaines passées, MOBISTEPPE combinera les expériences d'alimentation animale, l'archéologie, l'écologie du mouvement, l'anthropologie sociale, et les analyses et la modélisation isotopiques et géospatiales de pointe. Plus précisément, nous allons (1) mener des expériences d'alimentation contrôlée sur des moutons pour documenter la vitesse à laquelle la composition isotopique en C et Sr de la diète est enregistrée dans les tissus des animaux ; (2) caractériser et cartographier la variabilité isotopique en Sr et les schémas de mobilité des différentes familles d’éleveurs nomades vivant aujourd'hui en Mongolie centrale par suivi GPS pour relier l'enregistrement isotopique des dents des animaux à leur mobilité; et (3) fouiller, étudier et analyser les restes de chevaux anciens provenant d'un grand nombre de structures archéologiques dans cette même région. Les expériences d'alimentation fourniront des résultats théoriques novateurs qui seront largement applicables en archéologie et au-delà. Nos travaux, qui se déroulent dans une région riche sur le plan archéologique, produiront la première carte Sr d'Eurasie qui sera stockée de manière permanente disponible gratuitement. Cette approche rigoureuse de cartographie et de modélisation se situe à la frontière de la recherche en géochimie et sera d'un grand intérêt pour la communauté scientifique au sens large. MOBISTEPPE fera le lien entre les sciences sociales, naturelles et géologiques et produira de nouvelles données dans au moins quatre disciplines (archéologie, biogéochimie, écologie et anthropologie sociale), qui seront mises à la disposition du plus grand nombre. Outre les activités traditionnelles destinées à la communauté scientifique (publication et présentation des résultats scientifiques, organisation d'un atelier international), MOBISTEPPE contient un ambitieux programme de diffusion, comprenant (1) la formation des étudiants et des jeunes chercheurs (recrutés par le projet et participant aux fouilles) et (2) le transfert de connaissances au grand public (par le biais d'un site web public, d'un film documentaire, d’une mini-série et d'une exposition de photos).

L'objectif du projet Rad3P vise à étudier pour la première fois l'évolution des états excités des radicaux anioniques transitoires des modèles ADN/peptides en solution aqueuse. La chimie des états excités des radicaux anioniques est importante à la lumière du processus de l'attachement dissociatif électronique (DEA) car elle pourrait jouer un rôle dans le cheminement des dommages via la capture des precurseurs de l’électron hydraté par l'ADN/peptides via la formation des radicaux anioniques excités subissant une dissociation irréversible. Au cours du projet Rad3P, une spectroscopie unique de radiolyse sera développée sur la base de l'approche spectroscopique "Pompe-Repompe-Sonde", en remplaçant la pompe par une impulsion d’électrons, ce qui n'a jamais été réalisé dans les études sur l’effet des rayonnements ionisants. La spectroscopie "Pompe(impulsion d’électrons)-Repompe(laser)-Sonde(supercontinuum)" consiste à ré-exciter des radicaux anioniques transitoires des solutés qui sont formés via la réaction avec des descendants d'électrons secondaires : présolvatés et solvatés par une courte (100 fs) pompe optique (énergie variable). Le devenir des radicaux anioniques excités pourrait alors être étudié avec une résolution temporelle appropriée grâce à une troisième impulsion de sonde de 100 fs de largeur spectrale, à savoir après le blanchiment de l'absorption de l'anion radical à l’état fondamental et la dynamique de l'évolution de l'état excité. Les nouvelles connaissances générées auront une grande importance pour les techniques de radiothérapie dans la lutte contre le cancer, pour les codes consacrés à la modélisation de l'interaction des rayonnements ionisants avec la matière biologique, et des dommages causés à l'ADN/peptide qui sont ignorées pour le moment. En outre, le projet relève des défis à la fois technologiques et scientifiques en développant une nouvelle spectroscopie qui étend l'applicabilité de la technique de radiolyse impulsionnelle. Il offrira une nouvelle voie pour la recherche sous rayonnement ionisant, car il est clair qu'il y a beaucoup de sujets qui peuvent être traités par cette technique. Au cours de ce projet, nous mettrons également en place un plan de gestion des données afin de donner accès libre aux données expérimentales générées à la communauté.

Durant ces dernières années l’augmentation de la quantité d’information à traiter, le besoin de résoudre des nouveaux problèmes dans différents domaines scientifiques et sociétaux et, la nécessité d’accompagner la transition numérique conduisent à proposer des nouveaux paradigmes dans le domaine du traitement de l’information. Un domaine émergeant est l’information quantique qui postule l’utilisation d’ordinateurs quantiques basés sur des unités quantiques de stockage de l’information appelés bits quantiques (qubits). Les molécules, grâce à leur flexibilité, constituent des candidats de choix comme qubits. Cette proposition a pour objectif d’évaluer le potentiel d’un certain type de complexes de coordination des métaux de transition de spin entier comme qubits, puis de les utiliser pour concevoir des complexes biinucléaires commutables comme prototypes de portes logiques quantiques adressables par un stimulus extérieur comme le champ électrique.

La décohérence quantique au cours d’une dynamique dans les états excités est un sujet d’intérêt de plus en plus croissant. Après les premières observations expérimentales du caractère quantique du transfert de charge photo-induit dans des complexes photosynthétiques/photovoltaïques en conditions ambiantes, les théoriciens ont été stimulés à mener des «expériences numériques». Cependant, le problème pose des défis qui ont rendu ces études très controversées. Ce qui serait nécessaire est un outil théorique et computationnel capable de fournir une description atomistique de la dynamique couplée électrons-noyaux dans les molécules, y compris les effets des états excités et d’environnement. Le but de Q-DeLight est de développer une approche efficace, actuellement manquant, pour tenir compte de la (dé)cohérence quantique. Ainsi, Q-DeLight permettra d'étudier le rôle de la décohérence dans les phénomènes de transfert de charge photo-induits.

L'arsenal des techniques spectroscopiques en phase gazeuse peut révéler les propriétés intrinsèques d'un système moléculaire (structure, dynamique...) avec un niveau de détail unique, à condition qu'il soit isolé et refroidi. Le projet VAPOBIO vise à développer une nouvelle technique de vaporisation utilisant un fluide supercritique (CO2) capable de produire des espèces neutres froides et isolées, et à l'utiliser sur des systèmes biomoléculaires non volatiles. Deux sources de vaporisation, une continue et une pulsée, seront construites pour étudier ces systèmes par des spectroscopies basées sur l'ionisation, et par chromatographie en fluide supercritique. Des applications en recherche fondamentale sont ciblées selon trois axes scientifiques: A. L’analyse de mélanges complexes comme des extraits de produits naturels; B. La caractérisation structurelle détaillée de biopolymères (peptides, sucres) isolés ou au sein d'assemblages supramoléculaires; C. L'étude de processus photophysiques tels que la photofragmentation et la dynamique ultra-rapide de systèmes biomoléculaires sélectionnés. Les sources de vaporisation développées dans ce projet permettront la couplage de la chromatographie supercritique avec les spectroscopies avancées en phase gazeuse, créant ainsi un outil analytique puissant potentiellement capable de générer plusieurs avancées au-delà des domaines scientifiques directement ciblés par le projet.

La chiralité joue un rôle décisif dans les systèmes vivants, Cependant, la détermination de la configuration absolue reste largement inexploitée et extrêmement difficile dans les études métabolomiques à grande échelle en raison de la complexité des échantillons biologiques et de la variété structurale des molécules constituant le métabolome. L’objectif est de mettre au point une méthode rapide et sensible d’analyse chirale en phase gazeuse appliquée dans le domaine de la métabolomique, où l’utilisation des techniques classiques de chromatographies et spectroscopies (UV, NMR…) sont souvent limitées par leur sélectivité et sensibilité dans l’étude de mélanges complexes. L’approche sera basée sur la mise au point d’expériences de spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) couplées à la spectrométrie par mobilité ionique. Le principe de l’approche consistera à produire en phase gazeuse des espèces diastéréoisomères de type multimères non covalents, affichant des comportements en phase gazeuse spécifiques. Ces analyses chirales seront appliquées à la caractérisation et la quantification (calculs de l’excès énantiomérique) de diverses classes de métabolites (acides aminés, acide organiques, amines…). Les objectifs principaux concerneront donc la capacité de la méthode à caractériser les métabolites chiraux au sein de mélanges et son utilisation pour des calculs précis de l'excès énantiomérique. L'optimisation de ces méthodes chirales en phase gazeuse permettra de déterminer l’abondance relative des métabolites chiraux produits par des réactions asymétriques catalytiques et enzymatiques. Enfin, pour vérifier l'applicabilité de ces méthodes chirales dans des études métabolomiques à grande échelle, la quantification relative de certains métabolites chiraux d'intérêt sera effectuée dans l’optique d’évaluer l’influence des effets de matrice dans l’analyse directe de fluides biologiques.

Le lithium est un élément de plus en plus important à cause de ses applications pour l’énergie notamment : la demande en batteries au lithium augmente avec le développement des véhicules électriques. Il est crucial de pouvoir le quantifier, déterminer sa concentration, de manière fiable et avec un instrument de laboratoire, facile d’accès et simple d’utilisation, dans des minéraux pouvant servir de minerai, dans des dispositifs tels des batteries et mêmes dans des matériaux à recycler. L’émission Li K est une bande d’émission très sensible à l’état chimique du lithium et les modèles classiques de quantification, à partir de la mesure à une énergie donnée de l’intensité d’une émission X caractéristique, ne peuvent pas être appliqués tels quels. Pour obtenir une quantification fiable, nous proposons un projet de recherche divisé en trois tâches. En premier lieu, nous équiperons le spectromètre d’une microsonde électronique avec une multicouche périodique et optimisée pour le domaine spectral Li K. Cette multicouche a déjà été fabriquée et partiellement caractérisée. Les résultats sont prometteurs et montrent que cet élément dispersif est adapté à la spectroscopie aux alentours de 50 eV. En attendant le démarrage de la tâche suivante, cette première étape permettra aux partenaires du projet de se familiariser à ce domaine spectral particulier en analysant des échantillons de référence avec une résolution spectrale de l’ordre de 3 eV. La deuxième tâche consistera à installer un spectromètre à haute résolution spectrale sur une microsonde électronique. L’élément dispersif de cet appareil, disponible commercialement, est une zone de Fresnel en réflexion, fonctionnant de manière analogue à un réseau à pas variable. Il permettra d’obtenir le spectre K du lithium avec une résolution de 0.7 eV, c’est-à-dire que la forme de la bande d’émission sera sensible à l’état chimique de l’atome de lithium. Les échantillons de la première tâche seront à leur tour analysés et seront complétés par des mesures sur des minéraux. La troisième tâche, menée en partie parallèlement aux tâches 2 et 3, consistera à développer un modèle original de quantification du lithium dans les solides, à partir de la mesure de l’intensité de sa bande d’émission. La quantification ne pouvant reposer sur une mesure d’intensité effectuée à une seule énergie ainsi que sur un unique coefficient d’atténuation du rayonnement X, les spectres d’émission et d’absorption seront calculés. Pour cela des calculs ab initio des densités d’états occupés et inoccupés seront nécessaires ainsi qu’une évaluation critique des paramètres fondamentaux existant dans la littérature, coefficients d’atténuation et rendements de fluorescence. La prise en compte de l’intensité intégrée de la bande d’émission ainsi que le choix optimisé des coefficients d’atténuation conduira à un modèle de quantification élémentaire qui sera testé en premier lieux sur les échantillons de référence, puis validé sur des minéraux. Enfin en dernière partie du projet, le modèle sera utilisé pour des applications géologiques, notamment la quantification et la répartition du lithium dans des gisements naturels des Alpes. Le consortium comporte cinq institutions et onze partenaires. Il regroupe des spécialistes de l’instrumentation dans le domaine des rayons X, la mise en œuvre de microsondes électroniques, le développement de modèle de quantification élémentaire, les calculs ab initio de densités d’états occupés et vides, l’évaluation des paramètres fondamentaux, les applications géologiques, etc. Un.e doctorant.e rejoindra le projet au début de sa deuxième année et participera activement aux tâches 2 et 3. Toutes les compétences scientifiques seront ainsi réunies pour mener à bien le projet SQLX.

Le projet DECAP étudiera la cohérence électronique lors de la photoionisation, ce processus physique dans lequel la matière absorbe un photon et libère un photoélectron en un temps ultrabref, à l’échelle de l’attoseconde. La cohérence du photoélectron est un indicateur unique des interactions cachées durant l’ionisation. Le projet DECAP vise à mesurer l’état quantique complet du photoélectron par spectroscopie attoseconde de photoémission habillée par laser. Nous étudierons différents processus d’ionisation dans des systèmes atomiques et moléculaires pour lesquels des degrés de cohérence variés sont attendus. De plus, pour minimiser la décohérence technique dans l’expérience, nous développerons des solutions innovantes pour la spectrométrie électronique attoseconde de haute résolution. Enfin nous utiliserons des réseaux de neurones artificiels pour reconstruire l’état quantique de l’électron à partir des mesures expérimentales.

La compréhension de la dynamique stochastique des nano-systèmes est cruciale, puisqu'elle est au cœur de nombreuses problématiques, de la description des systèmes biologiques aux développements de nanomoteurs. En particulier le développement de protocoles optimaux permettant la transformation entre deux états thermodynamiques a été intensément discutée. Cependant, l’étude expérimentale de ces protocoles dans le régime le plus général d’amortissement, ainsi que leur robustesse face aux imperfections des systèmes physiques considérés a largement été ignorée. Le projet OPLA vise à étudier ces questions en bénéficiant du contrôle important offert par la lévitation optique de particules dans le vide. Il propose aussi l’optimisation expérimentale in-situ de protocoles pour des transformations arbitrairement complexes. Ces travaux ouvrent la voie au développement de nanomoteurs efficaces, et plus généralement à accroître notre compréhension des phénomènes hors équilibre en nanothermodynamique

Les études sur le transport électronique dans les gaz d'électrons bidimensionnels GaAs/AlGaAs (2DEG) ont permis de faire de grands progrès dans notre compréhension de la physique mésoscopique à forte corrélation. En particulier, l'exploration du régime quantique de Hall (QHR) s'est révélée très productive, avec une physique riche sur les corrélations électroniques, ainsi que la possibilité d'utiliser le transport chiral dans des canaux unidimensionnels. En revanche, ce n’est que récemment que des expériences ont montré l’importance des études thermodynamiques sur les systèmes mésoscopiques de faible dimension. Avec le projet THERMES-2D, nous souhaitons développer de nouveaux outils thermodynamiques pour l’étude expérimentale de systèmes mésoscopiques à base de 2DEG. Nous nous concentrerons sur la chaleur spécifique cp, propriété globale avec des contributions de tous les degrés de liberté d’un système thermodynamique donné. La contribution des électrons à cp est une sonde sensible aux transitions de phase quantiques, à l'excès d'entropie, à la densité d'états électroniques et à la masse effective électronique. Dans le cadre de ce projet, nous rechercherons une meilleure compréhension de la physique corrélée dans le QHR fractionnaire et entier. Le consortium THERMES-2D présente une synergie indispensable à ce but : l'expertise de pointe mondiale en matière de mesure de la chaleur de haute sensibilité de l'équipe NEEL, la capacité de l'équipe C2N à fournir les membranes 2DEG nécessaires et l’expertise de l’équipe du LNCMI en matière de mesure dans le régime quantique de Hall à basses températures et à champs magnétiques élevés. Le concept consiste à étudier les 2DEG sur des membranes minces inférieures au micromètre en utilisant la technique unique de nanocalométrie développée à NEEL, permettant de mesurer des variations de chaleur spécifiques extrêmement faibles à basse température. Dans de tels échantillons, l'apport thermique spécifique du substrat en GaAs est limité, ce qui permet d'étudier le cp du gaz électronique dilué. La combinaison des compétences des partenaires rend le projet parfaitement adapté à l'exploration de la riche physique 2D à fort champ magnétique. Les électrons d'un 2DEG se condensent en une séquence de phases quantiques distinctes, ce qui fait de ces systèmes un banc d'essai idéal pour des études thermiques spécifiques de la physique des fortes corrélations. La compétition entre désordre, interaction et / ou état de spin conduit à un certain nombre de phases quantiques à plusieurs corps, telles que des états de Hall quantiques fractionnaires, des cristaux de Wigner et des états ferromagnétiques. Grâce à nos mesures de cp, nous rechercherons des signatures d'excitations collectives de spin (skyrmions), de caractéristiques spécifiques dépendant de la température aux différentes limites de phase et de l'existence de nouvelles transitions de phase entre les états quantiques de Hall. De plus, l'évaluation de l'entropie d'un 2DEG peut fournir des informations physiques importantes. Bien que l'entropie soit une quantité thermodynamique fondamentale, sa valeur absolue ne peut pas être mesurée directement; seuls les changements d'entropie ou de valeurs relatives sont physiquement pertinents. Le moyen idéal pour accéder à cette quantité thermodynamique cruciale consiste à mesurer la variation de chaleur spécifique par rapport à la température. Un excès d'entropie est prédit dans divers états du 2DEG; il peut s'agir de la signature de statistiques non-abéliennes des anyons ou de la criticité quantique lors d'une transition de phase quantique. Il existe également une forte motivation instrumentale dans la poursuite des mesures thermodynamiques sur des 2DEG dans ce projet. Grâce aux exigences de la physique étudiée, nous pousserons encore plus loin cette expertise, en termes d'amélioration des mesures à basse température et à faible bruit, de thermométrie innovante et de réalisation d'échantillons.

Les modalités du transfert d’énergie aux échelles nanométrique et macroscopique diffèrent à cause du rôle accru des interfaces et du transport balistique des phonons dans le premier cas, dont la description fondamentale est requise dans des domaines tels que l’électronique, la thermoélectricité, l’imagerie biologique ou la détection. Le projet proposé vise à la fois à optimiser les facteurs de qualité vibrationnels de nanorésonateurs à base de nanoparticules métalliques (en déterminant et minimisant leurs sources d’amortissement intrinsèque) et à caractériser le transport des phonons dans des couches fines séparant deux composants métalliques distincts, respectivement utilisés comme radiateur et thermomètre. Le consortium formé pour cela réunit trois partenaires avec des expertises complémentaires : la synthèse de nanoparticules d’or mono cristallines et de nanohybrides métal-diélectrique, et leur spectroscopie optique résolue en temps à l’échelle de la particule unique.

Les systèmes quantiques à N corps hors équilibre représentent un défi majeur dans la physique actuelle. Parmi ces systèmes quantiques, les gaz unidimensionnels sont particulièrement intéressants: des techniques théoriques et numériques très puissantes permettent de les appréhender; les fluctuations et les corrélations quantiques ont un rôle accru; ils décrivent des systèmes réels et peuvent être simulés avec des expériences d'atomes froids. Une des particularité de la physique unidimensionnelle est qu'elle contient des modèles intégrables, notamment le modèle de Bosons unidimensionnels en intéractions ponctuelles, appelé modèle de Lieb-Liniger. Les systèmes intégrables présentent une dynamique singulière du fait de la présence d'un nombre infini de constantes du mouvement. L’intégrabilité quantique peut être interprétée comme l'existence de quasiparticules de durée de vie infinie, en nombre égal au nombre de particules dans le système. Ces quasiparticules sont caractérisées par une quantité homogène à une vitesse appelée rapidité. La distribution de rapidité des quasiparticules est un objet essentiel pour la description théorique de ces systèmes. L'importance de cette distribution de rapidité a été mise en avant depuis une dizaine d'années, avec l'étude de la relaxation dans les systèmes intégrables: il est maintenant établi que la distribution de rapidité des quasi-particules caractérise le système après relaxation. En ce qui concerne la dynamique hors d'équilibre, le développement récent de la théorie hydrodynamique généralisée a montré que, pour la dynamique à grande échelle, la notion clef était la distribution locale de rapidités des quasiparticules. La distribution de rapidité a longtemps été considérée comme un pur objet mathématique. Cependant, il a été établi théoriquement depuis quelques années que cette distribution pouvait être mesurée expérimentalement, en effectuant une expansion unidimensionnelle. La capacité à mesurer la distribution de rapidité des quasiparticules, résolue spatialement, constituerait un très grand progrès dans l'étude de ces systèmes et plus particulièrement de leur dynamique hors d'équilibre. Une telle mesure ouvrirait la porte à de nombreuses études. Ce projet vise à réaliser la mesure, spatialement résolue, de la distribution de rapidités des quasiparticules , en utilisant un dispositif expérimental de Puce Atomique. Dans ce dispositif, des atomes de Rubidium sont confinés dans des micro-pièges magnétiques. En gelant les degrés de libertés transverses, cette expérience réalise le modèle de Lieb-Liniger. Ce projet se divise en quatre tâches. (1) La première tâche consistera à effectuer une mesure de la distribution de quasi-particules, intégrée sur tout le nuage atomique. Une fois mise en place, une telle mesure nous permettra d'effectuer plusieurs études, notamment sur l'effet de la brisure de l'intégrabilité par les pertes d’atomes. (2) La deuxième tâche constitue le coeur de ce projet, avec la mise en place de la mesure de la distribution de quasiparticules résolue spatialement. Ceci nous permettra d'explorer la dynamique hors équilibre induite par des protocoles simples. (3) La troisième tâche, plus technique, consiste à dessiner et à faire réaliser une nouvelle puce atomique qui permettra d'améliorer les performances de la mesure de la distribution de quasiparticules. (4) La quatrième tâche sera dédiée à la réalisation de situations hors d'équilibre plus complexes qui permettront de réaliser des expériences de pensée comme celle dans laquelle deux systèmes semi-infinis sont soudainement mis en contact. Pour générer les situations initiales, nous utiliserons un faisceau laser façonné par un modulateur spatial de lumière qui réalisera un potentiel longitudinal variant sur des petites échelles spatiales.

Le projet PIXyES consiste en la mise en place d’un consortium de physique moléculaire, de chimie physique et d’astrophysique de laboratoire. L’objectif est d’apporter de nouveaux résultats sur les interactions photon-molécules physisorbées (souvent appelées glaces moléculaires) qui impactent profondément la physico-chimie des régions de formation d’étoiles et de planètes dans le milieu interstellaire. Le projet se focalise sur les phénomènes de désorption induite par photons - dans le domaine des ultraviolets du vide VUV (7-14 eV) et des rayons X « mous » (0,5-1,5 keV) – et par électrons dans les molécules condensées. Ces études expérimentale et théoriques vont apporter de nouvelles perspectives sur les mécanismes de désorption induite, qui permettront d’accéder à des données à l’échelle moléculaire qui ont un impact conséquent aux échelles macroscopiques du milieu interstellaire (rapports d’abondances gaz-solides, localisation des lignes de condensations…). A l’heure actuelle, les études quantitatives de la désorption induite sont limitées à des mesures de rendements absolus à partir d’un nombre limité de systèmes, pour la plupart des glaces pures, et le manque de compréhension des mécanismes moléculaires impliqués empêche de mettre en lumière des tendances générales et de prédire les efficacités de désorption à partir des glaces complexes du milieu interstellaire. La détection d’un nombre sans cesse croissant de nouvelles espèces moléculaires gazeuses dans les régions les plus froides de l’espace entraine cependant un besoin urgent pour ces données de laboratoire, qui sont centrales à la compréhension des observations du milieu interstellaire. Cette tendance est d’ailleurs appelée à accélérer de façon sensible suite au lancement futur du nouveau télescope spatial JWST (James Webb Space Telescope). La stratégie actuelle pour l’estimation des rendements de photodésorption en laboratoire doit donc être repensée. C’est une nouvelle approche que nous nous proposons de développer avec le projet PIXyES. En identifiant, et en comprenant, les principaux mécanismes de désorption à partir de systèmes modèles, à l’aide d’une approche concertée mêlant expériences et simulations numériques, nous visons à proposer à la communauté astrochimique des rendements de photodésorption applicables à n’importe quelle espèce moléculaire coadsorbée dans des glaces composées à majorité d’eau et de CO/CO2, qui sont les espèces largement majoritaires des glaces astrophysiques. Notre hypothèse, basée sur des études récentes, est que les radiations interagiront principalement avec les composants majoritaires des glaces interstellaire, et que la désorption est ainsi une conséquence de la dissipation de l’énergie déposée dans ces matrices, menant à l’éjection des coadsorbats. Si cette hypothèse se confirme, l’étude des mécanismes de redistribution de l’énergie nous permettra alors d’être à même de prédire les rendements de photodésorption à partir de glaces réalistes, pour n’importe lequel de ses constituants, ce qui implique également les molécules organiques coadsorbées, sans avoir à étudier chacun des possibles systèmes de façon isolée, ce qui, au regard du nombre de molécules potentiellement présentes, serait virtuellement impossible. Pour ce faire, des approches complémentaires expérimentales et théoriques seront utilisée en synergie, à savoir des études résolue en énergie des photons menées à l’aide du rayonnement synchrotron, dans les domaines VUV et des rayons X « mous », le développement d’une méthode d’étude de la désorption basée sur l’emploi d’une source laser VUV et d’une détection des désorbats résolue en énergie cinétique, interne, et en vecteur vitesse, la modélisation théorique des processus de dissipation d’énergie dans des glaces modèles, et des expériences comparées entre les processus de photodésorption et de désorption induite par les électrons.

Les mousses liquides sont des matériaux dont les propriétés mécaniques et isolantes sont largement utilisées dans l’industrie. Pourtant leur stabilité reste en grande partie une question ouverte. Or, les propriétés des mousses liquides sont étroitement liées à celles des films de savon qu’elles contiennent. Les films peuvent s’épaissir, disparaître ou apparaître lors des mouvements de la mousse. Le réarrangement du liquide à l’intérieur de ces films sous l’effet d’une contrainte extérieure telle que la gravité altère alors l’épaisseur des films, ce qui affecte leur stabilité mais aussi leur perméabilité aux gaz. Il est donc crucial de comprendre les écoulements dans les films pour expliquer la stabilité des mousses. Or, l’apparition d’inhomogénéités d’épaisseur semble être liée à l’apparition d’écoulements complexes comme la régénération marginale qui est l’objet d’étude de ce projet. Un pincement apparaît en effet au bord des films et peut se déstabiliser, ce qui génère des portions plus fines. Le jeu de taquin entre les portions épaisses et les portions fines du film participe alors à l’amincissement du film. Ce phénomène de régénération marginale a été très peu exploré depuis le travail historique de Mysels. Le pincement a été prédit par Aradian et al mais sa dynamique n’a jamais été observée expérimentalement. Par ailleurs, le mécanisme et les conditions de déstabilisation de cette zone de faible épaisseur sont largement inexplorés. Il est pourtant certain qu’il faille décrire précisément ce phénomène pour donner une description globale des distributions d’épaisseurs dans les films et donc de leur fragilité par rapport à la rupture. Comprendre ce phénomène de régénération marginale et son implication sur la stabilité des mousses est un problème difficile qui nécessite des compétences dans les domaines de la mécanique des fluides et des interfaces libres, la physico-chimie des surfactants et la physique non linéaire. Dans le cadre de ce projet nous réunissons trois partenaires avec des expertises complémentaires et des solutions innovantes, à la fois expérimentales et théoriques. En particulier, l’originalité de notre projet est d’allier l’expertise développée ces dernières années dans la communauté des mousses (mesure du champ de vitesse dans les films, de leur épaisseur et de leurs tensions, contrôle de l’évaporation et de la physico-chimie) à une nouvelle expérience qui permet de contrôler la gravité en centrifugeant les films. Nous aborderons le phénomène de manière expérimentale en développant des expériences pour répondre aux questions (i) de la dynamique du pincement, (ii) de sa déstabilisation et (iii) de la contribution de la régénération marginale au drainage des films et à leur rupture. Ces tâches expérimentales seront complétées par des descriptions théoriques originales, basées sur l’extension des équations de lubrification classiques, permettant de décrire nos résultats et de les extrapoler aux mousses. Grâce aux développements récents, le sujet est mûr pour être enfin compris et nous pensons que les résultats de ce projet pourront mener à de nombreuses publications dans des revues à haut facteur d’impact. Par ailleurs, bien que fondamentale, la question posée a des implications évidentes en terme d’applications et nous comptons utiliser nos contacts avec des industriels pour permettre un transfert rapide des résultats. Pour cela, nous mettrons en place un atelier en fin de projet pour faire part de nos résultats aux industriels et organiser de futures collaborations. Enfin, le consortium est très impliqué dans des activités de vulgarisation et nous profiterons du caractère esthétique de la régénération marginale pour construire une exposition autour des mousses et nourrir nos activités de vulgarisation.

La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une puissante méthode d'analyse utilisée en recherche, en médecine et dans l'industrie. Son usage est restreint par une faible sensibilité de détection par induction, même à haut champ (plusieurs teslas). Une limite intrinsèque réside dans la faible différence d'énergie induite entre les états de spin nucléaire. Une autre provient de l'infime polarisation nucléaire établie à l'équilibre thermodynamique (écart relatif de population entre états d'orientations de spin opposées). Lest techniques d'hyperpolarisation permettent d'augmenter (transitoirement) la polarisation nucléaire disponible par plusieurs ordres de grandeur et, donc, de s'affranchir de la seconde limite. Elles ont ouvert la voie à de remarquables applications en RMN et au-delà. L'hyperpolarisation par pompage optique est très efficace pour les gaz rares utilisés en imagerie pulmonaire fonctionnelle, en biomédecine et en recherche fondamentale. Elle a été surtout étudiée et réalisée à faible champ magnétique (1 - 10 mT) alors que les mesures RMN, elles, sont majoritairement effectuées à haut champ où le signal capté est plus élevé (plus haute fréquence de détection) et la résolution spectrale meilleure (plus grands déplacements chimiques). L’hyperpolarisation des gaz rares à haut champ, peu explorée jusqu'ici, est au cœur du projet HELPING. Elle présente un intérêt fondamental (opération dans des conditions physiques nettement différentes, compréhension affinée des mécanismes sous-jacents) et pratique (possibilité de réduire, voire de supprimer, le temps de transport du gaz vers la zone de détection). L'enjeu est d'aboutir à une efficacité optimale, en composant avec l'influence du champ magnétique (sur les atomes, leurs interactions et les taux de relaxation nucléaire) et les contraintes matérielles (de magnétisme, de taille) au sein du système RMN. Le projet concerne avant tout l'hyperpolarisation des atomes de spin nucléaire 1/2, 129Xe et 3He. Il inclue aussi des tests avec des isotopes quadrupolaires, 21Ne (spin 3/2) et 83Kr (spin 9/2). Le xénon interagit fortement avec son environnement; la grande variabilité du déplacement chimique du 129Xe le rend très utile en spectroscopie RMN. L'hélium est un petit atome qui interagit peu avec ce qui l'entoure; l'3He a de faibles taux de relaxation nucléaire et peut pénétrer des cavités de taille réduite. 21Ne et 83Kr peuvent apporter des compléments d'information sur divers matériaux ou milieux, plus simples à obtenir (21Ne) ou plus riches (83Kr), notamment sur leur état de surface. Le projet HELPING s'appuiera sur des mesures combinant diagnostics optiques et RMN qui peuvent s'effectuer dans un spectromètre/imageur 7 T à large cavité récemment acquis par les partenaires du projet. Il exploitera les caractéristiques exceptionnelles de cet instrument, qui offre une haute qualité d'analyse et d'imagerie 3-axes. Le travail commencera par les développements instrumentaux requis pour opérer dans (ou très près de) la zone de détection. Il se poursuivra par l'étude de trois méthodes d'hyperpolarisation à haut champ, avec: 1- l'analyse détaillée du pompage optique par échange de spin (SEOP) du 129Xe et des tests avec 83Kr; 2- l'analyse des limites du pompage optique par échange de métastabilité (MEOP) dans l'3He, son extension aux mélanges gazeux 3He-4He et l'opération à des températures cryogéniques, 3- l'exploration d'une nouvelle méthode non-optique découverte pour l'3He -- la polarisation d'atomes dans un plasma aimanté (PAMP) -- et ses extensions possibles (mélanges 3He-4He; 21Ne; basse température). Modèles théoriques et simulations seront développés pour expliquer les résultats obtenus et proposer des conditions opératoires susceptibles de maximiser la polarisation ou l'aimantation nucléaire (produit de polarisation par la densité atomique) des divers gaz rares. Le travail sera appliqué aux domaines de la caractérisation des matériaux poreux et de la magnétométrie.

Le couplage spin-orbite est à l’origine de nouvelles méthodes de pompage de courants et de manipulation électrique de l’aimantation. Pourtant, les efforts déployés pour comprendre ces phénomènes ont jusqu'à présent négligé l’importance des contributions orbitales. En effet, dans les structures non-centrosymétriques, le paquet d’ondes électronique acquiert un moment cinétique orbital dû aux orbitales atomiques ainsi qu’à son auto-rotation. Nous proposons d’exploiter ce degré de liberté afin de doper les effets de conversion charge-spin. Ce projet établit un programme de recherche ambitieux pour modéliser, prédire, concevoir et caractériser de nouvelles hétérostructures permettant la génération maximale de moment orbital hors équilibre. En nous appuyant sur une synergie exceptionnelle entre les expériences et la théorie, nous démontrerons que l’ingénierie du moment orbital ouvre des perspectives fascinantes pour le développement d’une nanoélectronique de rupture.

Le projet PULSE vise à explorer de nouveaux régimes temporels dans les lasers organiques. Les lasers organiques ou « excitoniques » à base de films mince (colorants, semiconducteurs organiques, pérovskites ou boites quantiques colloïdales) sont des sources compactes, à bas coût, capables d’émettre un rayonnement accordable sur tout le spectre visible et qui sont compatibles avec toutes les plateformes technologiques existantes, y compris sur substrats flexibles ou biocompatible. Elles trouvent des applications dans la détection d’espèces chimiques ou biologiques, dans les communications par lumière visible, en spectroscopie, et ont potentiellement un rôle clé à jouer dans le développement de circuits photoniques intégrés tout-organique ou hybrides. Les lasers de ce type sont toutefois limités aujourd’hui à la production d’impulsions faiblement énergétiques dont la durée est de l’ordre de la nanoseconde, à faible cadence de répétition, et sous pompage optique. L’objectif de ce projet est de démontrer le fonctionnement laser dans des régimes temporels inédits, à savoir en régime d’impulsions ultracourtes à fort taux de répétition. On cherchera donc à réaliser le premier laser organique solide à modes bloqués en phase. La stratégie globale consiste à implémenter des matériaux nouveaux récemment développés dans le domaine de l’optoélectronique organique et de la nanophotonique, couplés à des architectures laser innovantes. De manière plus précise, deux verrous technologiques seront en ligne en mire. Le premier concerne l’accumulation des états triplets, qui empêche à l’heure actuelle les lasers organiques de fonctionner en régime continu et donc de permettre un régime stable de modes bloqués en phase. Nous utiliserons pour cela des molécules innovantes, qui ont soit déjà fonctionné en régime quasi-continu et que nous adapterons à une géométrie laser différente, soit en investiguant un schéma original pour la désactivation sélective des états triplets. L’objectif global sera d’obtenir des impulsions assez longues (ms ou plus) pour assurer un fonctionnement optimal en régime de modes verrouillés en phase. C’est là qu’intervient le second verrou à lever, car si les lasers organiques solides n’ont pas été verrouillés en phase à ce jour, c’est principalement par manque d’absorbants saturables passifs suffisamment rapides fonctionnant dans le domaine visible. Nous proposons dans ce projet d’étudier un nouveau type d’absorbant saturable, qui a déjà fait ses preuves dans d’autres lasers aux propriétés comparables. Le projet PULSE, qui réunit une équipe au LPL spécialiste des lasers organiques, et une équipe au LCF experte en développement de sources laser ultrarapides, a pour ambition de réaliser le premier laser plastique femtoseconde en s’appuyant sur les développements récents en termes de matériaux qui rendent aujourd’hui disponibles des solutions techniques qui ne l’étaient pas il y a encore quelques années.

Le projet ACAF est au carrefour de deux domaines passionnants et prometteurs qui ont émergé et gagné en visibilité internationale ces dernières années : les matériaux antiferromagnétiques pour de nouveaux dispositifs spintroniques, et la magnéto-acoustique pour de nouvelles approches de manipulation de l’aimantation. Il y a maintenant un engouement pour l’utilisation des matériaux antiferromagnétiques (AFM) colinéaires au lieu de matériaux ferromagnétiques (FM) pour coder l’ information magnétiquement, par exemple sur deux directions orthogonales du vecteur de Néel. Cependant l'insensibilité des AFM aux champs magnétiques externes en raison de leur aimantation nulle rend difficile la détection et le contrôle de l'état antiferromagnétique (AF). Afin de contourner ce verrou pour la manipulation statique et dynamique des AFM, le projet mettra en œuvre de façon originale un effet bien connu: la magnéto-élasticité. Des ondes de déformation dans la gamme hypersonique seront utilisées pour agir sur la dynamique AF. Plus spécifiquement, nous utiliserons des ondes acoustiques de surface (OAS). Avec leur génération économe en énergie, leur faible atténuation et leur flux confiné à la surface, les OAS se sont révélées dernièrement un outil très pertinent pour la manipulation non inductive de l'aimantation dans les ferromagnétiques ultra-minces, ouvrant une nouvelle voie vers la «straintronique». Grâce à la magnéto-élasticité, une OAS génère un champ magnétique radiofréquence effectif, particulièrement efficace pour agir sur la dynamique de l’aimantation lorsque sa fréquence correspond à la fréquence d’une onde de spin. Pour étudier sur le plan fondamental le potentiel des OAS pour contrôler les états AF, nous avons choisi deux systèmes magnétostrictifs modèles qui peuvent fonctionner autour de la température ambiante afin d'être compatibles avec les applications potentielles. Les deux systèmes réintroduisent une aimantation finie et variable, ce qui facilitera la détection de sa dynamique AF et / ou la manipulation du vecteur de Néel. Dans GdCo, un ferrimagnétique, nous évaluerons le potentiel des SAW pour piloter la dynamique à la température de compensation des moments angulaires, où la dynamique est de type AF mais l’aimantation ne s'annule pas. Dans le composé antiferromagnétique FeRh, l'objectif ambitieux sera de contrôler l'état AF statique à l'aide d’une OAS, en s'appuyant sur la transition magnéto-structurale AFM-FM de premier ordre, très sensible à la déformation. À température constante, l’OAS induira une transition locale vers l'état FM, permettant une rotation de magnétisation de 90 degrés, s’imprimant sur le vecteur de Néel après le retour à l'état AFM. Le projet développera la croissance et l’optimisation de couches minces et de microstructures de FeRh et GdCo et la conception d’échantillons pour la génération électrique efficace d’OAS, la caractérisation magnétique et structurale des échantillons, l'étude et le calcul des dispersions de magnons et phonons par diffusion Brillouin, l’observation optique dans les domaines temporel et spatial de la dynamique AF induite par les OAS et de la transition AF-FM. Le projet rassemble trois laboratoires français aux compétences et techniques complémentaires, et s’appuie sur une expertise reconnue en magnéto-acoustique. Il comprend également une collaboration avec deux laboratoires étrangers, pour la croissance de FeRh et les aspects théoriques. À plus long terme, ce projet pourrait ouvrir de nouvelles voies pour mettre en œuvre des composants magnétiques avec une dissipation Joule plus faible car les ondes acoustiques sont excitées par une tension et non un courant. Il pourrait également permettre une conception alternative du stockage de données dans les matériaux AF en utilisant les propriétés ondulatoires des OAS : focalisation, interférences, mise en forme du front d'onde et guidage d'ondes, ou l’accès à distance des bits, grâce à la faible atténuation de ces ondes acoustiques.

Les corrélations électroniques sont à l'origine de nombreuses propriétés remarquables en physique des solides. Dans certains matériaux plusieurs ordres peuvent coexister, se coupler ou entrer en compétition, donnant lieu à de nouvelle propriétés. Le cas de la famille de composés 123, incarné par BaFe2Se3 est de ceux-ci. Il est multiferroique proche de la température ambiante (256K) et décrit comme un isolant de Mott spécial. Sous pression, il subit une transition isolant-métal pour devenir supraconducteur. Ce projet proposoe d’étudier tous ces ordres et leurs interdépendance pour en tirer des informations générales sur les systèmes fortement corrélés, les ordres multiples et leurs évolutions en fonction de divers paramètres : pression, champs, température et dopage.

L'ambition de QUENOT est de dépasser plusieurs limites conceptuelles et expérimentales actuelles en nanooptique en utilisant les propriétés quantiques d'électrons rapides. En effet, certains concepts et grandeurs clés en nanooptique (la super-chiralité, la cohérence spatiale d’excitations dans les nanostructures optiques et l'optique quantique d'excitations photoniques) ont été très peu étudiés à leur échelle pertinente : l'échelle sous-longueur d'onde. La super-chiralité, c’est-à-dire l’accroissement des propriétés chirales de la lumière au-delà de celles atteintes grâce à une lumière purement polarisée circulairement, peut être observée théoriquement au voisinage de nanostructures chirales. La cartographie à l’échelle nanométrique de la super-chiralité, qui n’a encore jamais été réalisée, permettrait le développement de nouveaux capteurs biologiques avec une sélectivité énantiomérique très augmentée, avec des implications évidentes dans l’industrie pharmaceutique. La cohérence spatiale d’excitations confinées comme des plasmons de surface peut être quantifiée au travers d’une quantité appelée densité électromagnétique croisée (CDOS). Cette dernière n’a à l’heure actuelle pu être mesurée que dans une faible gamme spectrale. Sa mesure à l’échelle nanométrique et sur une large gamme spectrale permettrait de remonter aux longueurs de cohérence spatiales d’excitations comme les plasmons dans les films aléatoires, dont la nature reste à ce jour controversée dans la communauté. Enfin, si l’étude d’émetteurs de photons uniques couplés à des cavités a déjà été effectuée, l’étude des propriétés quantiques (création et manipulation d’états de Fock) de cavités nanostructurées (comme des cavités dans des matériaux à gap photonique) n’a jamais été considérée théoriquement ou expérimentalement et représenterait une avancée majeure dans le domaine de la nanooptique quantique. L'utilisation d'électrons rapides (environ la moitié de la vitesse de la lumière) tels que fournis par les microscopes électroniques en transmission (MET) a rencontré un succès impressionnant au cours des 15 dernières années pour l'étude de la nanooptique à des échelles très largement inférieures aux longueurs d'onde visible et infra-rouge. Les membres du consortium ont joué un rôle déterminant dans ce succès. Cependant, l'accès aux propriétés physiques évoquées plus haut est largement considérée comme inatteignable par les techniques MET. L'idée fondatrice de QUENOT est que les propriétés quantiques des électrons rapides, longtemps ignorées d’un point de vue théorique et expérimentalement difficiles à manipuler, permettent de remonter, à des échelles nanométriques, à la mesure de la super-chiralité, de la CDOS ainsi qu'à la préparation et la mesure d'états de Fock dans des nanostructures photoniques. Nous comptons lever ces verrous conceptuels et techniques grâce à un consortium alliant des expertises théoriques et expérimentales en nano-optique, en nanofabrication avancée et en instrumentation en optique électronique. Bien que le défi soit important, un certain nombre d’avancées très récentes dans le domaine, ainsi que des études théoriques et expérimentales préliminaires nous confortent dans l’idée qu’il peut être relevé maintenant et spécifiquement par notre consortium. QUENOT devrait permettre de maintenir la France à l’avant-garde de la recherche en nanooptique avec des électrons rapides; de plus, la longue culture d’accueil de certains membres du consortium permettra de rendre directement accessibles ces avancées à la communauté. QUENOT devrait impacter les champs de la nanooptique mentionnés. Au-delà, l’ensemble des méthodes et concepts développés dans ce cadre pourront être directement utilisés dans le cadre plus général de la matière condensée, avec par exemple la mesure du dichroïsme magnétique à l’échelle atomique ou la mesure de longueur de cohérence de phonons.

Ce projet est consacré à l'étude et à la modélisation de la structure fine de la turbulence, qui affecte un large éventail de phénomènes dans l’univers et l'ingénierie. Dans la limite des grands nombres de Reynolds , un écoulement turbulent présente en effet une propriété surprenante et encore mal comprise, appelée « anomalie dissipative » : le fluide dissipe l’énergie injectée à un taux constant, produisant ainsi une dissipation visqueuse finie, alors même que la viscosité s’amenuise de plus en plus. Pour maintenir une telle efficacité énergétique, l’écoulement s'auto-organise à travers les échelles, suivant une cascade d’énergie, et développe une structure spatiale complexe et tortueuse à petite échelle. Asymptotiquement, diverses quantités cinématiques, telles que la vitesse, deviennent rugueuses et non-différentiables. L’ anomalie dissipative repose donc sur la nature irrégulière des flux turbulents et reflète leur irréversibilité profonde. Elle est ainsi à l’origine des difficultés d'application à la turbulence de concepts développés en mécanique statistique à l’équilibre. Le présent projet vise à obtenir des progrès quantitatifs dans la compréhension de ce comportement très singulier. Pour cela, nous proposons de constituer un consortium d’experts de la théorie et du calcul numérique en turbulence, et de nous focaliser sur les causes et les conséquences du caractère irréversible de la turbulence. Un accent particulier sera mis sur la signature des processus irréversibles dans la dynamique de traceurs transportés par le fluide. La collaboration s’organisera autour de l’utilisation d'une base de données contenant les résultats des simulations les plus récentes de (i) l'équation Navier-Stokes, de (ii) un système original, décrivant un fluide soumis à une dissipation réversible , de (iii) solutions faiblement dissipatives de l’équation d’Euler produites selon une méthode de construction récemment proposée, et enfin, (iv) des champs aléatoires synthétiques permettant d'étudier divers ingrédients statistiques clés de la turbulence. Cette base de données sera rendue accessible à tous les participants pour répondre aux questions sur l’irréversibilité et son lien avec le caractère rugueux des champs de vitesse, qui seront déclinées dans plusieurs lots de tâches composant le projet. Le consortium est scindé en 3 groupes ayant tous une expertise théorique et numérique, en mécanique statistique et en turbulence. Ils sont situés à Saclay, au CEA (B. Dubrulle), à Lyon, à l'ENSL (L. Chevillard, A. Pumir), et à Nice, à la fois aux MINES ParisTech et à l'Observatoire de la Côd'Azur (J. Bec, N. Besse, U. Frisch). Les connaissances potentielles acquises seront essentielles pour développer une meilleure description et de nouveaux modèles de turbulence dans des processus tels que le transport ou le mélange.

La future expérience RICOCHET, qui s'installera auprès du réacteur nucléaire de recherche de l'Institut Laue Langevin (ILL), vise à exploiter la diffusion cohérente des neutrinos sur les noyaux pour la recherche de nouvelle physique dans le secteur électrofaible. Cela inclut notamment l'existence de neutrinos stériles ou de nouveaux médiateurs d'interactions, qui pourraient être liés au problème de la matière noire, et la possibilité d'interactions non standard qui pourraient avoir des implications importantes pour la physique des neutrinos. L'expérience RICOCHET utilisera un assemblage de détecteurs cryogéniques, de l'ordre du kilogramme, constitué de cristaux individuels de Ge et de Zn de 30 g chacun. Grâce à ses capacités uniques d'identification de particules, jusqu'à un seuil en énergie de 50 eV, RICOCHET atteindra une sensibilité nouvelle aux reculs nucléaires induits par la diffusion cohérente pour des énergies inférieures à 100 eV où les signes de nouvelles physiques sont attendus. Le potentiel scientifique de RICOCHET à l'ILL est élevé. Nos études montrent que le taux d'interaction des neutrinos sera d'une quinzaine par jour. Combiné à un rapport signal sur bruit de 3, cela permettra une détection de la diffusion cohérente à 5 sigmas en seulement quelques jours. Une mesure de précision de la diffusion cohérente au niveau du pourcent, fournissant une sensibilité sans précédent à une variété de scenarii de nouvelles physiques, sera alors atteignable après une année de prise de données avec le réacteur en fonctionnement. En s'appuyant sur des ressources complémentaires existantes au sein de la collaboration internationale, ce programme de recherche ANR et les fonds demandés seront dédiés à la conception, à la construction et au déploiement du futur observatoire des neutrinos de basse énergie RICOCHET auprès du réacteur de recherche de l'ILL d'ici 2023.

Cette proposition a comme objectif de réaliser la recherche la plus sensible d'interactions exotiques de type tensoriel qui pourraient contribuer à l'interaction faible impliquant les quarks légers. L’observation d'une telle contribution impliquerait l’existence de nouvelle physique au-delà du modèle standard electro-faible alors que la non-observation fournirait les contraintes les plus fortes sur les couplages associés à ces interactions. La recherche sera réalisée à travers des mesures de grande précision du spectre complet en énergie des particules bêta dans la décroissance de noyaux de 6He. La difficulté instrumentale qui a empêché de réaliser ce type de mesures jusqu'à présent, lié à la rétrodiffusion des particules bêta sur les détecteurs, est éliminée en améliorant et en implémentant des techniques calorimétriques dans lesquelles le volume actif des détecteurs de particules renferment totalement la source.