Projets

La compréhension de l'interaction entre spins appariés est un enjeu majeur pour l’électronique moléculaire et les cellules solaires organiques. En effet, à cause des faibles interactions spin orbite dans ces systèmes, l'état de spin impose des règles de sélection strictes pour les états photoexcités. Les processus impliquant le spin semblent également importants pour les pérovskites hybrides, sur lesquels des progrès remarquables ont été réalisés ces dernières années : elles permettent désormais la réalisation des dispositifs optoélectroniques performants . Les effets de spin sur les états photoexcités sont en effet étudiés avec attention dans des contextes finalement très différents. Dans ce projet, nous nous concentrerons sur deux aspects: la fission excitonique au cours de laquelle un exciton singlet se divise en deux excitons triplets d'énergie deux fois plus faible et les processus dépendants du spin dans des systèmes de quelques couches de pérovskites hybrides jusqu'à la limite d'une monocouche isolée. Dans ce projet, nous proposons d'introduire la technique de résonance magnétique détectée optiquement (ODMR) large bande, comme méthode puissante pour sonder la nature d'états bi-exciton quintets (avec un spin total S=2) formés à la suite de la fission excitonique. Des expériences récentes au LPS ont montré que cette approche permet de caractériser de manière univoque les sites moléculaires occupés par les deux excitons triplets appariés qui forment le bi- exciton. En complément, l’équipe de Berlin mènera des expériences de résonances magnétiques pulsées ainsi que de la spectroscopie diélectrique (LPS). La combinaison de ces techniques va permettre de caractériser la configuration moléculaire des bi-excitons, l'interaction entre les excitons triplets (via leur énergie d'échange) mais aussi les différents temps de vie. L'équipe de NEEL poussera les limites de l'ODMR pour sonder un bi-exciton unique pour révéler des effets plus subtils lies à la structure hyperfine qui sont cachées lors d'une moyenne d'ensemble. Cette information caractérisera très précisément la structure des fonctions d'onde des bi-excitons. L'ensemble de ces informations permettra d’abonder un modèle théorique quantitatif des bi-excitons qui s'appuiera sur l’expertise en chimie quantique de l’équipe de Bayreuth. Cette dernière réalisera aussi des expériences de spectroscopique pour sonder le rôle de bi-excitons dans les processus d'annihilation triplet-triplet et de conversion ascendante de photons. Les matériaux utilisés pour les cellules solaires et la conversion ascendante en couches minces, ont une morphologie complexe, éloignée de celle des monocristaux. Le LPS et le GEMaC concevront une expérience d'ODMR dans une version résolue spatialement, dite de microfluorescence. Ce développement, qui sera finalisé dans le cadre du projet, permettra aussi d'étudier les propriétés de pérovskites-hybrides dans la limite de monocouches réalisées par déposition de vapeur chimique. Ces échantillons, synthétisés au GEMaC/LPS, permettent de réaliser des hétérostructures Van-der-Waals dont les propriétés peuvent être facilement modulées par une tension de grille. La compréhension des effets optiques dépendants du spin dans des nanofeuillets de pérovskites est une direction de recherche très prometteuse sur laquelle se concentrera l'équipe du GEMaC. En conclusion, le projet MARS développera des méthodes optiques dépendantes du spin originales pour sonder les propriétés d'états photoexcités impliqués dans la fission excitonique. Ces techniques permettront de sonder également de nouveaux matériaux tels que les nanofeuillets MAPI avec un fort impact en optoélectronique fondamentale et appliquée.

Bien que les insectes herbivores et leurs plantes hôtes dominent une grande partie de la biodiversité terrestre, les facteurs qui déterminent la spécificité des insectes herbivores à leur plantes hôtes et leur gamme d'hôtes sont encore mal compris. Les adaptations biochimiques des stades larvaires pour neutraliser les défenses chimiques des plantes hôtes sont cruciales pour la colonisation des plantes hôtes. La pyrale du chou, Plutella xylostella (Lepidoptera : Plutellidae), utilise une large gamme de plantes hôtes parmi les Brassicaceae et les familles proches, qui sont toutes défendues par le système très diversifié des glucosinolate-myrosinases. Nous avons déjà montré que la glucosinolate sulfatase (GSS) larvaire est essentielle chez cet insecte pour son adaptation à sa plante hôte. Nous avons également montré que les trois gènes GSS de P. xylostella codent pour des enzymes avec différents spectres de substrats et répondent différemment aux glucosinolates des plantes hôtes. Grâce aux connaissances détaillées sur la défense chimique des plantes à base de glucosinolates et à notre capacité à déterminer les propriétés fonctionnelles des gènes GSS et de leurs produits chez les insectes, l'interaction entre les Plutellidés et leurs plantes hôtes offre une occasion unique de comprendre les bases fonctionnelle, écologique et évolutive de l'adaptation des insectes à leurs plantes hôtes. Dans ce projet, nous étudierons la dynamique du changement de la fonction des GSS au cours de l'évolution en explorant les propriétés biochimiques des enzymes codées dans une large gamme de Plutellidés avec différents degrés de spécialisation à leurs plantes hôtes et leur défense chimique à base de glucosinolate. Nous prédisons que les espèces d'insectes ayant un spectre large et diversifié de plantes hôtes possèdent une activité GSS vers une large gamme de glucosinolates. En revanche, les espèces dont le spectre d'hôte est étroit (et en particulier les espèces monophages) devraient avoir une activité GSS avec un spectre de substrat étroit. En reconstruisant les gènes GSS ancestraux et en caractérisant les enzymes GSS existantes et ancestrales, nous déterminerons les changements qui ont eu lieu dans la fonction GSS et la direction des changements d'hôtes. Les résultats de ce projet permettront de mettre en lumière plusieurs questions existant de longue date sur l'interaction entre les plantes et les insectes herbivores : Pourquoi les insectes herbivores se nourrissent-ils de certaines espèces végétales et pas d'autres ? Pourquoi certains insectes ont-ils une large gamme d'hôtes alors que des espèces proches ont une gamme d'hôtes étroite ? Quels sont les facteurs qui déterminent la spécificité de la plante-hôte et la gamme de plantes-hôtes ?

Les données numériques, en format textuel, semi-structuré ou structuré, que ce soit du CSV, RDF, JSON etc. sont produites à un rythme très important, et fournissent un miroir numérique de l'activité humaine. Les données numériques sont souvent au coeur de la démocratie et du débat public. Ceci exige des méthodes computationnelles qui facilitent, protègent et éclaircissent les échanges d'informations entre des utilisateurs et/ou des institutions. Nous identifions une arène comme un ensemble d'organisations et individus, ainsi que du contenu structuré ou pas sur un certain sujet qui les intéresse. Pour établir la vérité d'une affirmation, on recherche dans le contenu de l'arène digitale des données pouvant la confirmer ou l'infirmer, ainsi que des éléments contextuels permettant de l'interpréter. Ceci suppose la capacité d'interconnecter les sources de données dans l'arène. Pour la confiance dans la qualité du résultat de telles vérifications, il est crucial de modéliser et de préserver les sources de données de l'arène en tant que citoyens de première classe, dans tous leurs détails et en lien avec la source les ayant publié. Ceci est nécessaire pour permettre d'identifier très rapidement les preuves (sources) pour chaque élément d'information qui en est dérivé. Notre projet vise à définir, développer et déployer dans des applications journalistiques un Arena Management Systems (AMSs), un nouveau type de système intelligent s'adaptant aux données et aux utilisateurs afin d'organiser, analyser et interconnecter des contenus dans une arènes. Des utilisateurs "déposent" des sources en différents format dans l'AMS; celui-ci en construit un graphe qui reflète leur structure, ainsi que des entités et relations extraites, et des éléments d'interconnexion ("signaux faibles") tels que des codes, hashtags, emails etc. L'intérêt des élements d'interconnexion est de faire un lien entre les contenus des sources, même lorsqu'il n'y a pas assez d'information pour qu'on puisse en extraire une entité. Notre collaboration avec des journalistes du Monde a montré qu'une couverture faible pour des sujets d'intérêt journalistique est la norme plutôt que l'exception, p.ex., dans les enquêtes Panama Papers ou sur l'interférence de la Russie dans des élections en Occident, des connexions cruciales ont été faites à travers des noms d'entreprises obscures (car fictives), des identifiants de bloggers anonymes etc. L'AMS stocke et indexe le graphe, permet son interrogation par des mots clés (où l'on cherche les connexions, p.ex., entre "Assemblée Nationale" et "Russie") ainsi que par une exploration visuelle intéractive. Le but du projet est différent de la construction d'une base de connaissances, car (1) comme indiqué ci-dessus, l'information est souvent insuffisante; (2) nous représentons l'arène comme des sources reliées, plutôt que par le graphe qui en serait extrait (potentiellement avec des probabilités ou provenance). De tels graphes sont peu adaptés à des journalistes qui doivent toujours pouvoir citer une source précise et fiable, au sens fort enseigné dans leur métier. Notre projet utilisera et proposera de nouvelles méthodes de classification et apprentissage, pour: extraire des entités, relations, et éléments d'interconnexion; apprendre à partir d'un retour utilisateur parcimonieux des décisions de fusion de noeuds ou éléments d'interconnexion; organiser le stockage du graphe afin de l'adapter au mieux à l'intérêt des utilisateurs et aux caractéristiques des données; et produire de façon efficace les réponses les plus intéressantes aux requêtes, pour des notions d'intérêt à formaliser et à apprendre à partir des cas d'application fournis par Le Monde et WeDoData, intéressés par le projet; ainsi que pour faire émerger des données des résultats intéressants allant au délà du besoin/intérêt exprimé par l'utilisateur.

L'intelligence artificielle (IA), avec les progrès récents de l'apprentissage statistique (Machine Learning ou ML en anglais), vise actuellement à révolutionner la façon dont la science expérimentale est menée. En physique, en chimie, en biologie, en neurosciences ou en médecine, les données sont maintenant le moteur de nouvelles intuitions théoriques et de nouvelles hypothèses scientifiques. L'apprentissage supervisé et les modèles prédictifs sont maintenant utilisés pour évaluer si quelque chose est "prévisible" : Puis-je prédire ce que les gens "pensent" à partir de signaux neuronaux ? Puis-je prédire l'apparition d'un cancer chez un patient à partir de son ADN ? Le ML est maintenant utilisé en remplacement des tests d'hypothèses statistiques classiques. Dans le domaine de la santé, on parle de médecine de précision et de patients virtuels, avec la vision que l'IA permettra d'avoir des prédictions individualisées à partir de données génomiques, physiologiques ou d'imagerie. Après des premières percées spectaculaires dans les domaines de la vision par ordinateur, du traitement de la parole ou du traitement du langage naturel, le ML doit maintenant relever de nouveaux défis afin d'avoir un impact sur diverses disciplines scientifiques et en particulier pour les applications liées à la santé. Lorsque l'on considère de telles applications, des problèmes statistiques et informatiques apparaissent. i) Le premier problème est lié aux limitations ou à l'absence de supervision des algorithmes : les modèles prédictifs supervisés ont besoin de grandes quantités de données annotées pour être entrainés et testés. Malheureusement trop peu d'applications médicales peuvent en fournir dans une quantité suffisante. ii) Le second problème est lié à ce que l'on peut appeler la variabilité de l'ensemble de données d'apprentissage ou, en termes plus statistiques, aux changements de distribution ou de covariables. Ce qu'on a appelé en vision par ordinateur le problème du "biais de la base d'apprentissage" implique dans un contexte médical que l'entrainement sur les données d'un hôpital est susceptible de fournir une prédiction moins puissante lorsque le modèle est testé sur les données d'autres hôpitaux. iii) Le troisième problème est lié à la difficulté d'amener les outils de l'état de l'art dans un environnement qui n'est pas dominé par les informaticiens mais par les biologistes, les neuroscientifiques, les psychologues, les médecins. BrAIN fournira la prochaine génération de modèles et d'algorithmes de ML pour un apprentissage statistique efficace en l'absence d'annotations précises et d' échantillons de grande taille. BrAIN s'appuiera sur des cas d'utilisation définis en neurosciences cliniques et cognitives (anesthésie, troubles de la conscience, médecine du sommeil) pour relever les défis plus généraux du ML: 1) l'étude de diverses tâches d'apprentissage auto-supervisées pour apprendre sans annotations à partir de données temporelles longues et bruitées, 2) apprendre à augmenter les données et la taille des échantillons, 3) apprendre en présence de changements de distribution, 4) développement d'algorithmes efficaces et faciles à utiliser par des non-experts.

Les sciences cognitives décrivent des opérations mentales, et l'imagerie cérébrale fonctionnelle offre une fenêtre unique sur les systèmes cérébraux qui sous-tendent ces opérations. De nombreuses recherches en neuroimagerie ont permis de mieux comprendre les relations entre les fonctions psychologiques et l'activité cérébrale. Cependant, l'agrégation des résultats de neurosciences cognitives pour obtenir une cartographie systématique entre la structure et la fonction se heurte à un obstacle : les concepts cognitifs sont mal définis et peuvent ne pas correspondre clairement à l'architecture du cerveau. Pour relever ce défi, nous proposons de tirer parti de la croissance rapide des sources de données : les informations de localisation rapportées dans les publications neuroscientifiques, les images du cerveau et leurs annotations partagées comme des ressources ouvertes et quelques jeux de données de référence. Notre objectif principal est de mettre au point des techniques d'apprentissage machine multimodales pour relier ces données sources. Nous le déclinons en trois sous-objectifs: Objectif 1 : mettre au point des techniques de représentation des données bruitées, pour coupler des données sur le cerveau avec des descriptions de comportements ou de maladies dans le but d'extraire la structure sémantique. Objectif 2: mettre ces représentations au défi de fournir des explications aux relations observées, dans deux cadres distincts: i) une analyse statistique des associations obtenues ii) l'intégration des ces informations dans un langage spécifique aux neurosciences. Objectif 3 : diffuser des résultats facilement utilisables (atlas du cerveau, ontologies, logiciels) et contribuer à des outils de partage de données en ligne pour la neuroimagerie.

Avec l'arrivée de la "science des données", l'apprentissage statistique change la prise de décisions dans beaucoup de domaine, tels que la santé ou les affaires. Cependant, point de friction est souvent, non pas dans l'analyse statistique, mais dans la combinaison de données de différentes natures ou à partir de différentes sources. En effet, l'intégration de données s'appuie encore fortement sur l'intervention humaine. Il faut utiliser des techniques de base de données relationnelles pour représenter et transformer des données de différentes nature, en utilisant les entités quelles ont en commun. Ces représentations et ces opérations sont fondamentalement discrètes, ce qui rend l'apprentissage statistique difficile: les symboles n'expriment pas facilement l'information jointe, par exemple en cas d'ambigüités; l'optimisation des règles logiques utilisée sur les données symboliques donne des problèmes intractables car combinatoires. Des succès récents en traitement automatique de la langue montrent que si les symboles sont représentés par des vecteurs, l'apprentissage statistique peut comprendre de l'information complexe, en particulier grâce à l'apprentissage profond. Une nouvelle approche de l'intégration de données peut remplacer l'effort humain dans l'intégration de données: de bâtir sur des formulation continues, plutôt que des représentations discrètes et des opérations logiques, peut permettre d'optimiser l'assemblage de données. Pour cela, il faut de nouvelles architectures d'apprentissage statistique. La difficulté est de représenter des données de natures complètement différente dans la même espace vectoriel, et cependant de les transformer différemment. Pour cela, nous proposons de: 1) utiliser les régularités statistiques des bases de données pour plonger les entrées symboliques dans des espaces vectoriels 2) créer des modèles d'apprentissage statistique qui assemble les différentes sources de données avec des transformations continues 3) faciliter le transfert des représentations entre bases de données avec des sujets liés. D'automatiser l'intégration de données stimulera grandement les applications de la science des données. En effet, beaucoup de sources de données ne sont pas utilisées car leur coût d'intégration est trop élevé. Ceci est particulièrement vrai pour la réutilisation de données publiques ou assemblage de données en santé publique. Notre programme de recherche adaptera aux données relationnelles les outils d'apprentissage statistiques qui extraient et transforment des représentations continues. Celles-ci devront capturer les relations entre symboles, mais aussi les valeurs, par exemple les attributs numériques des données. Pour cela nous utiliserons des "modèles neuronaux de base de données", qui modélisent la structure locale d'une base de donnée. L'alignement à travers différentes bases sera traité comme un problème d'adaptation de domaine, utilisant des outils de correspondance entre distribution. Bâtir des tâches d'apprentissage supervisés à partir de ces représentations nécessitera de fortes non linéarité, tels que des mécanismes de barrière, pour distinguer des entrées de différente nature représentées dans le même espace vectoriel. Pour faciliter le transfert, nous nous focaliserons sur des représentations ou des transformations des données qui peuvent facilement être réutilisées, comme l'architecture "transformer" qui a récemment révolutionné le traitement automatique de la langue. Pour créer les très gros corpus nécessaires à apprendre de bonnes représentations, nous aspireront des données publiques. Les représentations correspondantes captureront de la connaissance générale et aideront à assembler des données sur des sujets liés. Nous focaliseront nos applications aux problèmes de la santé publique, par exemple pour des études épidémiologiques.

Le COVID-19 est une nouvelle maladie infectieuse virale. Les populations à risque de développer une forme grave, définies par le Haut Comité de la Santé Publique à partir de la littérature, principalement sur la population chinoise, ne sont pas totalement extrapolables à la population française du fait de différences dans la structure de la population, de facteurs génétiques et comportementaux différents. Il paraît indispensable de caractériser les populations à risque de forme grave de COVID-19 dans une population occidentale. Le projet a 2 objectifs qui s’inscrivent dans l’axe « Etudes épidémiologiques » de l’appel à projet : 1) caractériser les populations à risque d'hospitalisation pour COVID-19 en France par rapport à la population générale, et par rapport au virus de la grippe saisonnière (10 000 morts en moyenne) ; 2) identifier des facteurs associés à la mortalité hospitalière chez les patients hospitalisés pour COVID-19 en France. Seront inclus, sans restriction d’âge, d’une part les patients hospitalisés pour COVID-19 de mars à mai 2020 issus de la cohorte SNDS/COVID-19, et d’autre part les patients issus du SNDS sur une période antérieure comparable, hospitalisés ou ayant au moins une consommation de soins de mars à mai 2019 pour la comparaison à la population générale, ou hospitalisés pour un épisode grippal de la saison 2018 – 2019. La cohorte SNDS/COVID-19 concerne les données PMSI des patients hospitalisés pour COVID-19 transmises par les hôpitaux, de manière simplifiée et accélérée dès fin avril 2020, intégrant au minimum la durée de séjour, les passages en réanimation et les décès hospitaliers. Cette base sera chaînée par la CNAM aux données du SNDS des consommations de soins ou hospitalisations antérieures. Pour le 1er objectif, nous allons comparer les taux de différentes variables entre la cohorte de patients hospitalisés pour COVID-19 et la population générale, et les patients hospitalisés pour la grippe : caractéristiques sociodémographiques (âge, sexe, les hommes semblant plus touchés par des complications, facteurs sociaux disponibles), médicales (comorbidités, traitements), résidence en EHPAD. Ceci nous permettra d’identifier les populations les plus représentées parmi les cas de COVID-19. Pour le 2nd objectif, nous utiliserons un modèle de régression logistique en ajustant sur les mêmes variables, et les complications. Pour tenir compte de la variabilité des facteurs sociodémographiques entre les communes de résidence, nous utiliserons des modèles hiérarchiques. Enfin, afin de capturer toute l’information présente dans la base du SNDS, très riche, mais limitée pour certaines variables, nous utiliserons des approches statistiques en grande dimension. Pour les 2 objectifs, une sous analyse chez les patients de moins de 75 ans sera réalisée, ainsi que chez les patients résidant en EHPAD. D’autres populations sont centre d’intérêt, notamment la grossesse. Les analyses tiendront compte des variations spatiales et temporelles de l’épidémie et de sa prise en charge. S’agissant d’une nouvelle maladie, encore peu connue, cette étude nous permettra de caractériser les populations à risque d’hospitalisations et de décès pour COVID-19 en France, permettant de fournir rapidement aux autorités sanitaires des informations utiles à l’élaboration de stratégies de prévention dans un contexte de gestion de crise sanitaire : cibler les populations à prioriser dans la prévention, notamment en vue de nouvelles phases épidémiques, et participer à l’établissement d’algorithmes d’optimisation de la prise en charge de ces nouveaux malades. Il s’agit d’un projet collaboratif entre experts des données du SNDS et cliniciens hospitaliers impliqués dans la prise en charge des COVID-19. Cette étude observationnelle s’appuie sur des données couvrant l’ensemble de la population française, disponibles dans un délai remarquablement court, ce qui lui permettra d’apporter des éléments nouveaux sur cette maladie à l’échelle du pays.

Le projet ImaCovPrim a pour objectif de déterminer la dissémination du virus SARS-CoV-2 dans l'organisme entier tout au long de la cinétique de l'infection, des phases précoces jusqu'à la rémission. Cette étude permettrait d'apporter des connaissances importantes concernant la dissémination virale dans la totalité des organes, la cinétique de cette dissémination mais aussi concernant la persistance potentielle de virus dans certains réservoirs, ce qui est une question essentielle aujourd'hui notamment au regard des ré-infections. Pour aborder ces sujets le projet ImaCovPrim s'appuiera sur le modèle d'infection de primates non-humains par le virus SARS-CoV-2 mis au point en France. Ce modèle d'infection de primates non-humains sera transposé en utilisant de nouveaux virus recombinants développés dans ce projet permettant une détection de ces virus par imagerie in vivo. De plus, les réponses immunitaires survenant localement dans le tractus respiratoire seront également caractérisées dans ce projet, et ce par des méthodes d'imagerie médicale et de séquençage ARN. Dans l'ensemble, ce projet permettrait de dresser une cartographie précise, à l'échelle de l'organisme entier, de la cinétique de dissémination du virus et des réponses immunes locales survenant suite à l'infection par le virus SARS-CoV-2.

Au-delà des nombreuses victimes de la pandémie, ce sont potentiellement tou.tes les citoyen.nes qui ont pu être affecté.es dans leur vie quotidienne, et risquent de l’être encore durablement, par les conséquences économiques et sociales de la crise sanitaire du Covid-19 et du confinement de la population au printemps 2020. Tout le monde a été confiné (exceptés certaines professions particulières), mais sûrement pas de la même façon : le confinement a révélé non seulement des inégalités face à la maladie, aux liens sociaux, mais aussi face au logement et au travail. De la même façon, les privations de liberté (et en particulier des libertés de circulation et de réunion) pendant le confinement ne se sont pas imposées à tou.tes de la même façon. La crise a donc eu des effets différents selon le genre, l’âge et les ressources socio-économiques des individus et des ménages. A-t-elle seulement mis au jour les inégalités sociales qui existaient déjà en temps ordinaires ? Les a-t-elle aggravées ? En a-elle introduit de nouvelles ? S’agissant des relations sociales, lesquelles se sont renforcées ? affaiblies ? dégradées ? Comment la solitude ou bien au contraire la cohabitation en confinement ont-elles été vécues ? Les recherches sur les réseaux sociaux ont montré qu’en temps ordinaire, les relations personnelles sont des ressources cruciales, au même titre que les ressources matérielles, qu’elles constituent un « capital social » mobilisable tout au long de la vie. Quel impact à court, moyen et plus long terme la crise de l’année 2020 a-t-elle eu sur nos réseaux personnels, sur nos relations avec nos proches, nos ami.es, nos voisin.es, nos collègues ? Pour répondre à ces questions, il y a un enjeu majeur à développer des recherches de grande envergure permettant de mesurer précisément les effets, dans le temps, de cette crise sur les conditions de vie et de travail des Français.es, sur leurs façons d’habiter et de se déplacer, ainsi que sur les formes de sociabilité et de solidarité qui sont au fondement de la cohésion sociale. Dans cette perspective, le projet VICO se donne pour objectif de déployer une vaste enquête longitudinale. Cette enquête aura comme particularité distinctive de porter sur un échantillon de grande ampleur de la population ordinaire ayant vécu le confinement en France au printemps 2020, de comporter plusieurs vagues successives au cours desquelles les membres du panel ainsi constitué seront réinterrogés plusieurs fois sur une période de 15 mois au total, et d’articuler des approches quantitatives et qualitatives. Devant l’urgence de recueillir des données scientifiques solides au cœur de l’événement, mais aussi devant l’opportunité qui s’est ouverte de comprendre ce qui change dans nos fonctionnements sociaux en temps de crise, une première équipe de chercheurs en sociologie et en sciences sociales s’est déjà mobilisée afin de concevoir, réaliser et diffuser la première vague de cette enquête longitudinale originale. Celle-ci, appuyée sur un questionnaire diffusé en ligne pendant le confinement a recueilli plus de 16 000 réponses. L’objectif du projet VICO est d’y ajouter : 1. une vague supplémentaire d’enquête par entretiens, indispensables pour accéder aux expériences subjectives, aux représentations et aux transformations des valeurs des enquêté.es ; et 2. une seconde vague d’enquête par questionnaires 12 mois après la première, soit un an après le confinement, pour mesurer la pérennité des dynamiques sociales observées pendant cette crise exceptionnelle. L’objectif général du projet est d’inscrire l’analyse des conséquences sociales de la crise sanitaire dans une durée permettant de savoir si les changements sont ponctuels ou durables. Les moyens financiers, matériels et humains demandés dans cette candidature devront permettre la réalisation des analyses des données de la première vague de l’enquête, et la mise en œuvre des enquêtes quantitatives et qualitatives des deux vagues suivantes ainsi envisagées.

Le COVID-19 est devenu un problème majeur de santé publique aux conséquences sociétales et économiques désastreuses. Le virus responsable, le SARS-CoV-2, appartient à la famille des Bétacoronavirus aux côtés des virus SARS-Cov and MERS-Cov et il est associé à l’expression d’un syndrôme respiratoire allant jusqu’au développement de pneumonies parfois létales. La connaissance des cellules cibles et des réponses cellulaires précoces sont des éléments essentiels à la compréhension de la physiopathogénie virale. Les SARS-CoV and MERS-CoV interagissent avec plusieurs types de récepteurs et co-récepteurs. Ils présentent des tropismes cellulaires incomplètement caractérisés, dont des cellules épithéliales et des cellules dendritiques et des macrophage qui lient immunité innée et adaptative. Ces tropismes ont été déduits d’autopsies (donc tard dans l’infection), de cultures de lignées cellulaires et de fragments de poumon, qui ne reproduisent pas la complexité des interactions hôte-virus dans l’architecture d’un poumon complet. Dans ICARE, nous proposons d’infecter avec le SARS-CoV-2 des poumons humains entiers perfusés ex vivo (EVLP), dans un système de pré-conditionnement de poumons marginaux utilisé en transplantation. Ce modèle offre l’opportunité unique d’identifier les cellules initiales ciblées par le virus dans un modèle le plus physiologique possible. Des poumons refusés pour la transplantation seront infectés par le SARS-CoV-2 dans nos installations confinées P3+. Pour identifier les types cellulaires infectés et les réponses cellulaires précoces, nous prélèverons des biopsies à T0H et T10H post-infection que nous dissocierons par voie enzymatique et analyserons par RNA-seq sur cellules uniques (scRNA-seq). Une fraction cellulaire totale et une fraction enrichie en monocytes/macrophages et cellules dendritiques seront utilisées. Les types cellulaires seront identifiés sur la base des signatures transcriptomiques spécifiques de sous-types de cellules épithéliales, monocytes/macrophages, dendritiques et autres cellules du poumon. Les ARN viraux seront recherchés dans les différents types cellulaires identifiés. L’analyse du tropisme viral sera complétée par une détection des protéines virales en microscopie bi-photonique dans des biopsies transparisées. Enfin, les réponses innées au virus dans les différents sous-types cellulaires seront mises en évidence par l’analyse en génomique fonctionnelle des données de scRNA-seq. Au total ICARE apportera des informations de grande pertinence physiologique sur les cibles cellulaires du SARS-CoV-2 ainsi que sur les réponses cellulaires précoces à l’infection. Ce modèle d’infection de poumon total perfusé pourrait être étendu à d’autres Bétacoronavirus et à autres pathogènes respiratoires. La connaissance des types cellulaires infectés et de leur importance relative sera précieuse pour guider des stratégies prophylactiques et thérapeutiques visant à bloquer l’entrée virale. Enfin la réponse précoce pourrait révéler des mécanismes d’échappement viral dans des types cellulaires particuliers ainsi que des mécanismes impliqués dans la sévérité de l’expression clinique qui pourraient être visés par des stratégies thérapeutiques adaptées.

Le SARS-CoV-2 a récemment émergé comme pathogène humain dans la province chinoise du Hubei, provoquant de graves maladies respiratoires et une pneumonie. Selon l'Organisation mondiale de la santé (OMS) le 17 mars 2020, il y a eu plus de 180 000 cas dans le monde, entraînant au moins 7 500 décès. Le développement d'un vaccin prendra au moins un / deux an (s) et la production d'un nombre suffisant de doses vaccinales pour protéger la population mondiale représentera un grand défi industriel. Il est donc urgent de mettre au point des antiviraux ciblant le SRAS-CoV-2 et les virus apparentés. L'objectif du projet est de produire des nanoligands (nanobody/VHH ainsi que des protéines artificielles hautement stables appelées aREP) ciblant le spicule viral S, capables de neutraliser le SRAS-CoV-2 in vitro et de protéger contre une infection dans un modèle d'infection animale. Dans ce but, nous ciblerons spécifiquement son domaine de liaison au récepteur (RBD) qui est connu pour induire des anticorps neutralisants à titre élevé pour d'autres coronavirus et se conformer indépendamment des autres domaines du spicule S. Des VHH neutralisants seront générés après immunisation d’alpagas avec le RBD du SARS-CoV-2 et des aREP neutralisants seront isolés à partir de plusieurs bibliothèques indépendantes. Ensuite, les propriétés biologiques des VHH et des aREP seront caractérisées (activité de neutralisation, affinité de liaison au spicule S (hautement glycosylé), thermo-stabilité, résistance à la trypsine et aux autres protéases présentes dans le poumon) et optimisées en séquence (humanisation de la séquence VHH , construction de VHH-Fc et aREP-Fc pour les fonctionnaliser pour le système immunitaire,…). Plusieurs de ces molécules seront sélectionnés pour analyser leur efficacité prophylactique et thérapeutique (administrées par la voie intranasale et/ou parentérale) dans un modèle d'infection de souris transgéniques. Ainsi, nous pensons que l’obtention de ces ligands ciblant le RBS du spicule permette l'obtention d'antiviraux ou servir de base à l’identification de nouveaux antiviraux capables d'inhiber ou de bloquer la multiplication du SRAS-CoV2 dans le poumon.

La présente proposition de recherche s'inscrit dans le champ de l'éthique, comprise comme réflexion transversale et interdisciplinaire visant à clarifier les « motifs moraux » de nos actions (valeurs, normes, finalités, conséquences). La particularité de notre démarche est d'inscrire cette réflexion au plus proche des terrains et des pratiques, et de mobiliser des savoirs académiques pluriels (philosophie, épistémologie, éthique médicale, sociologie). Toute crise majeure, soit-elle sanitaire, est un accélérateur et un révélateur de dilemme éthique et un exercice grandeur nature de hiérarchisation de valeurs. Au cœur des crises, l'éthique se fabrique précisément parce que ces celles-ci révèlent la fragilité et la précarité de nos structures mentales et pratiques, à toutes les échelles – personnelle, familiale, sociale, mondiale. Nous partons du constat qu'un engagement analytique et critique vis-à-vis de l'épidémie actuelle COVID-19 est indispensable pour mieux en comprendre les dimensions éthiques et ainsi renforcer nos capacités d'anticipation et la pertinence des interventions. L'objectif est d'obtenir des résultats concrets pour renforcer notre cadre d'analyse des enjeux éthiques dans l'anticipation et la gestion des situations pandémiques, informé des crises précédentes et immergés dans celle du COVID-19. Nous organiserons notre travail autour de quatre axes thématiques : suivi, retour et analyse d'expériences de terrain ; construire l'éthique en temps de crise ; crise sanitaire et éthique de l'anticipation ; éthique de la fiabilité scientifique. La recherche s'appuiera sur les données recueillies par l'Observatoire COVID-19, éthique et société, afin de procéder à un suivi et à une analyse des enjeux, à l’identification de points de vigilance à approfondir d’un point de vue éthique, à émettre des propositions dans le cadre des réseaux qui se sont constitués.

Nous proposons de cloner l'ensemble des protéines codées par le pathogène CoViD-19 (jusqu'à 27 identifiées jusqu'à présent) et d'utiliser leur forme complète ainsi que leurs domaines pertinents respectifs dans notre pipeline accéléré pour la génomique structurelle. Ce pipeline, conçu autour de l'expression de cristaux de protéines in-vivo dans des cellules de mammifères, permet d'accélérer la cristallisation de protéines, tout en restant dans un système confiné. Suite à ces expressions, les structures seront déterminées sur synchrotron par cristallisation sériée et serviront éventuellement de cible pour des études de conception de médicaments basées sur la structure. Ces progrès devraient permettre de mieux comprendre le virus et sa pathogénicité, et de lancer la mise au point de médicaments antiviraux à base de CoViD-19. Les trois partenaires, le laboratoire de virologie de l'INRAe, SANOFI et le synchrotron SOLEIL travailleront en complète complémentarité.

Dans les 10 prochaines années, l’IoT défini par logiciel (Software-Defined IoT, SD-IoT) devrait évoluer en permettant une programmation flexible des dispositifs IoT. Dans ce paradigme, une partie de la logique (e.g. le pré-traitement des données) sera transférée sur demande du cloud vers le dispositif pour des raisons de confidentialité. S’appuyant particulièrement sur des appareils à faible puissance, le SD-IoT va dans le futur contrôler et finement surveiller tout ce qui se passe au sein du monde physique. Dans ce contexte, permettre la protection des données dès la conception (privacy-by-design) pour l’IoT devient une tâche cruciale. En particulier, la situation actuelle où les différentes parties du code et des données (e.g. une couche réseau d’un tiers, données de chiffrement ou données personnelles) d’un objet contraint partagent toutes le même espace d’adressage doit évoluer pour prendre en compte la protection de la vie privée et nécessite des nouveaux outils et plateformes. Le projet TinyPART s’appuyera sur le SD-IoT et réalisera une plateforme profondément intégrée conçue pour les dispositifs à faible puissance, architecturée pour la protection des données dès la conception et la cybersécurité. Les caractéristiques principales de la plateforme TinyPART incluent des mécanismes d’isolation mémoire, de conteneurisation de code, souvent appelé micro-conteneurs, ainsi que des algorithmes de chiffrement légers et de micro protection des données, soit une boîte à outils permettant la protection des données IoT. La plateforme est adaptée aux applications où des fragments de code d’un tiers (ou possiblement des scripts interprétés comme Python) peuvent être mises à jour sur les dispositifs IoT qui les hébergent et qui accèdent, pré-traitent et partagent des données locales protégées. Les logiciels actuels qui tournent sur des dispositifs à faible puissance sont portant typiquement monolithiques et maintenus par un seul tiers, ce qui n’est pas satisfaisant. TinyPART rassemble des expertises complémentaires de partenaires français et allemands forts de plusieurs collaborations conjointes antérieures (la communauté open source RIOT, le PIP User Club, projet Celtic-Plus ODSI, BMBF SecureFOG et PROPHYLAXE…). Leur expertise s’étend de la vérification formelle et le co-design de logiciel, à la conception de systèmes d’exploitation pour systèmes embarqués, à la fourniture et le management de services à distance, et à la conception d’algorithmes de protection de données, en particulier de confidentialité différentielle et de cryptographie légère pour l’IoT. Au sein de leurs domaines, tous les partenaires ont déjà eu un impact significatif dans le développement de dispositifs IoT à faible puissance. TinyPART, basé sur RIOT/PIP, peut espérer un impact socio-économique très important dans le futur, du même ordre que Linux par exemple, avec des modèles économiques indirects basés sur la plateforme de logiciel intégré gratuite et transparente (open source) offerte par RIOT.

La mission du projet CRYPTECS est de rendre les technologies de traitement des données préservant la vie privée (privacy-preserving computing PPC) immédiatement utilisables dans des contextes industriels, en profitant de l'expertise d'un fort consortium transnational franco-allemand. Notre innovation principale sera une plate-forme open-source permettant l'adoption des technologies PPC en offrant un large spectre de techniques PPC prêtes à l'emploi (Secure Multiparty Computation, Homomorphic Encryption, Trusted Execution Environments, et les méthodes de Statistical Disclosure Control, telles que la Differential Privacy) sous la forme de services modulables et à usage multiple. La solution CRYPTECS implémentera des techniques performantes avec des guaranties de sécurité et de respect de la vie privée compréhensibles et prouvées . Les challenges scientifiques importants adressés par le projet CRYPTECS sont l'élimination des défauts de chaque technique PPC prise individuellement, comme la performance pour le MPC ou l'utilité limitée pour la DP, l'élimination des barrières à l'intégration de ces techniques PPC dans des services de traitement de données sécurisés et préservant la vie privée, et la fusion de ces techniques PPC avec des technologies cloud natives afin de répondre aux pré-requis pour une mise en production dans un contexte industriel, comme le passage à l'échelle par exemple. Le consortium CRYPTECS, formé d'instituts scientifiques de renom, d'entreprises multi-nationales, et de petites entreprises innovantes de France et d'Allemagne couvre l'expertise pour les plus importantes techniques PPC à date et permet de relever les challenges tout le long de la chaîne d'innovation, de la recherche et l'implémentation industrielle aux tests terrain avec des clients réels dans les domaines de l'IoT et de l'automobile. Cette expertise élargie nous permet de non seulement recherche les meilleures techniques individuelles prises une à une, mais aussi leurs interactions à tous les niveaux pertinents. Cette approche intégrée requiert une coopération intense, soutenue par des rencontres physiques et des échanges réguliers de chercheurs entre les partenaires de France et d'Allemagne. Nous pressentons que CRYPTECS aura un impact durable sur le développement et le déploiement des technologies PPC en Europe de façon à ce que la protection de la vie privée soit une valeur ajoutée plutôt qu'un obstacle pour les nouvelles applications innovantes. Pour les entreprises européennes, ce projet est une opportunité pour améliorer leurs services et de conquérir des nouvelles parts de marché dans le respect de la vie privée des utilisateurs en accord avec la RGPD. En rendant les techniques PPC adaptées à un usage industriel à grande échelle, CRYPTECS aidera à construire un futur où des utilisateurs connectés pourront partager leurs données personnelles pour un traitement par des entreprises qui auront gagné leur confiance grâce à l'utilisation des meilleures technologies pour la protection de leur vie privée. Les préoccupations des utilisateurs au sujet des nouvelles technologies comme la voiture autonome, l'industrie 4.0, et le Big Data, et leurs conséquences en termes de vie privée pourront être soulagées et leur développement pourra être une réussite européenne. De manière évidente, cela aura un impact bénéfique sur la vie des citoyens européens et des sociétés en général.

Les partenaires de NextSim, en tant qu'acteurs européens fondamentaux de l'aéronautique et de la simulation, reconnaissent qu'il est nécessaire d'augmenter les capacités des outils actuels de dynamique des fluides computationnelle pour la conception aéronautique en les repensant pour des plates-formes de calcul parallèle à échelle extrême. L'épine dorsale de NextSim est centrée sur le fait qu'aujourd'hui, les capacités des architectures HPC émergentes ne sont pas pleinement exploitées par les outils de simulation industriels. Les solveurs industriels de pointe actuels ne tirent pas suffisamment parti des immenses capacités des nouvelles architectures matérielles, telles que les processeurs de streaming ou les plates-formes à plusieurs cœurs. Un effort de recherche axé sur les algorithmes et le HPC est le seul moyen de permettre le développement et le progrès des outils de simulation pour répondre aux besoins de l'industrie aéronautique européenne. NextSim se concentrera sur le développement du code CFD de nouvelle génération CODA (volumes finis et schémas de Galerkin discontinus d'ordre élevé), qui sera le nouveau solveur de référence pour les applications aérodynamiques au sein du groupe AIRBUS, ayant un impact significatif sur le marché aéronautique. Pour démontrer l'impact de NextSim sur le marché, AIRBUS a défini une série de problèmes pertinents pour l’évaluation des développements réalisés dans NexSim. Le programme de travail de NextSim intègre trois axes de recherche: Efficacité algorithme pour les systèmes itératifs associés aux problèmes de la CFD, algorithmes de gestion des données et mise en œuvre efficace de ces algorithmes dans les plates-formes HPC les plus avancées. Enfin, NextSim donnera accès aux résultats du projet via le concept de «mini-applications», de petits logiciels, recherchant des synergies avec des composants open source, qui démontrent l'utilisation des nouvelles méthodes mathématiques et algorithmes développés dans CODA mais qui seront distribués gratuitement à la communauté scientifique.

Modeling nonlinear constraints by polynomial equations and inequalities raises fundamental theoretical issues, many of which have been answered by algebraic geometry. As of applications, nonlinearity is also a formidable computational challenge. What is the probability that a given spacecraft collides with a debris? How many smooth rational curves of degree 4 lie on a given quartic surface? These are questions with an underlying algebraic model and longing for computational answers. Based on recent proof-of-concept works, I propose new foundational methods in numerical nonlinear algebra, motivated by the need for reliability and applicability. The joint development of theoretical aspects, algorithms and software implementations will turn these proof-of-concepts into breakthroughs. Concretely, I will develop a theory of transcendental continuation for the numerical computation of a wide range of multiple integrals, based on a striking combination of algebraic geometry, symbolic algorithms and numerical ODE solvers. This would enable the computation of many integrals (e.g. volume of semialgebraic sets, or periods of complex varieties) with rigorous error bounds and high precision, more than thousands of digits. Building upon transcendental continuation, I propose to design algorithms to compute certain algebraic invariants of complex varieties related to algebraic cycles and Hodge classes, far beyond the current reach of symbolic methods. This surprising application is backed by a recent success on Picard group computation. Applications include algebraic geometry, with the development of computational tools to experiment on concrete examples and build databases that document the largest possible range of behavior. Besides, the computation of multiple integrals with rigorous error bounds applies and science and engineering, in areas where trusting the result is more important than performance, such as spacecraft collision probability estimation.

Les récentes études de séquençage à haut débit ont mis en évidence des mutations des gènes codant pour les sous-unités du complexe de remodelage de la chromatine SWI/SNF (Switch / Sucrose Non-Fermentable) dans 20% des tumeurs solides. La majorité de ces tumeurs résiste actuellement aux traitements anticancéreux. Afin d’adresser ce besoin médical urgent et non couvert, il est essentiel d’identifier et comprendre les vulnérabilités génétiques conférées par la perte de SWI/SNF, dans le but de développer de nouvelles stratégies thérapeutiques pour les cancers déficients en SWI/SNF. Les récentes données de la littérature suggèrent que SWI/SNF joue un rôle dans la réparation de l’ADN et l’immunité anti-tumorale. Je propose ainsi : (i) d’identifier et comprendre les relations de létalité synthétique (ou vulnérabilités génétiques) associées à la perte de SWI/SNF ; et (ii) d’étudier comment celles-ci peuvent être exploitées pour stimuler la réponse immunitaire anti-tumorale, afin de développer de nouvelles approches thérapeutiques ciblées de médecine de précision en immuno-oncologie, que j’évaluerai ensuite au cours d’un protocole clinique « preuve-de-concept ». Des approches complémentaires « génératrices d’hypothèses » et basées sur nos données préliminaires seront utilisées en parallèle pour identifier et comprendre au plan mécanistique les vulnérabilités génétiques associées aux défauts de SWI/SNF. Pour cela, j’utiliserai des modèles isogéniques et non-isogéniques développés au laboratoire, ainsi que des échantillons tumoraux. Des études utilisant la biologie moléculaire, l’imagerie à haut-débit, et des expériences in vivo sur des xénogreffes ou modèles syngéniques, seront réalisées pour étudier l’effet des molécules identifiées comme étant synthétiques létales avec les défauts de SWI/SNF, à la fois sur la signalisation intra-cellulaire et sur l’immunité anti-tumorale. J’associerai également des approches de criblage à haut-débit et de protéomique pour caractériser précisément la stoechiométrie et l’interactome de SWI/SNF. L’impact des défauts de SWI/SNF sur l’hétérogénéité tumorale sera également exploré. Les résultats de nos travaux au laboratoire seront intégrés avec des données cliniques. Mon programme permettra ainsi l’identification, la compréhension mécanistique et l’évaluation clinique de nouvelles stratégies thérapeutiques ciblées d’immuno-oncologie pour les tumeurs déficientes en SWI/SNF.

Pendant la plus grande partie du XXe siècle s'est affirmé un mouvement dynamique en faveur de la démocratie industrielle, notion recouvrant un large éventail de significations, de la démocratie interne aux syndicats à la co-détermination (dans l'atelier, l'entreprise, l'industrie, l'économie nationale), en passant par la négociation collective. Dès l'origine, dans la plupart des pays européens, les syndicats ont joué un rôle majeur dans la promotion théorique et la gestion concrète de la démocratie sur le lieu de travail. Aujourd'hui, cependant, les choses apparaissent différentes. Si des exemples de démocratie dans l'entreprise existent, les formes d'organisation hiérarchiques dominent et la démocratie organisationnelle ne suscite peu d'écho dans les médias et le débat public. Le déclin de la notion est en partie lié à celui du syndicalisme et aux transformations de la production, mais aussi à l'hégémonie, depuis des décennies, d'une conception libérale (par opposition à sociale) de la démocratie politique, laquelle suppose une séparation stricte entre les sphères politique et économique. Ces dernières années, des signes indiquent toutefois un regain d'intérêt. Des publications universitaires fleurissent à nouveau, dans des disciplines diverses : théorie politique, sciences sociales et politiques, histoire, théorie juridique, économie, gestion et psychologie du travail. Une nouvelle directive européenne "relative à l'établissement du principe de la démocratie au travail, dans le capital et dans tous les domaines de la vie économique" vient d'être rédigée, et l'Institut syndical européen promeut activement l'idée auprès de ses partenaires nationaux. Dans ce projet, nous souhaitons enquêter sur l'histoire de cette notion, avec ses hauts et ses bas, au prisme de l'histoire conceptuelle et de l'histoire sociale, en explorant la manière dont elle a été façonnée par les discours académiques et non académiques, par les pratiques et les luttes sociales, en nous concentrant sur deux acteurs institutionnels principaux - le monde universitaire et les syndicats - et en étudiant leurs interactions, leurs influences mutuelles et leurs trajectoires. Cette approche est justifiée par la nature de notre objet. Premièrement, bien que l'importance des universitaires dans la théorisation de la Workplace democracy soit peu contestable, le rôle spécifique joué par les différentes disciplines est largement sous-étudié (manque de communication entre champs disciplinaires, grande variabilité de l'objet). Deuxièmement, les syndicats ont joué un rôle majeur, mais historiquement variable, dans les luttes en faveur de la démocratie au travail. Dans le même temps, à côté du monde universitaire, ils ont, avec leurs institutions de recherche, été le plus important producteur de connaissances dans ce domaine. Troisièmement, syndicats et monde universitaire ont constamment interagi, s'influençant mutuellement de multiples façons qui n'ont guère été étudiées.

A travers le monde nous vivons de plus en plus vieux. Aujourd'hui la plus part des hommes peuvent espérer vivre au moins 60 ans. Une société vieillissante pose cependant des problèmes socio-économiques, en particulier pour les systèmes de santé. Le Japon (#1), la France (#3) et l'Allemagne (#4) appartiennent au top cinq des pays qui ont les plus grosses dépendences économiques en pourcentage de population de plus de 65 ans. Les pathologies qui touchent particulièrement les personnes agées sont la dépression et la démence. A ce jour, dans le monde, environ 50 millions de personnes souffrent de démence et il y a environ 10 millions de nouveaux cas chaque année. Selon WHO il y a à l'échelle mondiale un nouveau cas de démence toutes les 3 secondes. Maitriser les défis associés au vieillissement des populations en général, et ceux en particulier liés aux pathologies mentales est de fait d'intérêt capital, en particulier pour les trois pays impliqués dans ce projet: le Japon, la France et l'Allemagne. Ainsi, l'objectif de ce projet est d'exploiter les capacités de l'intelligence artificielle (IA) pour favoriser un vieillissement sain. Pour ce faire nous développerons à l'aide d'apprentissage statistique des biomarqueurs objectifs permettant le suivi d'efforts cognitifs et la mise en place de thérapies personnalisées. Nous développerons des nouveaux modèles d'apprentissage statistique et les adapterons aux applications en neuroscience. Nous mettrons nos méthodes en accès libre dans des logiciels open-source de référence, en nous intéressant particulièrement aux problèmes d'apprentissage non-supervisé, d'augmentation de données, d'adaptation de domaine et d'interprétabilité des modèles. Nos objectifs scientifiques principaux sont d'optimiser la prédiction de l'état mental d'un individu, d'identifier des biomarqueurs des risques de déclin cognitif et des différents types de démence, et ainsi que d'améliorer les méthodes d'entrainement cognitif facilitées par l'IA. Ces efforts joints entre le Japon, la France et l'Allemagne seront accompagnés de réflexions sur l'éthique et les impacts sociétaux liés à l'utilisation de l'IA ainsi que d'activités communautaires transnationales facilitant le dialogue entre la communauté scientifique et le grand public.

Le concept clé de PANORAMA est «l'IA adaptative dans le contexte de l'interaction humain-machine». Nous mènerons des recherches sur l’adaptabilité de l’IA à l’utilisateur. Lorsque les gens discutent entre eux, ils modifient leurs comportements de communication verbale et non verbale en fonction de ceux de leur partenaire. L’adaptation à l’utilisateur est donc un élément essentiel de l’amélioration de l’interaction humain-agent. Le style de communication est également différent en fonction de la culture. PANORAMA apportera des solutions à ces problèmes grâce à l’apprentissage automatique. L’annotation manuelle des comportements non verbaux des utilisateurs est très coûteuse en temps. Nous exploiterons l'Intelligence Artificielle Explicable (XAI), grâce à laquelle les étiquettes seront prédites par le système puis seront adaptées en fonction de l'interaction avec l'utilisateur en tant qu'annotateur. Ainsi, l'IA explicable et adaptable à l'utilisateur permettra d'aider les utilisateurs à créer un corpus multimodal et à améliorer l'interaction humain-agent. PANORAMA appliquera ces solutions à un cas d’utilisation très pertinent pour l’IA: la eSanté et le coaching personnalisé. Nous nous inspirerons des théories issues de la Psychologie pour concevoir un coaching personnalisé pour l’activité physique adapté à la personnalité et à la culture de l’utilisateur. PANORAMA vise à atteindre les objectifs de recherche suivants. (1) outil d'annotation multimodal adaptatif basé sur la technique XAI, (2) exploiter cet outil pour collecter des corpus multimodaux annotés dans trois pays (France, Allemagne, Japon), (3) modèles et méthodes de développement d'agents conversationnels avec adaptation à plusieurs niveaux, (4) techniques d'apprentissage multitâches et de transfert pour apprendre des modèles utilisant les corpus multiculturels obtenus et adapter l'agent à chaque culture, et (5) proposer la base de conception de systèmes d'adaptation de l'IA fondés sur des théories psychologiques et des évaluations. Pour atteindre ces objectifs de recherche, le projet PANORAMA se focalisera sur les objectifs scientifiques suivants: - jeter les bases de la création et de l'apprentissage de corpus interculturels - fournir des méthodes pour créer une adaptabilité personnelle et culturelle dans les agents conversationnels animés - fournir des méthodes permettant d’adapter le comportement de l’agent au contexte de l’interaction - fournir les théories psychologiques des différences interindividuelles comme base pour la conception et l'évaluation d'agents adaptatifs pour l'utilisateur (personnalité et culture) Les objectifs techniques de travail sont: - réduire les efforts requis pour la collecte et l'annotation de données en tirant parti d'un apprentissage machine coopératif; apprentissage (à travers les cultures) contrairement aux travaux antérieurs, pas seulement la langue, mais aussi des signaux non verbaux ; augmentation de données - modèles d'interaction adaptative à l’utilisateur PANORAMA contribuera à la recherche sur le développement de systèmes autonomes permettant des interactions adaptatives de haut niveau avec les utilisateurs en se concentrant sur le traitement multimodal. Il contribuera à l'IA centrée sur l'humain avec une approche utilisateur pour la conception d'un outil d'annotation semi-automatique et le développement d'agents conversationnels adaptatifs, culturels et personnels. Le cas d’utilisation de PANORAMA aidera à comprendre comment articuler une intelligence artificielle avec les utilisateurs pour les motiver efficacement à adopter un mode de vie sain à long terme. Les études interculturelles comme celles menées dans PANORAMA aideront à comprendre les différences entre les cultures en termes d’approche en matière de comportements sains et d’interactions avec les systèmes d’IA.

PEPITE est le fruit d’une collaboration entre l’UMR1197 et la PME Organotechnie. Son objectif est d’ouvrir un marché à forte valeur ajoutée pour les peptones d’Organotechnie en les intégrant à la production des cellules souches et de leurs produits de sécrétion, les vésicules extracellulaires (VE) en thérapie tissulaire, domaine d’innovation de l’UMR1197. Cette approche synergique apportera une innovation de rupture pour améliorer la sécurité et l’efficacité thérapeutique de ces produits. PEPITE sélectionnera les peptones les plus performantes en s’appuyant sur un partenariat effectif et multidisciplinaire : 1) L’UMR1197 gère des essais cliniques utilisant des cellules souches et maitrise les contraintes techniques et réglementaires liées. En plus de son unité de production GMP, elle dispose de locaux pré-GMP pour valider les étapes requises pour la production clinique. 2) Organotechnie développe et fabrique des peptones utilisées dans le diagnostic, la culture cellulaire et la fermentation. Elle fabrique déjà des produits de grade clinique destinés à la pharmacologie et maitrise les contraintes associées. Les peptones sont des mélanges hydrosolubles de polypeptides et d’acides aminés formés par l'hydrolyse partielle de matières premières riches en protéines, végétales pour ce projet. Elles sont des additifs efficaces à la culture cellulaire, mais elles ne sont pas validées pour la production de cellules souches et leurs dérivés en thérapie tissulaire. La thérapie tissulaire utilisant les cellules souches mésenchymateuses (CSM) est en plein essor. Les procédés d’isolement et d’amplification des CSM doivent être efficaces, reproductibles et sûrs, mais les additifs utilisés actuellement pour leur culture sont d’origine animale (sérum de veau fœtal (SVF)) ou humaine (lysat plaquettaire humain (hLP)) et présentent des verrous majeurs : une variabilité inter lots, une composition non définie et pour le hLP, des coûts de production élevés et un approvisionnement difficile. Les peptones végétales sont une alternative très prometteuse au SVF et au hLP pour préparer les produits de thérapie tissulaire. Par ailleurs, les CSM thérapeutiques présentent des risques potentiels liés à leur dissémination hors du site d’injection ou à l’apparition de mutations géniques éventuellement dangereuses à long terme. Leur stockage et acheminement au lit du patient sont aussi des contraintes. Toutefois, l’effet thérapeutique des CSM repose sur leur action trophique, les remplacer par les produits qu’elles sécrètent est envisagé par de nombreux spécialistes. Les VE sécrétées par les CSM présentent une efficacité analogue à celle des CSM sources, mais sont dépourvues d’ADN génomique, ne sont pas (ou peu) immunogènes et sont faciles à stocker et à transporter. Le SVF et le hLP contiennent de grandes quantités de VE qu’il est nécessaire d’éliminer avant la production de VE de CSM. Les peptones, dépourvues de VE, faciliteront beaucoup la production et la purification de VE de CSM tout en réduisant les coûts. Enfin, nous fractionnerons les peptones pour analyser l’efficacité des différentes fractions et mieux définir leur composition peptidique. Les sous-fractions les plus actives constitueront des nouveaux produits à forte valeur ajoutée. Cette caractérisation biochimique et fonctionnelle des peptones apportera une meilleure compréhension de leurs mécanismes d’action. Notre projet a pour ambition, grâce aux peptones PEPITE : -1) d’améliorer la sécurité et l’efficacité de la production des CSM thérapeutiques, -2) de permettre la production industrielle des VE pour la thérapie tissulaire, à des coûts beaucoup plus accessibles pour l’économie de la santé. Il valorisera l’écosystème scientifique relatif aux CSM et VE dans lequel l’UMR1197 évolue, avec Organotechnie comme partenaire industriel et commercial. Il sera aussi un tremplin pour la mise en place des conditions GMP nécessaires au développement de produits à base de VE et destinés à la clinique.

Le projet AI4LEA vise à fournir une autonomie technologique aux forces de sécurité intérieures (LEAs) pour prévenir et combattre la criminalité et le terrorisme. Le projet créera une communauté durable pour une collaboration efficace entre LEAs et le secteur industriel de la R&D. Au sein de cette communauté, AI4LEA explorera l'utilisation de différents outils et techniques afin de définir, développer, partager et faire évoluer des solutions technologiques open source basées sur l'intelligence artificielle (IA) pour les LEAs. AI4LEA propose une stratégie de co-développement basée sur une collaboration directe et régulière entre toutes les parties prenantes. Cela comprend des cycles de développement courts et des «hackathons» en face à face tous les 6 mois. Après chaque hackathon, les LEAs seront en mesure de déployer et de tester les outils dans leurs propres locaux et avec leurs propres données, tout en fournissant des commentaires à l'ensemble de la communauté. Le projet élargira le projet H2020 initial ASGARD en recrutant de nouveaux États membres (essentiellement de nouveaux LEAs), en abordant de nouveaux cas d'usage organisés en domaines opérationnels (cybercriminalité, sécurité des frontières,…) et en diffusant les résultats par le biais d'agences européennes telles que EUROPOL. La définition et la conception des solutions basées sur l'IA reposeront sur (1) la criminalistique, le renseignement et l’anticipation, (2) les cas d'usage et les scénarios dictés par les besoins des utilisateurs finaux, (3) les technologies d'architecture orientée services (SoA) et des défis réalistes, et (4) les aspects sociaux, éthiques, juridiques et de confidentialité (SELP). AI4LEA développera des ensembles d'outils interopérables et faciles à utiliser en complément des systèmes actuels des LEAs. Le projet mettra un accent particulier sur les percées technologiques en explorant l'utilisation de l'IA pour la sécurité au niveau et au-delà de l'état de l'art. Des solutions innovantes aideront les LEAs à enquêter sur les formes traditionnelles de criminalité où le contenu numérique joue un rôle clé et sur les cyber-menaces. AI4LEA effectuera des recherches sur les capacités et les failles des systèmes d'IA pour empêcher leur utilisation malveillante. En ce qui concerne la dimension SELP et la vie privée, le projet sera pleinement conforme au nouveau cadre législatif résultant de la directive européenne RGPD. À la fin du projet, AI4LEA étendra une communauté d’intérêt active et durable à l'échelle de l'UE avec un modèle de collaboration efficace et avec des outils disponibles et évalués et une infrastructure collaborative permettant le partage des connaissances tout en protégeant les données sensibles et souveraines. L’impact principal du projet sera d’améliorer l’autonomie, l’efficacité et les capacités des LEAs en matière de criminalistique, de renseignement et d’anticipation en fournissant un ensemble d’outils et d’applications facilement configurables et déployables. Les outils proposés seront priorisés par les LEAs. Chaque outil sera conçu et développé pour s'attaquer à un cas d’usage ou type d’enquête spécifique. AI4LEA améliorera également les capacités des LEA en matière de connaissances, d'échange de données et de collaborations transfrontalières. AI4LEA implémente un développement continu « agile » et moderne ainsi que des méthodologies d'intégration et des cycles de développement courts. Ce processus garantit aux LEAs associés un accès rapide et régulier aux résultats du projet afin qu'ils fournissent des avis rapides pour éventuellement redéfinir les priorités du plan de travail. Le projet adopte une politique de gestion et de coordination rationalisée avec peu de partenaires par tâche et peu de tâches par partenaire. Un mécanisme efficace de gouvernance et de prise de décision est mis en place pour simplifier la gestion et la coordination et pour faciliter une résolution rapide et adaptée des problèmes ou des conflits.

À l’échelle mondiale, la demande en protéines alimentaires augmente mécaniquement du fait de l'augmentation de la population, on estime qu’elle doublera d’ici 2050. Les sources animales contribuent actuellement à une part importante des protéines que les populations des pays riches consomment, mais ce modèle de système alimentaire ne peut être étendu à l’ensemble de la population mondiale. En effet, la production de ces protéines animales est très consommatrice de ressources non renouvelables (combustibles fossiles et eau) et fortement émettrice de gaz à effet de serre. De surcroît la consommation excessive de produits carnés est reconnue comme un facteur majeur du développement de l'obésité et de son corollaire morbide de maladies métaboliques chroniques (maladies cardiovasculaires, diabète, cancers). Ainsi l’augmentation de la demande mondiale en protéines alimentaire ne peut pas être satisfaite de manière durable sans ré-équilibrer les consommations de sources animales et végétales. Or ces changements sont mal acceptés et cela constitue un frein à l'évolution urgente et nécessaire de nos régimes vers des diètes plus végétales et plus durables. Afin de contribuer à la conception et à la mise en œuvre de politiques publiques pour une alimentation durable ainsi qu’à la stimulation d’innovations agroalimentaires soutenables et vertueuses, les nouvelles générations de scientifiques, qu'elles se destinent à évoluer dans le domaine académique ou dans le secteur industriel, doivent être sensibilisées à ces enjeux de l’alimentation de demain. Elles doivent aussi disposer de capacités d'analyse et de compréhension des déterminants et des leviers de l’acceptabilité des changement de comportement alimentaire ainsi que des conséquences de ces derniers sur la santé humaine. Or les méthodes actuelles d’analyse des comportements alimentaires sont parfois limitées face à la très haute complexité des comportements alimentaires Humains. L'objectif du projet SWAPS (Swaps With Alternative Protein Sources - Determinants and predictive models of the acceptability of protein sources) sera de former cette nouvelle génération de scientifiques capable de traiter ces problématiques complexes et interdisciplinaires. La proposition de projet SWAPS, déposée en vue de la constitution d’un consortium de type « European Joint Doctorate (EJD)» dans le cadre de l’appel à proposition MSCA-ITN-2021 du programme Cadre Horizon Europe, proposera un programme de formation par la recherche (programmes doctoraux) portant sur (1) la compréhension des facteurs qui favorisent ou limitent l'acceptabilité des changements de sources de protéines (2) la mise en place de modèles prédictifs de l'acceptabilité en conditions réelles et (3) l'évaluation des conséquences à long terme de telles substitutions sur la santé humaine. SWAPS intégrera, tout au long de ces programmes doctoraux, des séminaires d’enseignement thématiques portant sur les enjeux nutritionnels à venir. Les comportements alimentaires humains étant un système complexe, une des originalités forte de ce projet est qu’il propose de croiser des approches de nutrition avec des méthodes d’analyse et de modélisation des systèmes complexes issues de l’informatique et des neurosciences computationnelles. La consolidation de ce réseau international et interdisciplinaire permettra de maximiser les chances de succès de la proposition SWAPS lors de son évaluation par la commission européenne. Le soutien de l’Agence Nationale de la Recherche via l’aide au « Montage de Réseaux Scientifiques Européens ou Internationaux » sera mis a profit autour de deux activités principales, l’animation scientifique du réseau (journées d’études thématiques multipartites et réunions bilatérales de travail entre partenaires) afin de renforcer le consortium, ainsi que la préparation et la rédaction de la proposition (réunions du consortium, sessions de rédaction et de relecture, prestations extérieures de relecture de la proposition).

Le projet CrimScapes explore l'expansion de l'application du droit pénal, des mesures de prévention et de contrôle de la criminalité et des imaginaires de la (il)légalité comme étant à la fois des réponses et à l'origine des politiques basées sur la menace et l'insécurité qui augmentent actuellement dans la région européenne. Étant données les tensions inhérentes entre les processus démocratique et une régulations légales toujours croissante, ce projet examine l'augmentation le recours grandissant aux technologies et institutions criminelles comme représentant un défit à la nature participative des sociétés démocratiques et comme possible symptômes et causes du sentiment général de turbulence qui est arrivé à dominer une grande partie de la vie politique, économique et sociale. CrimScapes cherche à saisir d'une manière analytique les motivations, les défis et les implications plus larges qui se cachent derrière la criminalisation d'une variété d'acteurs et de pratiques qui façonnent et modifient un enchevêtrement de crimscapes — des paysages de la criminalisation. Au moyen de recherches bibliographiques, d'exploration d'archives et d'entretiens, les membres du projet vont développer les généalogies de sept crimscapes européens sélectionnés préalablement (migration, travail du sexe, discours de haine, maternité de substitution, prison, usage de drogue, identités et relations LGBT). D'autres interviews, ainsi que des enquêtes ethnographiques, aideront à identifier et conceptualiser les stratégies, les relations et les dynamiques citoyennes des acteurs concernés afin de saisir comment ils négocient leur participation démocratique et libertés dans un contexte caractérisé par des mesures de contrôle et de régulations propres aux conditions de la criminalisation. Partant de ces données empiriques, les chercheurs conceptualiseront ensuite pour des publics différents les manières par lesquelles les subjectivités, les réalités vécues, les revendications citoyennes et les futurs désirés propres aux acteurs criminalisés pourraient être mieux pris en compte dans les processus démocratiques au travers de cette région.

Dans un contexte général où les démocraties traditionnelles ont accru les pouvoirs et les ressources allouées aux services de police afin de combattre le terrorisme et les autres menaces qu'elles ont identifiées, le projet de recherche POLACS vise à comparer les capacités d'actions dont disposent les citoyens pour responsabiliser ces services et les contrôler (organismes de surveillance indépendants, procédures de plaintes contre la police, autres). En effet, la police dispose désormais de pouvoirs supplémentaires, de nouvelles technologies et de réseaux transnationaux qui s'ajoutent aux capacités déjà étendues qu'elle détenait, lui donnant des moyens puissants pour surveiller et s'immiscer dans la vie des citoyens, quitte à mettre entre parenthèses leurs droits fondamentaux. En parallèle, il s'est avéré très difficile d'inscrire sur l'agenda politique la réforme et l'amélioration des procédures de plaintes contre la police. Aujourd'hui, avec l'omniprésence des outils d'enregistrement audiovisuels et la possibilité de diffuser instantanément sur internet les images des confrontations entre la police et le public, ce qui était un problème caché est devenu un enjeu politique important. Des chercheurs de plusieurs pays, Canada, France, Allemagne, Royaume-Uni, et Japon, sont impliqués dans le projet POLACS. Cette recherche couvrira également d'autres pays qui disposent d'organismes de contrôle des polices bien établis depuis longtemps, tels que l'Australie, les Etats-Unis, et les Pays-Bas. Compte tenu des préoccupations croissantes qu'expriment les citoyens en termes de responsabilisation des policiers, il est nécessaire de développer les connaissances empiriques sur les différents systèmes de contrôle existant dans chaque pays et de les comparer entre eux. Cela permettra d'établir des normes de "bonnes pratiques". Le projet POLACS intègre aussi une analyse des mécanismes de contrôle qui s'exercent dans le cadre des coopérations policières transnationales, comme Europol ou l'Espace Européen de Liberté, de Sécurité et de Justice (ELSJ). Beaucoup de ces réseaux de coopération internationaux échappent en effet aux contrôles parlementaires ou judiciaires nationaux et peuvent difficilement être mis en cause par les citoyens. Les chercheurs universitaires impliqués dans le projet POLACS se proposent d'examiner les mécanismes de contrôle et de responsabilisation des services en s'appuyant sur leurs savoirs théoriques mais aussi sur leurs connaissances empiriques des fonctionnements policiers, et de les confronter aux évolutions qu'ont connus ces derniers depuis les années 1990. L'approche comparative s'impose comme l'outil le plus efficace pour évaluer les atouts et les limites de chaque système de contrôle national ou infranational. Elle permet d'établir les bases indispensables à l'élaboration de normes internationales de bonnes pratiques. Les responsables politiques, les praticiens ou les acteurs mobilisés contre les abus policiers rencontrent les plus grandes difficultés pour comparer entre eux les différents systèmes : les données qualitatives ou quantitatives disponibles ne sont pas comparables entre elles. Ce n'est qu'en rassemblant à une grande échelle les données et les connaissances existantes qu'il sera possible de comparer les systèmes de contrôle de la police et d'identifier les éléments qui manquent actuellement pour que ce contrôle s'exerce de manière satisfaisante. Le projet POLACS offrira l'opportunité d'une réflexion empirique sur les outils actuels, tout en ouvrant de nouveaux champs de recherche.

Ce projet s’intéresse aux inégalités de revenu entre villes et régions de cinq pays à hauts-revenus et la manière dont ces inégalités ont changé au cours du temps. Alors que la recherche académique a mis en évidence une forte hausse des inégalités de revenu, en particulier de la part des très hauts revenus (les 1%), les problèmes sociaux, politiques et économiques associés à cette hausse sont devenus de plus en plus clairs. Or les inégalités nationales de revenus reflètent en grande partie par des inégalités à l’intérieur des pays, avec une division entre villes ‘superstar’ globalisées (Londres, New York, Paris), et villes anciennement industrielles ayant le sentiment d’être abandonnées. Les conséquences de ces divisions se manifestent par l’essor des partis politiques « populistes ». Aidé par les premiers résultats de la recherche existante, les gouvernements et organisations internationales sont devenus de plus en plus conscients des conséquences des inégalités. Or, pour guider les politiques publiques locales, il est nécessaire de disposer de données comparables documentant comment différent pays se situent en terme d’inégalités géographiques. De quelle manière les inégalités de revenus reflètent-elle les inégalités à l’intérieur des villes ou entre elles ? Quelles sont les localisations les plus favorables pour assurer l’accès physique et géographique aux opportunités économiques ? Cette étude a pour objectif d’examiner et de comparer l’évolution des inégalités géographique de la répartition des revenus depuis les années 1970 entre cinq pays à hauts revenus : le Canada, la France, l’Allemagne et le Royaume-Uni. Nous avons rassemblé une équipe internationale composée de géographes ayant l’expérience des études sur l’inégalité spatiale et ainsi que d’économistes ayant l’expérience de mesurer les inégalités de revenus. Notre premier objectif est de développer des méthodes d’analyse d’inégalités géographiques qui autorisent les comparaisons entre pays. Pour cela, nous devons nous mesurer à trois grands défis : 1) définir des zones géographiques comparables, 2) utiliser des mesurer du revenus comparables au cours du temps, 3) pouvoir ajuster les revenus au coût de la vie locale, en particulier les coûts du logement. Nous exploiterons des données fiscales nationales, des données de registre contenant les revenus des travailleurs, et des données d’enquêtes auprès des ménages. A la suite de ce travail d’harmonisation, notre second objectif est de mesurer l’importance des inégalités géographiques dans les inégalités de revenus dans nos cinq pays. Nous analyserons les points communs et les différences entre pays et rechercherons leurs origines. Notre objectif est que ce projet permette la construction d’une base de donnée globale permettant de mesurer les inégalités entre régions. Cette base permettrait de nourrir les recherches sur les origines des inégalités géographiques et comprendre les raisons de leurs différences entre pays.

Ce projet vise à développer un nouveau type de magnétomètre MEMS fondé sur la mesure de la variation de fréquence d’un micro résonateur sur lequel est déposé une couche mince de matériau ferromagnétique aimanté. Ce micro-magnétomètre vibrant, en rupture avec les technologies actuelles, permet un compromis favorable entre performances et miniaturisation/consommation. Il permettra de répondre aux nouvelles applications duales et exigeantes de magnétométrie, comme l’amélioration des centrales inertielles bas coût pour la navigation indoor et la navigation de drones ou missiles, ou la surveillance de zones par réseaux de capteurs. Un projet ASTRID mené entre l’ONERA, SYSNAV et l’IEF entre 2015 et 2018 a permis de développer les différentes briques technologiques constituant le magnétomètre, ainsi que le banc de calibration associé : - une configuration originale d’empilements de couches minces ferro/anti ferro magnétiques a été conçue, réalisée et validée expérimentalement, - un modèle complet du résonateur incluant l’effet des couches minces magnétiques a été développé (modèle analytique et simulations éléments finis) et exploité pour concevoir une configuration originale de résonateur vibrant en torsion. Plusieurs résonateurs ont été réalisés et testés dans la salle blanche de l’ONERA. - un banc de mesure automatisé de calibraiton du magnétomètre a été concu et en partie réalisé chez SYSNAV. A l’issue du projet, des premiers prototypes complets de magnétomètres ont été réalisés et les premières caractérisations effectuées. Ils sont constitués de deux résonateurs miniatures sur lesquels ont été déposés un empilement de couches minces magnétiques, ces deux résonateurs sont intégrés dans un boitier sous vide et connectés à un circuit électronique de mise en oscillation. Les mesures effectuées ont validé la faisabilité du capteur ainsi que la possibilité d’atteindre les performances spécifiées. L’objet du projet ASTRID Maturation est d’une part d’optimiser les différentes briques technologiques existantes : - optimisation de la géométrie des bandes magnétiques déposées sur le résonateur (sans changer le procédé de dépôt déjà optimal), - optimiser la configuration du résonateur, à partir des résultats de caractérisation du premier résonateur, et des outils de modélisation développés, - optimiser le packaging et la disposition des circuits électroniques afin d’aboutir à un prototype plus proche du capteur final, - finaliser la conception du banc de mesure automatisé, le réaliser et l’utiliser pour calibrer et caractériser les prototypes finaux. Ces travaux d’optimisation précéderont une phase de réalisation et caractérisation de prototypes complets de capteurs en environnement représentatif. Ce qui permettra ainsi de monter en maturité du TRL 4 obtenu à l’issue du projet ASTRID, jusqu’au TRL 6.

Les avantages en termes de large bande passante, faibles pertes de propagation et immunité aux interférences électromagnétiques ont largement contribué à l'essor de la photonique hyperfréquence, où les technologies de communication optiques sont utilisées pour le traitement du signal hyperfréquence analogique. Un élément central de ces architectures est l'oscillateur local; dans ce contexte il s'agit d'une porteuse optique dont la modulation est très pure. L'avantage principal est la simplicité de sa distribution au sein d'un système opto-hyperfréquence. Une telle "horloge" peut être obtenue à partir d'une boucle opto-électronique réalisée à partir d'une porteuse optique modulée par une rétroaction électronique positive. La pureté de ces oscillateurs rivalise avec celle des meilleurs oscillateurs à quartz lorsqu'on les compare dans le domaine hyperfréquence. Ceci est dû au long retard (µs) de la rétroaction, obtenu à partir d'une fibre optique. Le projet CRONOS introduit une approche technologique radicalement nouvelle permettant la miniaturisation de la ligne à retard. En fait, dans l'approche opto-electronique une fibre optique longue d’environ 1 km est nécessaire pour atteindre un retard suffisant, ce qui rend l'intégration impossible. Ici nous réaliserons une boucle opto-électro-mécanique contenant une ligne à retard acoustique millimétrique, assurant un délai suffisant du fait de la très grande différence entre la vitesse du son et celle de la lumière. Cette approche requiert l'adoption d'une technologie nouvelle où l'interaction entre la lumière et les ondes acoustiques produit une transduction efficace. Au cœur de ce système se trouve un cristal opto-mécanique, un résonateur à la fois optique et acoustique tel que leurs modes sont spatialement superposés. Un élément clé est la structuration sub-micrométrique, assurant la co-localisation sur une longueur de l'ordre de quelques micromètres. Ainsi, la forte interaction entre lumière et vibration se traduit par une très grande sensibilité (la limite quantique de vibration correspond à un déplacement spectral de la résonance optique de qq centaines de kHz). Le signal correspondant au mouvement du résonateur mécanique, ainsi transposé dans le domaine optique, est détecté, amplifié et ensuite re-injecté sous forme d'onde acoustique se propageant avec le retard souhaité dans un véritable circuit acoustique avant d'atteindre le résonateur. Pour ce faire, CRONOS utilisera une technologie photonique et acoustique où un circuit photonique silicium sera hybridé avec un semiconducteur de la famille III-V, assurant les meilleurs performances opto-mécaniques et permettant l'excitation des ondes acoustiques par effet piézo-électrique. La propagation de l'onde acoustique est maîtrisée par les techniques d'ingénierie de bandes phononiques grâce à la structuration périodique de la matière. Des premières réalisations montrent que le cristal opto-mécanique seul (sans boucle électromécanique) atteint déjà un bruit de phase relativement faible (correspondant à environ 100 Hz). CRONOS vise une amélioration radicale de cette figure de mérite en s'appuyant principalement sur les performances de la boucle électro-opto-mécanique afin de réduire le bruit intrinsèque d'une part, et sur un système d'asservissement électronique assurant la stabilisation vis à vis des perturbations et du bruit technique. Ces objectifs ambitieux seront atteints grâce au partenariat entre une institution académique, le C2N (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies -UMR 9001, Palaiseau) et un laboratoire industriel, TRT (Thales Research & Technology, Palaiseau) ayant un long historique collaboratif. Les partenaires disposent d’installations de nanofabrication à la pointe de la technologie et d'une longue expertise dans la nanofabrication de semi-conducteurs, la nanophotonique, la nanophononique et la photonique hyperfréquence ainsi qu’une expertise reconnue sur les oscillateurs opto-électroniques.

La capacité à générer des ondes acoustiques par un champ électrique permet la conception d"applications électromécaniques telles que des sonars, hydrophones, sondes échographiques, filtres fréquentiels, ainsi que des systèmes électro-mécaniques miniatures (MEMS). Ces applications électromécaniques sont très majoritairement basées sur l'effet piézoélectrique, dans lequel la déformation est proportionnelle au champ électrique appliqué. Le matériau composant plus de 99% de ces applications est le PZT, solution solide entre le titanate et le zirconate de plomb, qui domine très largement le marché depuis plusieurs décennies. La présence de plomb bénéficie actuellement d'une exemption d'application des régulations environnementales européennes mais pose néanmoins problème. Les alternatives piézoélectriques sans plomb, malgré un effort de recherche important de la communauté, n'ont au mieux qu'égalé les performances du PZT. Elles ne présentent donc pas un rapport gain/coût assez important pour causer un changement de technologie industrielle. L'électrostriction est également une propriété électromécanique mais la déformation induite est cette fois proportionnelle au carré du déplacement diélectrique induit par l'application d'un champ électrique. Pour les diélectriques linéaires, cette déformation est donc proportionnelle au carré du champ. Jusqu'à récemment, les propriétés des électrostrictifs ne permettaient pas de concurrencer les piézoélectriques et les meilleurs électrostrictifs contenaient également du plomb. En 2012, la découverte d'un effet électrostrictif "géant", un million de fois plus important qu'attendu, permet d'envisager des applications électromécaniques aux performances supérieures à celles des piézoélectriques, avec l'avantage que ce matériau (la cérine dopée gadolinium) ne contient pas de plomb. En 2016 et 2018 deux autres matériaux, l'oxyde de bismuth (Bi2O3 en phase delta) et le LAMOX (La2Mo2O9), ont été découverts, avec des performances similaires. Ces découvertes sont d'autant plus surprenantes que ces matériaux étaient jusque-là étudiés pour leurs propriétés de conduction ionique pour des applications dans les piles à combustible. Ce champ de recherche n'est pour le moment pas très actif (une vingtaine de publications depuis 7 ans), sans doute parce que la communauté des piézoélectriques ne s'intéresse que peu à ces matériaux à lacunes d'oxygène et que la recherche sur les piles à combustible ne s'intéresse pas pratiquement pas aux propriétés électromécaniques. Ceci implique qu'un consortium "mixte" de spécialistes de ces matériaux et des mesures électrostricitves peut faire progresser rapidement cette thématique. Nous proposons donc ce projet avec un tel consortium. En plus de ces expertises expérimentales, le consortium comporte un spécialiste des modélisations ab initio afin de déterminer, en synergie avec les expériences, le mécanisme à la base de cet effet. Ceci permettra d'identifier les paramètres structuraux à optimiser afin d'exacerber encore cette réponse. Ceci se fera en s'assurant de l'industriabilité des résultats obtenus par la participation d'un partenaire industriel. Notre projet vise donc à valider le potentiel de l'électrostriction "géante" des matériaux déjà découverts pour des applications à base d'électrostrictifs massifs, notamment les sonars. Pour cela, nous déterminerons les compositions optimales et les caractériserons en fonction de la température et de la fréquence. En combinant des caractérisations structurales sous champ électrique et les simulations, nous chercherons à déterminer les stratégies permettant d'optimiser encore ces performances pour les applications. Il en effet peu probable que les premiers matériaux découverts se révèlent être les meilleurs. Nous espérons ainsi contribuer à impulser un effort plus large de recherche sur cette thématique permettant des applications électromécaniques plus performantes et plus respectueuses de l'environnement.

L’industrialisation et l’urbanisation de la société ont conduit à la dégradation de la qualité de l’air (QA) entrainant plus de 7 millions de morts prématurées annuellement et à l’avènement du Changement Climatique (CC) avec les cinq années les plus chaudes mesurées depuis 2010. La société est confrontée à des défis environnementaux majeurs avec le besoin de développer des politiques environnementales coordonnées au niveau des territoires aussi bien que des nations pour limiter l’impact des émissions de polluants et Gaz à Effet de Serre sur la QA et le CC. L’objectif principal d’ARGONAUT est de fournir des estimations des émissions anthropiques françaises à haute résolution pour les principaux polluants (oxydes d’azote - NOx, monoxyde de carbone - CO et composés organiques volatils non méthaniques - NMVOCs) et le dioxide de carbone (CO2) en s’appuyant sur l’inversion atmosphérique et la nouvelle génération de satellites d'observation de la composition atmosphérique (Sentinel-5P/TROPOMI, CO2M). Nous exploiterons l’imagerie haute résolution multi-espèces et la co-assimilation d’espèces pour mieux estimer les émissions de ces espèces. L’observation simultanée des polluants comme le dioxyde d’azote (NO2) et le CO, mesurés depuis longtemps depuis l’espace avec une bonne précision, va apporter une contrainte supplémentaire pour l’inversion des émissions de certaines espèces co-émises comme le CO2 ou les NMVOCs, plus difficiles à mesurer à une précision utile. Pour réaliser des inversions atmosphériques performantes, l’imagerie à haute résolution est essentielle, notamment pour exploiter les corrélations locales entre les sources, séparer celles-ci, et quantifier la contribution anthropique et l’évolution de leurs émissions. Progresser sur la question de la co-assimilation des polluants et du CO2 devrait aider à améliorer les inventaires d’émissions aussi bien pour les polluants que pour le CO2 et accroitre la cohérence des réponses QA/CC aux échelles nationales et sous-nationales. Avec la disponibilité récente d'images de TROPOMI co-localisées de NO2, de CO et de formaldéhyde (HCHO), et à l'avenir de CO2 et de NO2 provenant de CO2M, l’implémentation de telles approches inverses devient possible. ARGONAUT développera un système d’inversion atmosphérique adapté à l'exploitation de cette imagerie à haute résolution. Un objectif parallèle du projet est de démontrer le potentiel des approches inverses à l’échelle locale des villes ou de grands sites industriels. Cela pose des défis supplémentaires, car les systèmes de modélisation et d’inversion doivent être capables de résoudre les panaches atmosphériques associés malgré une incertitude importante des produits d'analyse météorologique à cette échelle locale. Les techniques traditionnelles d'inversion atmosphérique, qui supposent que les erreurs de modélisation du transport peuvent être caractérisées par un bruit statistique sans corrélation temporelle ou spatiale, ne sont pas adaptées. Pour résoudre ce problème et aller vers des inversions d’émissions plus réalistes, le projet ARGONAUT propose de développer de nouveaux indicateurs statistiques basés sur des métriques non-localisées. Enfin, le projet vise à identifier la valeur ajoutée des approches d'inversion atmosphérique basée sur l'assimilation d'images satellites et des inventaires d’émissions résultants pour les services opérationnels tels que la prévision et l’évaluation de l’exposition aux polluants ou la surveillance des émissions locales de CO2. Le projet ARGONAUT contribuera à (i) définir les briques élémentaires d'un futur système opérationnel national et des services associés, et (ii) à renforcer la visibilité et la position de la communauté scientifique française de modélisation inverse en tant qu'acteurs clés des services opérationnels européens utilisant l’imagerie satellitaire.

Comme le souligne le dernier rapport d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC), les aérosols constituent la plus grande incertitude dans l’évaluation du forçage radiatif global. L’incertitude provient en grande partie du manque d’informations sur la répartition, la composition et les effets des aérosols en atmosphère, qui ont tous une incidence sur les propriétés radiatives des aérosols. Parmi les deux principales catégories d’aérosols, naturel et anthropique, les aérosols naturels demeurent la principale source d’incertitude. Cela limite notre capacité à mesurer et à attribuer les forçages climatiques totaux. Sans une compréhension ferme du forçage climatique total, notre capacité à prévoir son évolution dans le temps diminue et limite l'élaboration de stratégies d'adaptation au changement climatique futur. Les poussières minérales dans la phase aérosol constituent la plus grande composante du budget de masse global des aérosols, représentant près de la moitié des émissions annuelles de particules dans l'atmosphère. Les aérosols de poussières minérales influencent le climat mondial à la fois par leurs interactions directes avec les rayonnements (diffusion et absorption dans les régions visible et infrarouge) et indirectes (en servant de noyaux de condensation de nuages ??(CCN) ou de noyaux de glace (IN)). Un aspect potentiellement important des aérosols de poussière est qu'ils sont capables d'absorber et de réagir de manière hétérogène avec les gaz. Ainsi, les poussières minérales peuvent également jouer un rôle important, mais en grande partie inconnu, dans la formation d’aérosols organiques secondaires (SOA) dans l’atmosphère. En conclusion, la combinaison des voies de réaction complexes et des mécanismes de traitement inhérents au système poussière / organique empêche notre compréhension de la poussière et des aérosols organiques sur le climat mondial. Malgré un grand nombre de progrès sur les propriétés des poussières minérales et de la SOA et leurs effets sur le climat au cours des dix dernières années, y compris les travaux des membres de ce consortium, les études sur la chimie hétérogène existant entre les poussières et les espèces organiques sont rares. Il existe un besoin urgent clair de nouvelles sciences fondées sur des approches originales. Le projet Alteration des poussières minerales par les composés organiques volatiles d'interet climatique (CLIMDO) s'attaque à cette question scientifique sous-explorée en proposant le premier projet complet axé sur le processus, qui traite de la réactivité des systèmes complexes et réalistes de poussières minérales / organiques afin de mieux comprendre comment la poussière et les composés organiques volatils influencent le système climatique mondial. CLIMDO étudiera l’interaction hétérogène de poussières minérales avec deux des précurseurs organiques les plus répandus de la SOA: le glyoxal et le méthylglyoxal provenant de sources anthropiques et biogéniques omniprésentes. Le projet combine des expérimentations innovantes en laboratoire dans un environnement bien contrôlé et caractérisé (la chambre de simulation CESAM du LISA (coordinateur de projet) et réacteurs à flux avancés et cellules optiques), la mise au point de nouveaux schémas de modélisation des mécanismes de réaction et des propriétés optiques résultantes des poussières minérales, ainsi que de nouvelles simulations de l'effet de rayonnement direct global et de la distribution des SOA. Les résultats et les données de CLIMDO seront diffusés par l'intermédiaire du centre de données européen EUROCHAMP-2020 en libre accès hébergé en France par le centre de données national français AERIS, un pilier de l'ERIC ACTRIS au niveau européen.

Des pentes gelées de manière pérenne sont présentes sur de nombreuses chaines de montagnes à travers le monde. Les changements de température dans ces environnements ont donc un impact considérable sur l’état du pergélisol, provoquant une augmentation des instabilités de pente et des risques occasionnés par les mouvements de masse. De ce fait, il est primordial d’identifier les zones de pergélisol discontinu susceptibles d’être affectées par les phénomènes liés à la dégradation du pergélisol. Ce projet a pour but d’étudier les morphologies appelées « molards », qui sont des formes de paysages peu étudiées, sont des cônes de débris meubles résultant de la fonte de blocs riches en glace et en sédiment et mobilisés par des glissements de terrain sur un pergélisol. Les molards constituent un très bon indicateur d’une dégradation du pergélisol récente ou actuelle. Leurs caractéristiques spatiales et géomorphologiques révèlent la dynamique des grands mouvements de masse. Le projet PERMOLARDS vise à utiliser les molards comme outil géomorphologique pour comprendre le changement climatique et les risques naturels. Afin de comprendre la formation, l'évolution, la morphologie, la longévité et le contexte environnemental des molards, ce projet utilisera une approche multidisciplinaire comportant : des études de terrain, de la datation, des simulations en laboratoire et des simulations numériques, de la modélisation et l’analyse de données de télédétection. Nous explorerons trois études de cas uniques au Groenland, au Canada et en Islande, où nous avons identifié avec certitude des molards qui se sont formés dans des conditions climatiques allant de l'Holocène à nos jours dans divers contextes géographiques. En particulier, nous contraindrons la dégradation morphologique des molards dans l'espace et le temps en utilisant une approche morphologique et des techniques de datation par luminescence. Nous définirons la gamme possible de propriétés des matériaux et de configurations de la glace pour lesquelles les molards peuvent se former par des études sur le terrain, et par la simulation expérimentale à l'aide de modèles physiques dimensionnés dans une chambre froide de laboratoire. Nous définirons ensuite les critères de base pour identifier les molards à partir de la télédétection et sur le terrain. Nous quantifierons également le lien entre la dynamique des glissements de terrain et la distribution spatiale finale des molards en retraçant leur parcours de la source au dépôt par des modèles numériques 3D. Nous évaluerons le rôle potentiel des fluides de dégel dans la modification du comportement des glissements de terrain et leur impact sur les risques. Nous surveillerons et modéliserons l'état du pergélisol sur le site de terrain du Groenland afin de déterminer l'état de dégradation du pergélisol représenté par les molards dans les nouveaux et les récents glissements de terrain. Enfin, nous établirons l'utilisation des molards comme outil géomorphologique pour suivre la dégradation du pergélisol dans le temps et dans différents contextes géologiques et géographiques dans le monde. En développant ces actions, ce projet nous permettra de comprendre comment la dégradation du pergélisol se produit dans l'espace et dans le temps, et d'évaluer les risques liés aux glissements de terrain en milieu froid.

L’Océan Austral est considéré comme un «hub» pour les nutriments entre les 3 autres océans mais les sources, puits et processus qui contrôlent la distribution de ces nutriments (macro- et micro-) restent à ce jour méconnus. SWINGS est un projet pluridisciplinaire qui vise à élucider les sources, transformations et puits d’éléments traces et isotopes (TEIs) le long d’une section océanographique dans l’Océan Indien Austral (OIA). Contribution majeure de la France au programme international GEOTRACES (www.geotraces.org), SWINGS implique 78 scientifiques (19 laboratoires, 6 pays). Une campagne océanographique de 63 jours dans l’OIA (avec 47 participants à bord), des études de processus et des modélisations intégratives sont proposées afin de répondre aux objectifs suivants : 1) établir l’importance relative des sources sédimentaires, atmosphériques et hydrothermales de TEI dans l’OIA, 2) étudier les processus qui contrôlent les cycles internes des micro-nutritifs: absorption par la biologie, reminéralisation, devenir et export des particules, et 3) quantifier le transport des TEI par le courant circumpolaire antarctique et les zones frontales. La stratégie de SWINGS repose sur un couplage fort entre océanographie physique, biogéochimie et modélisation. Une attention spécifique sera portée à la spéciation physique et chimique des particules en suspension dans la colonne d’eau ou celles qui chutent, en plus d’un échantillonnage à haute résolution des phases dissoutes. La moisson de données SWINGS permettra de progresser significativement dans la quantification des échanges entre phases dissoutes et particulaires, verrou majeur pour la modélisation des cycles des éléments. Des traceurs dédiés (ex. isotopes Th et Pa) aideront à caractériser la dynamique des particules. Les isotopes du Ra aideront à quantifier les apports continent-océan, alors que d‘autres encore traceront l’origine des matières dissoutes et particulaires. Une attention particulière sera accordée aux interfaces océaniques: atmosphère, continent ainsi qu’un segment de la dorsale Sud-Ouest Indienne soupçonné d’être le siège d’hydrothermalisme actif. Un spectromètre de masse in situ de pointe sera déployé pour cette exploration. La trajectoire de la campagne interceptera 6 fronts. Ces jets sont des voies importantes de la circulation générale océanique, en particulier pour les transports d’espèces chimiques : ils seront documentés en détail. De nouvelles modélisations couplées seront conçues sur la base des premiers résultats de la campagne SWINGS afin d’évaluer la sensibilité des distributions de TEI à la paramétrisation de sources et de transports et d’explorer l’importance des fertilisations naturelles sur la distribution des TEIs. SWINGS est structuré en 4 tâches : 1) Gestion du projet, conception et gestion de la campagne, des mesures des paramètres physiques et des données ; 2) Echantillonnage détaillé des phases particulaires et dissoutes des TEI tout le long de la section ; 3) Caractérisation des mécanismes d’absorption biologique et de reminéralisation ; 4) Développement de la modélisation, couplage de la distribution de traceurs avec des simulations fines de la circulation. La première année (2020) sera entièrement consacrée à la préparation de la campagne. Celle-ci est prévue début 2021 (été austral) sur le Marion-Dufresne. L’analyse, la validation des données et l’interprétation commenceront au printemps boréal 2021. Les réunions d’après campagne, communications et articles de rang A suivront en conséquence jusqu’en 2024 et après. SWINGS étant labélisé section GEOTRACES (GS02) suivra les procédures imposées par le programme : résolution d’échantillonnage, intercomparaison et validation des données : toutes les données acquises seront accessibles en open source grâce à un plan rigoureux de gestion de données.

Ce projet vise a` pre´ciser la sensibilite´ climatique du syste`me terre en re´alisant un enregistrement de l’enfouissement de carbone (organique et inorganique) lie´ a` l’e´rosion de l’Himalaya a` l’e´chelle glaciaire-interglaciaire (G-I). L’augmentation (par ~3) de l’alte´ration, a` l’entre´e de l’Holoce`ne, montre que le syste`me conside´re´ est sensible au forc¸age climatique et qu’un tel signal est mesurable. Cependant, les donne´es disponibles ont une couverture temporelle tre`s restreinte et le projet vise a` utiliser tous les objets se´dimentaires ade´quats pour de telles reconstructions qui ont e´te´ e´chantillonne´s par IODP Exp. 354 dans la Baie du Bengale. Nous appliquerons les e´tudes mine´ralogiques et ge´ochimiques sur la leve´e active (0-100 ka) ainsi que les autres leve´es quaternaires carotte´es. Ce travail permettra de mieux quantifier le poids de l’Himalaya a` l’e´chelle G- I sur le cycle du C ainsi que d’e´tablir un e´tat de comparaison pour la quantification des effets anthropiques sur les rivie`res actuelles.

Les calottes polaires sont le principal contributeur aux changements à long terme du niveau des mers. Depuis les années quatre-vingt-dix, l'observation inattendue du changement de la dynamique de nombreux glaciers émissaires tant au Groenland qu'en Antarctique met en exergue la potentielle vulnérabilité de notre société face à l'élévation du niveau des océans. Comme indiqué dans les deux derniers rapports du GIEC, la principale incertitude dans les projections de l’élévation future du niveau des mers se trouve dans notre capacité jusqu'ici médiocre à modéliser la dynamique côtière des calottes glaciaires. En particulier, l’emballement potentiel en Antarctique des secteurs dont le socle se trouve sous le niveau des mers (Marine Ice Sheet Instability en anglais) pourrait significativement faire augmenter le niveau marin, bien au-delà de la valeur probable admise aujourd’hui pour le 21ème siècle. L'objectif technique du projet EIS est de stimuler les développements du modèle de calottes polaires Elmer/Ice-sheet, avec des capacités inégalées sur la dynamique côtière, et d'étendre son utilisation à la communauté climatique nationale et internationale. De tels développements sont indispensables pour répondre aux questions liées aux changements rapides passés et futurs des calottes polaires. En particulier, cela permettra d'améliorer notre capacité à établir des projections fiables de l'évolution à venir des calottes polaires, de leur contribution à l'élévation du niveau des mers et des liens aux autres composantes du système climatique. Pour atteindre cet objectif, nous simulerons (i) la déglaciation de la calotte glaciaire de Barents-Kara, un paléo-analogue de l'actuel Antarctique de l’ouest et (ii) l’évolution du Groenland et de l’Antarctique lors de l’Eemien (127-115 ka BP), période au cours de laquelle le niveau des mers était 5 à 10 m plus élevé qu’actuellement. Cela permettra d'éclairer les processus en jeu lors de l’emballement des calottes glaciaires et de mieux contraindre nos projections de l'évolution du bilan de masse de l’Antarctique pour les prochains siècles. Le modèle Elmer/Ice-Sheet sera également mis à profit pour réanalyser le démantèlement de la plateforme du Larsen B qui a eu lieu en 2002, avant d’envisager l’évolution de la plateforme du Larsen C dont le front recule régulièrement, et qui pourrait subir prochainement le même sort que sa voisine. Ces analyses sur les processus de démantèlement des plateformes permettront de faire une estimation plus précise de la contribution maximale au niveau des mers qui pourrait résulter d’un recul rapide des glaciers antarctiques, ainsi que de leur impact sur la machine climatique. Par ailleurs, nous allons concevoir et proposer à la communauté internationale un nouvel exercice d’intercomparaison de modèles couplés calotte-océan. Cet exercice se fera sur le secteur de la mer d'Amundsen, actuellement la région la plus vulnérable en Antarctique. Ceci préparera l’implémentation d'Elmer/Ice-sheet dans les modèles climatiques du système Terre CNRM-CM et IPSL-CM et offrira à ces modèles de la communauté nationale une représentation avancée de la dynamique des calottes polaires en vue des exercices CMIP7.

Les projections climatiques pour le 21ème siècle indiquent que la région Méditerranéenne (Med) sera plus chaude et plus sèche, avec un contraste saisonnier plus marqué. Même si le réchauffement et la réduction du débit des rivières ont des effets antagonistes sur la densité de l'eau de surface en Med, les simulations suggèrent une réduction de la circulation dans le futur, l’amplitude du changement restant dépendants des modèles utilisés. L’objectif du projet MedSens est d’évaluer la sensibilité de la circulation en Mer Med à une perturbation hydrologique/thermique en condition de climat chaud avec la saisonnalité contrastée. Pour aborder cette problématique, nous allons combiner (1) les reconstitutions des conditions de la Med durant des événements de perturbation de forte amplitude à partir de plusieurs proxies (indicateurs/traceurs) avec (2) des simulations numériques obtenues avec un modèle régional à haute résolution spatiale (1/8º) intégrant l’évolution de certains proxies de circulation. La cible est orientée vers l’analyse des couches sédimentaires riches en matières organiques, appelées « sapropels », déposées lors de périodes de circulation stagnante en Med. Nous nous intéressons particulièrement au sapropel S5 formé au cours du dernier interglaciaire, une période chaude pouvant être comparée au réchauffement simulé dans un avenir prochaine. La stratégie proposée s’appuie sur le succès de nos travaux antérieurs sur la reconstitution de la circulation de la Med lors de la formation du sapropel S1 (Holocène) en utilisant la composition isotopique de néodyme (eNd) mesurée sur les foraminifères, ainsi que par le développement d'une plateforme de modélisation régionale qui permet de simuler les états de la circulation de la Med dans le passé. Les principaux aspects novateurs et originaux du projet MedSens sont les suivants : premièrement, la combinaison des reconstitutions à partir des proxies avec la modélisation régionale intégrant des proxies (eNd et l'oxygène de l’eau) pour étudier la circulation dans le passé en Mer Med, qui est unique internationalement. Cette approche permettra une comparaison directe modèles-données pour évaluer les processus physiques affectant la variabilité des proxies et les performances du modèle qui sera utilisé pour les projections futures. Deuxièmement, nous appliquerons une batterie d’outils multi-proxy (géochimie et micropaléontologie, y compris de nouveaux traceurs potentiels) à une série de carottes de sédiment localisées le long d'un grand transect zonal afin de proposer une reconstitution robuste. Troisièmement, l’outil automatisé MiSo (Microfossil Sorter prototype, brevet déposé) permettra la préparation rapide d’échantillons de foraminifères pour l’analyse géochimique et micropaléontologique. Il va contribuer à la reconstitution à haute résolution spatiotemporelle. Le projet MedSens repose sur un consortium de partenaires reconnus à l’échelle internationale aux compétences complémentaires : reconstitution à partir de l’analyse des proxies (CEREGE/GEOAZUR et GEOPS) et modélisation numérique (LSCE/LMD). Nous fournirons des informations sur la variabilité des états de circulation Med associés à la formation de S5, la relation entre les changements hydrologiques de surface et la circulation intermédiaire/profonde, les nouveaux modèles Med régionaux intégrant des proxies qui seront accessibles à la communauté scientifique, les résultats de simulations S1 et S5 ainsi que de nouvelles bases de données sur la ventilation de masse d’eau et les changements hydrologiques de surface pendant S1 et S5. L’ensemble des résultats constitueront une base unique capable d’améliorer la compréhension de la sensibilité de la circulation Med aux différents forçages. Nous proposons une stratégie de diffusion scientifique des méthodes employés et des vers différents publics, en cohérence avec le concept d’éducation et de formation des jeunes générations ainsi qu’avec le plan national Open Archives.

Les vents de surface en Antarctique sont extrêmement intenses et persistants. Ces vents ont un impact important sur les conditions climatiques à la surface de la calotte glaciaire : ils brisent l’inversion température de surface (réchauffement) et transportent neige et humidité, affectant le bilan de masse. Pourtant, la variabilité temporelle du vent est en fait très mal connue au delà du cycle saisonnier, du fait du manque d’observations continues. Ce projet propose de mieux comprendre la variabilité temporelle à long terme des vents de surface, (1) en développant un proxy de l’intensité du vent et en reconstruisant pour la première fois l’intensité du vent à l’échelle décennale sur les 1000 dernière années, (2) en étudiant les mécanismes contrôlant l’intensité du vent, et en décrivant l’impact du changement climatique sur le vent à partir du modèle régional MAR, (3) en précisant l’impact des vents catabatiques sur le transport d’humidité, à l’aide de nouvelles observations isotopiques.

La découverte des gènes qui codent pour des traits adaptatifs est une problématique essentielle en biologie de l'évolution car le lien entre le génotype et le phénotype est souvent complexe. L’adaptation est un processus fondamental à évaluer car c’est ce qui conduit à la diversification des espèces, donc la biodiversité. Dans ce projet, j’entends démêler les bases génétiques d’un trait adaptatif soumis à de multiples pressions sélectives : la galle. Les guêpes à galles sont capables d'induire des structures appelées galles qui fournissent un abri contre les antagonistes et diverses conditions climatiques, ainsi que de la nourriture pour leur progéniture, augmentant ainsi leur survie. Elles le font en manipulant les gène de leur plante hôte. Cependant, la base génétique de la capacité à former des galles sur différentes espèces de plantes et divers organes reste largement méconnue et peu étudiée, en dépit de l’existence d’espèces économiquement importantes. Le projet BETAGALL vise à déterminer quels gènes sont utilisés par les guêpes à galles pour manipuler le développement de la plante afin d’induire la formation de galles et leur donner une forme spécifique. Premièrement, des données génomiques permettront d’identifier des gènes putatifs impliqué dans la formation de galle à l’aide de méthodes de génomique comparative et de génomique des populations. Deuxièmement, des données sur l’expression des gènes permettront de mieux préciser les fonctions des gènes putatifs nouvellement identifiés et de trouver les cibles potentielles chez la plante hôte. D'une part, ce projet permettra de trouver les gènes impliqués dans le contournement des défenses immunitaires de la plante et qui induisent la formation d'une galle. D'autre part, il permettra également de révéler les gènes utilisés par la guêpe pour développer une morphologie particulière, permettant à l'inducteur de la galle de lutter contre ses antagonistes tels que les parasites ou les prédateurs.

Les phénotypes étendus sont des traits uniques, produits à l'extérieur du corps de l'individu qui porte les gènes codant pour leur expression. Les toiles d'araignées, les structures décorées des oiseaux jardiniers, les nids d’oiseaux ou les maisons humaines sont tous des phénotypes étendus. Près de 40 ans après l’introduction de ce concept par Dawkins, les mécanismes évolutifs à l’origine de la diversité frappante de ces traits demeurent mal compris. Alors que la fonction principale et probablement originale des phénotypes étendus est tout à fait évidente, comme la fonction protectrice des nids, les phénotypes étendus peuvent aussi servir de signaux. Quoique l'évolution de nombreux phénotypes étendus ait pu être favorisée au départ par leur fonction protectrice, beaucoup semblent également servir de signaux sexuels. Ainsi, la sélection sexuelle pourrait non seulement expliquer l'évolution des couleurs vives, des chants et des danses élaborés, mais aussi des structures attrayantes qui ne font pas partie du corps d'un organisme. Des études sur un large éventail d'espèces sont nécessaires pour déterminer l'importance de la sélection sexuelle dans la diversification des phénotypes étendus, et pour comprendre comment les phénotypes étendus sont reliés aux autres signaux. Plus précisément, puisque les phénotypes étendus sont des traits dissociés de l'organisme, ils devraient co-évoluer avec d'autres signaux indiquant l'identité et/ou la qualité de leurs propriétaires, mais cette prédiction doit encore être testée. Nous proposons de travailler avec l'une des radiations les plus spectaculaires et les plus diverses de phénotypes étendus, les architectures complexes des nids de tisserins (117 espèces). Notre objectif est d'étudier en particulier le rôle de la sélection sexuelle dans l'évolution et la diversification : (i) de l'architecture de ces nids (objectif 1), et (ii) du comportement de construction des nids (un potentiel signal associé au phénotype étendu- objectif 2). Il s'agit également de déterminer comment ces deux traits évoluent en rapport aux couleurs vives, chants et/ou parades de ces oiseaux. Dans l'objectif 1, nous travaillerons à l’échelle interspécifique et, commencerons -axe 1- par déterminer les facteurs écologiques, socio-sexuels associés à la diversité de l'architecture des nids. Dans l’axe 2, nous étudierons l'association entre les caractéristiques des nids et les ornements classiques. Dans l'objectif 2, pour déterminer si le comportement de construction de nid peut être un signal sexuel secondaire, nous travaillerons à l’échelle d’une espèce, le républicain social. Cette espèce nous donne accès à une population suivie depuis 2010, avec des oiseaux marqués individuellement. A l’aide de technologies récentes basées sur l'identification des oiseaux par radiofréquence (RFID), les images et l'intelligence artificielle, nous déterminerons qui construit le plus, où et comment (axe 1). Nous utiliserons ensuite des expériences pour déterminer si la construction d'un nid, tel un signal sexuel secondaire, est sensible à la condition individuelle, la compétition male et à la présence de femelle (axe 2). Enfin, nous mesurerons les liens entre la construction des nids, l’appariement et valeur sélective (axe3). La faisabilité de notre projet est assurée par l'expertise de toute l'équipe dans les domaines de la sélection sexuelle, de la communication visuelle et acoustique, ainsi que notre expérience avec les modèles d'étude et les analyses utilisées (e.g., analyses comparatives). De plus, l'utilisation de techniques innovantes telles que l'intelligence artificielle (Renoult), la technologie RFID et les microphones embarqués nous permettront d'obtenir des données de haute qualité. Nos résultats seront diffusés via des conférences, cours à l’université, réseaux sociaux, et des collaborations avec des artistes.

La transformation de l'azote (N) dans l'environnement repre´sente sans doute le cycle bioge´ochimique le plus anthropise´ sur Terre. L'apport d’N par les engrais (100 Tg / an) et le de´po^t d’N atmosphe´rique (25 Tg / an) de´passe maintenant celui la fixation naturelle de l'N (110 Tg / an) et l’utilisation d'engrais devrait encore augmenter avec l’accroissement de la population mondiale. En plus d'entrai^ner des conse´quences environnementales ne´fastes sur les ecosyste`mes terrestres et aquatiques, l’apport d'azote re´actif sous forme d’engrais contribue a` l’augmentation des e´missions de l'oxyde nitreux (N2O), un gaz a` effet de serre e´galement implique´ dans la destruction de l'ozone stratosphe´rique. Un processus cle´ de la conversion de l'azote dans l'environnement est le processus de nitrification par lequel l'ammonium est oxyde´ en nitrate via le nitrite. Alors que l'ammonium est retenu dans le sol, le nitrate est tre`s mobile et facilement lessivable. L'oxydation de l'ammonium par nitrification est ainsi responsable d’une perte estime´e de 67% des engrais applique´s avec un cou^t e´conomique global de 15,9 milliards de dollars. Ce processus de nitrification est traditionnellement conside´re´ comme e´tant re´alise´ par deux groupes microbiens physiologiquement distincts, l'ammonium oxyde´ en nitrite par les microorganisms nitrosants (AO) et le nitrite en nitrate par les bacte´ries nitratantes (NOB). Jusqu'a` re´cemment, deux grands groupes, les archaea (AOA) et les bacte´ries (AOB) oxydant l’ammonium ont e´te´ conside´re´s comme les seuls capables d’utiliser l'ammonium comme seul source d'e´nergie. Au cours de la dernie`re de´cennie, des diffe´rences de niche au sein des AOA et AOB mais aussi entre ces deux groupes ont été démontrés, ainsi que des diffe´rences dans leurs contributions relatives a` la perte d'engrais azote´s et aux pollutions associe´es. Cependant, en 2015, deux e´tudes ont conduit a` un changement de paradigme en re´ve´lant que les bacte´ries appartenant au phylum Nitrospira sont capables d’effectuer les deux e´tapes du processus de nitrification i.e. d’oxyder comple`tement l'ammonium en nitrate, ou «comammox». Cette de´couverte e´tait surprenante car toutes les souches de Nitrospira connues e´taient capables d’effectuer uniquement que la seconde e´tape de nitrification. Il est toutefois important de noter que l'abondance des communaute´s de Nitrospira dans de nombreux environnements, y compris le sol, est ge´ne´ralement supe´rieure a` celle des AOA ou des l'AOB, ce qui indique qu'elles peuvent contribuer significativement a` l'oxydation de l'ammonium. Il est donc urgent de de´terminer leur importance fonctionnelle dans les sols et si ces microorganisms contribuent de manie`re significative aux perte d'azote et a` la pollution liée aux engrais. COMICONS propose une approche pluridisciplinaire combinant des expertises en microbiologie, e´cologie mole´culaire, ge´nomique, bioge´ochimie et modelisation pour caracte´riser la physiologie, la ou les niche (s) e´cologique (s) des bacte´ries comammox et leur contribution globale aux processus du cycle de l'azote dans le sol. Plus pre´cise´ment, nous de´terminerons dans quelles conditions les bacte´ries comammox sont actives dans le sol et quelles sont les sources d'azote utilise´es pour la croissance. Nous caracte´riserons leur activite´ in situ dans le sol, et nous conduirons une analyse physiologique de´taille´e des nouvelles souches obtenues en laboratoire. De plus, nous quantifierons e´galement leur contribution aux transformations d’N dans le sol en lien avec l'ajout d'engrais, leur contribution aux e´missions d'oxyde nitreux et leurs niches e´cologiques par rapport aux autres groupes caracte´rise´s oxydants l’ammonium. Ce projet de recherche me`nera a` une perce´e fondamentale dans la compre´hension des principaux acteurs du cycle de l'azote pour de´velopper des approches visant a` atte´nuer la pollution associe´e a` la nitrification.

La majeure partie de la population mondiale vit en ville, et cette proportion continuera de s’accroitre dans les prochaines décennies. Les zones urbanisées et industrialisées émettent environ 70% du CO2 fossile, bien que ces estimations demandent à être vérifiées à l'échelle locale. De plus, les villes sont souvent plus chaudes que les zones rurales alentours du fait de l’îlot de chaleur urbain (ICU), qui peut influencer certains flux de CO2 (par exemple ceux issus du chauffage dans les bâtiments, de la climatisation dans les voitures, ceux captés par la végétation urbaine). Les villes sont donc des endroits stratégiques pour réduire les émissions de CO2, mais aussi diminuer les températures localement. Le projet vise à caractériser et à diminuer les émissions de CO2 et l’ICU dans la Métropole d’Aix-Marseille (AMm). Sa gouvernance est assurée par la Métropole Aix-Marseille-Provence (AMPM). Il s’agit de la seconde zone la plus peuplée de France (1.8 millions d’habitants), et elle est située en région PACA, fortement exposée aux risques du changement climatique. Les objectifs du projet sont : (1) de caractériser et améliorer la représentation spatio-temporelle des émissions de CO2 fossiles et de les comparer aux émissions biogéniques, (2) de caractériser la variabilité de l’ICU et des concentrations de CO2 aux échelles diurnes et saisonnières à toutes les échelles spatiales sur l’AMm, et (3) de définir et évaluer les bénéfices de développements de scénarios d’adaptation au changement climatique à l’horizon 2035 en termes de CO2 et ICU tels qu’ils pourraient être construits par l’AMPM. Ce dernier objectif nécessite donc de trouver le moyen le plus efficace pour intégrer des scénarios vertueux, définis en interaction avec les acteurs et décideurs politiques locaux, dans les documents légaux d’urbanisme, les outils juridiques associés, et les pratiques. Afin d’atteindre ces objectifs, un consortium interdisciplinaire constitué de 5 partenaires principaux (IMBE, CNRM, Pytheas, LIEU, AtmoSud) et 6 partenaires non financés (LSCE, INRA/URFM, ESPACE, MIO, CEA-CAD/DTN, GNS New-Zeeland) est proposé. Il est constitué de météorologistes et physiciens de l’atmosphère, urbanistes, chercheurs en droit de l’environnement et d’un acteur socio-économique (AtmosSud) en lien avec les décideurs locaux et régionaux. Le GREC-Sud, en sous-traitance, apportera son expertise pour les interactions avec l’ensemble des acteurs locaux, en particulier par l’organisation de séminaires annuels. Le projet est composé de 4 Tâches principales. La tâche 0 est dédiée à la coordination. La tâche 1 vise à acquérir et analyser des observations de CO2 et ICU, et la tâche 2 à la mise en place d’un outil de modélisation atmosphérique du CO2 et de l’ICU. En lien avec ces deux tâches, la tâche 3 vise à analyser le rôle des différents niveaux de gouvernance d'AMPM vis-à-vis des stratégies d’adaptation. Il repose sur l’analyse des documents légaux, d’une méthodologie d’évaluation multicritères de scénarios, et d’une stratégie pour s’assurer des interactions constantes tout au long du projet entre les chercheurs, les acteurs locaux et la société civile. Le projet apportera des avancées scientifiques dans plusieurs disciplines (météorologie, cycle du carbone, urbanisme, droit de l’environnement). Un apport sociétal sera l’amélioration de l’inventaire utilisé par AtmoSud pour ses prévisions opérationnelles de qualité de l’air. Un autre apport sociétal concerne l’urbanisme opérationnel, avec le renforcement d’actions communes des acteurs dans la mise en place de stratégies d’adaptation. Afin d’assurer une large diffusion et des impacts bénéfiques des résultats du projet, ceux-ci seront disséminés vers trois communautés différentes : scientifique (via des articles et conférences scientifiques, des modèles open-source), des acteurs urbains (via des séminaires avec les décideurs, ONG et associations) et le public (avec un site web, un film, et des cahiers grand public).

TRAJECTOIRE vise à établir, aux exutoires des grands bassins versants français (Rhône, Loire, Seine, Garonne, Rhin, Meuse, Moselle), les trajectoires de contaminants apportés par l’homme au cours de l’essor technologique, industriel et des préoccupations environnementales ayant rythmé le 20ème siècle. Il se concentrera sur des familles de contaminants actuellement au cœur des réflexions sur la transition énergétique : les radionucléides, les micro plastiques et leurs additifs, et les métaux critiques. En considérant ces trois familles, qui ne font pas l’objet d’un suivi dans le cadre de la règlementation actuelle, et qui ont été introduits successivement au cours du dernier siècle caractérisé par des politiques, des comportements et des modes de gestion diversifiés, nous espérons tirer des retours d’expérience. Ces derniers nous permettront de positionner ou repositionner les préoccupations environnementales actuelles face aux nouvelles et futures technologies. Il s'agira d'évaluer comment la société peut être un acteur de la résilience de l'environnement à la suite de perturbations anthropiques résultant de ses choix économiques, ses décisions politiques et de ses actions collectives. Les sédiments des rivières transportent et stockent la plupart des contaminants introduits dans les bassins versants. Les archives sédimentaires accumulées dans des zones de stockage permettent de témoigner des contaminations ayant transité. Les retours d’expérience sur la capacité des grands fleuves à absorber ou à éliminer les pressions anthropiques seront établis à partir de l’analyse de séries chronologiques : 1) celles sur les niveaux de contamination, reconstruits à partir d’archives sédimentaires, 2) celles sur les pressions exercées sur les environnements, construites à partir d’archives documentaires (frises socio-historiques). Les difficultés d'un tel exercice rétrospectif, nécessitant de croiser des informations multiples et complexes, sont d'autant plus grandes que les sources statistiques sur les contaminants sont rares ou confidentielles. Les liens de causalité entre les niveaux de contamination observés dans les archives sédimentaires (données quantitatives) et les pressions anthropiques (données qualitatives et semi-quantitatives) seront évalués à l'aide de réseaux neuronaux. En appliquant cette approche mathématique sur des jeux de données acquis aux exutoires des fleuves français, diverses pressions anthropiques seront prises en compte et leurs conséquences sur la concentration de contaminants seront identifiées. Les événements socio-historiques, identifiés à partir des archives documentaires, seront caractérisés en ce qui concerne leur impact sur les concentrations, le délai de leur impact sur l'environnement, ainsi que la durée de la perturbation environnementale engendrée. Les valeurs de ces trois paramètres associés aux meilleurs ajustements entre les modèles et les observations définiront les pressions clés à appliquer dans un modèle prédictif basé sur scénarii afin de prévoir les niveaux de contaminants dans les systèmes fluviaux et d'estimer les trajectoires et la résilience des systèmes à court, moyen et long terme. Nos résultats mettront en évidence les changements environnementaux survenus au cours de la dernière ère industrielle (100 dernières années), et mettront en lumière ceux attendus en fonction de nos futurs comportements et décisions. Nous estimons que la société a besoin de ces retours d’expérience ainsi que d’une vision prédictive afin de renforcer les prises de conscience environnementales et les prises de décisions œuvrant pour la durabilité des écosystèmes. En fournissant des retours d’expérience quantitatifs et des modèles prédictifs basés sur des scénarii, TRAJECTOIRE permettra d'informer les parties prenantes des conséquences des décisions passées et futures sur les impacts environnementaux à court, moyen et long terme. Il vise à démontrer que la société peut agir sur la résilience environnementale.

Avec l'augmentation des intensités et fréquences des catastrophes naturelles ces dernières années en Afrique de l'Ouest, une meilleure prévision de leurs impacts est un défi majeur. Ce projet vise à élaborer un modèle de prévision des risques liés aux évènements météorologiques intenses pour la population des villes très vulnérables: Abidjan, Dakar, Ouagadougou et Niamey. Il se concentrera sur les événements hydrométéorologiques intenses, responsables du plus grand nombre de morts en Afrique de l'Ouest, et sur les vagues de chaleur et tempêtes de poussière, facteurs de risque de méningite bactérienne. Pour atteindre cet objectif, il est nécessaire d'optimiser des informations fiables à partir de grands ensembles de données dérivés de réanalyses et de modèles de prévision probabilistes. Les objectifs sont d'identifier les impacts humains de ces aléas grace à des enquêtes de terrain et de proposer un modele d'alerte précoce des risques humains à partir d'approche multi disciplinaires.

Le carbone suie (BC) contribue au réchauffement climatique en absorbant la lumière du soleil. Les modèles climatiques mondiaux actuels sous-estiment systématiquement l'absorption des aérosols dans l'atmosphère d'un facteur trois par rapport aux observations, ce qui est souvent attribué à la sous-estimation des émissions de BC. Les inventaires des émissions de BC sont traditionnellement construits en utilisant une approche "bottom-up" basée sur les données d'activité et les facteurs d'émission. La détermination des facteurs d'émission nécessite des méthodologies extrêmement fines très coûteuses (en temps et en ressources), ce qui conduit dans la pratique à des données d'émission de qualité très hétérogène dans l'espace et dans le temps. L'Asie du Sud-Est (ASE) abrite une multitude de sources de combustion émettant de grandes quantités de BC dans l'atmosphère: combustion de biomasse incluant tourbières et feux de forêts et utilisation domestique de biocarburants, produits pétroliers pour le transport. Mais tout indique que cette région sera particulièrement touchée par le charbon dont la consommation va exploser au cours des prochaines décennies pour répondre à la demande en énergie. Cette partie de l'Asie se trouve également sous le vent des fortes émissions de la BC en provenance de Chine en hiver. En conséquence, toutes les tendances augmentent quantitativement et font de l'ASE la région du monde à étudier prioritairement. Les programmes internationaux qui ont tenté de simuler les effets du BC sur le climat dans l'ASE ont souligné que de meilleurs inventaires d'émissions résolus dans le temps et dans l'espace étaient cruciaux pour améliorer les prévisions et les modèles climatiques. BLACKNET propose de faire la démonstration opérationnelle d'un nouveau système bon marché pour surveiller le BC en même temps que d'autres traceurs de combustion, afin d'identifier, localiser et de caractériser leurs sources. (1) Le premier objectif est technique : le développement et la démonstration opérationnelle d'un réseau de capteurs BC déployés sur la péninsule indochinoise, fournissant des données collectées et calculées en continu. (2) Le deuxième objectif est scientifique : le développement d'une méthodologie innovant de traitement de données atmosphériques reposant sur une modélisation inverse basée sur des capteurs de BC communicants, dans le but d'améliorer et de valider les inventaires "top-down" des émissions de BC. Le consortium comprend des chercheurs et des groupes de recherche internationalement reconnus dans les domaines de la caractérisation des aérosols, de la modélisation inverse, des inventaires d'émissions et de la modélisation régionale. Les réalisations sur le terrain sont confortées par une forte implication dans le projet de l'Asian Institute of Technology de Bangkok et de l'Académie Vietnamienne des Sciences et Technologies. Des impacts sont attendus sur le développement potentiel du marché car de nouvelles opportunités apparaîtront pour le secteur commercial français de l'observation de la Terre, principalement les fournisseurs de technologies / capteurs et de traitement de données, mais aussi pour les utilisateurs en aval - fournisseurs de services - avec la définition et la démonstration de nouveaux services et applications dans les domaines du climat et de la qualité de l'air. Les résultats du projet s'inscriront dans des cadres internationaux tels que l'Initiative mondiale sur les émissions (GEIA), le Service de surveillance de l'atmosphère Copernicus, en particulier CAMS-43 sur les aérosols, à partir desquels les données seront utilisées pour comparaison, ou encore l'accord des dix pays membres de l'ASEAN pour lutter contre la pollution transfrontalière par les nuages.

Le nombre croissant de dispositifs d’électronique de puissance dans une automobile et leur impact sur le réseau électrique du véhicule imposent des contraintes de plus en plus sévères en termes de fiabilité et de sécurité. Les constructeurs automobiles sont aujourd’hui confrontés à deux préoccupations majeures: ils doivent s’assurer du respect des normes limitant les émissions parasites de l’automobile et le respect de l’exposition des personnes aux champs Electromagnétiques (EM) à l’intérieur du véhicule et ils doivent garantir le bon fonctionnement de l’ensemble des équipements dans une ambiance EM normalement polluée. Les enjeux dans les véhicules de demain vont au-delà de ces aspects au travers de la vulnérabilité aux agressions EM des systèmes de conduite autonome. En effet, les câblages et les E/S sont autant de vecteurs d’entrée possibles pour des perturbations visant à faire dysfonctionner le guidage ou pour des écoutes EM permettant d’espionner l’état du véhicule. Il est donc primordial de savoir installer ces nouveaux équipements sans risque pour leur environnement proche et de maitriser les dispositifs permettant leur protection. La compatibilité électromagnétique (CEM) entre les équipements est assurée d’une part à l’aide de règles d’installation visant à minimiser les couplages avec les circuits de puissance, mais également par l’obligation que ces équipements ont à se conformer à des normes qui limitent les émissions de perturbations Radio Fréquence et qui rend robuste les systèmes aux agressions extérieures. C’est pourquoi l’étude CEM d’un véhicule doit aujourd’hui faire partie intégrante du développement d’un véhicule et doit intervenir dès le début de la phase de conception de celui-ci. Cela donnerait un avantage concurrentiel conséquent au vu de la diminution des coûts et du temps de développement. On peut aussi évoquer la possibilité de contraintes normatives pouvant être plus restrictives et permettant ainsi de préserver les marchés de dispositifs moins bien conçus et présentant plus de risques. La détermination des performances EM des systèmes complexes des véhicules actuels et à venir est le principal verrou au déploiement de nouvelles technologies (guidage, propulsion électrique …). L’ensemble des partenaires du projet vise à dépasser ce point bloquant. L’optimisation CEM de systèmes complexes tels qu’un véhicule complet passe donc par le développement de méthodologies de modélisation sophistiquées. En conséquence, il est fondamental de bien préparer cette évolution technologique et de proposer des approches de simulation dédiées aux systèmes complexes. La modélisation orientée système s’est considérablement améliorée ces vingt dernières années tant par la finesse de description des modèles électriques ou électromagnétiques que par la puis-sance de calcul disponible. Cependant l’utilisation directe des ou¬tils existants pour l’analyse d’un grand système, prenant en compte les inte¬ractions fortes entre sous-systèmes, n’a pas pour autant progressé. Il est donc impératif de faire échanger les différents modèles des sous-ensembles car aucune méthode ne permettra une modélisation complète d’un système industriel. La pierre angulaire de la démarche proposée dans ce projet est de mettre en place une méthodologie de co-simulation en réseau afin de mobiliser simultanément et de façon distribuée l’ensemble des modèles parcellaires nécessaires à une modélisation système complète. Dans cette approche les différents modèles ne sont ni partagés entre partenaires ni intégrés dans un seul outil mais communiquent en temps réel à travers leurs interfaces. Pour parvenir à réaliser une telle co-simulation il est évidemment indispensable de lever certains verrous relatifs aux modèles pertinents pour les différents sous-ensembles, mais il est également primordial de faire cohabiter et communiquer dans une même simulation ces différentes briques élémentaires au travers de l’échange de données pertinentes.

Atteindre des rendements élevés est un élément clé pour la compétitivité du photovoltaïque. Parmi les dispositifs de troisième génération, les cellules solaires à porteurs chauds visent à réduire la thermalisation en obtenant une absorption élevée. Le consortium du projet est bien impliqué dans les récents progrès où la réalisation d'un dispositif complet est proche. L'objectif du projet est donc de concevoir une cellule ultra-mince à porteurs chauds. Les principaux résultats seront (i) développer des techniques de caractérisation pour mesurer l'efficacité atteignable, les propriétés thermodynamiques/thermoélectriques (ii) concevoir des structures nanophotoniques pour collecter efficacement la lumière incidente (iii) développer des modèles numériques incluant la réponse optique et le transport électrique (iv) fabriquer et optimiser des cellules à haut rendement (v) observer et quantifier une augmentation de performances photovoltaïques par la présence de porteurs chauds.

Un objectif prioritaire pour développer de nouvelles sources d’énergies renouvelables est la valorisation du CO2 en combustible vecteur de l’énergie solaire. Récemment de nombreux électro- et photo-catalyseurs pour la réduction de CO2 ont été développés. Cependant nous sommes loin d'avoir des solutions exploitables à grande échelle. Ces réactions nécessitent le couplage de transferts d’électron photoinduits à la catalyse multi-électronique et multi-protonique. L’accumulation de charge, séquentielle, dans les systèmes photocatalytiques doit par conséquent être maîtrisée afin de réaliser une catalyse multi-électronique. La compréhension des processus photophysiques fondamentaux impliqués est donc nécessaire pour optimiser l'efficacité de la photoréduction du CO2. En électrocatalyse, la constante catalytique (TON), le TON par seconde (TOF) et le rendement coulombien sont les paramètres adaptés pour évaluer les performances. Dans les systèmes photocatalytiques, l’efficacité quantique (photon-à-carburant) dépendante de la longueur d’onde est un paramètre crucial avec le TON et le TOF. En effet le rendement de la photoréduction est non seulement dépendant des valeurs thermodynamiques mais aussi d'autres facteurs tels que des transferts d'électrons ou d'énergie non désirés. Il est donc crucial d’étudier les limitations intrinsèques des processus photocatalytiques pour trouver des solutions viables dans le contexte de la photosynthèse artificielle. Malgré de nombreux travaux sur de nouveaux photocatalyseurs ces dernières années, les études mécanistiques sur les réactions élémentaires impliquées dans le cycle photocatalytique pour la réduction du CO2 restent encore limitées. Dans ce contexte, le projet LOCO vise à étudier les mécanismes impliqués dans l'activation à 2 électrons du CO2 lors de l’excitation multiple. LOCO couvre tous les aspects concernant la conception, la synthèse et les études photophysiques de nouveaux photocatalyseurs à base de porphyrine afin d’aller au-delà des performances actuelles. Nous allons utiliser différentes techniques spectroscopiques pour identifier tous les intermédiaires formés au cours du cycle catalytique. En particulier, pour étudier les intermédiaires impliqués dans la catalyse, nous utiliserons un dispositif innovant, la spectroscopie pompe-pompe-sonde Raman résonant résolue dans le temps, en plus de notre dispositif pompe-pompe-sonde par absorption transitoire développé récemment (Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 15936 –15940). L'étude spectroscopique des intermédiaires à l'aide de la réduction électrochimique et chimique en complément aux études résolues en temps permettra de fournir un panorama complet des processus intervenant dans la réduction du CO2 sur plusieurs échelles de temps. Les enseignements tirés sur les mécanismes de relaxation des réactions productives et non-productives lors de l’accumulation de charge et de la catalyse constitueront un socle unique et puissant pour le développement de nouveaux photocatalyseurs plus efficaces pour l’activation du CO2. Pour les systèmes moléculaires étudiées, nous nous appuierons sur nos travaux récents sur des métalloporphyrines originales pour la réduction de CO2 (Chem. Commun., 2018,54, 11630-11633, Angew. Chem. Int. Ed. Ed 2019, 58, 4504-4509) en variant trois paramètres pour améliorer leur réactivité: effets électroniques induits par des substitutions appropriées, liaisons hydrogènes sur la seconde sphère entre le catalyseur et le substrat et la présence d’acide de Lewis sur la seconde sphère de coordination. Le projet interdisciplinaire LOCO nous permettra ainsi de mieux comprendre la photoréduction au CO2 et in fine son optimisation. La connaissance approfondie des processus d’activation à 2 électrons et 2 protons du CO2 dans la catalyse induite par la lumière constitue un tremplin vers le développement de systèmes plus efficaces.

La géothermie, c'est-à-dire la mobilisation de la chaleur contenue dans le sous-sol à très basse, basse ou haute température, est l'une des méthodes pour réaliser la transition énergétique. La stratégie énergie-climat de l’Ile-de-France prévoit d'augmenter assez significativement à l’horizon 2030 la production de chaleur par géothermie profonde (x3,5 par rapport à 2015). Le rythme de développement actuel ne permettra pas d'atteindre cet objectif. Il faudrait atteindre un taux de 6 à 10 fois supérieur. La nouvelle programmation pluriannuelle de l’énergie renouvelable vient de revoir à la baisse ces objectifs en terme de déploiement de la géothermie profonde en France. Les retours d'expérience sur les opérations récentes en France ont soulevé des problèmes techniques et/ou scientifiques pour un fonctionnement efficace et durable des doublets géothermiques, tels que le risque élevé, mais non quantifié, de faible débit d'eau / faible épaisseur du réservoir (métrique), le risque d'interférence entre doublets géothermiques dans les zones urbaines à forte densité d’infrastructures ou le risque de percée thermique précoce. Il existe un réel risque qu'une opération nouvelle n'obtienne pas une ressource géothermique présentant des caractéristiques de débit et de température suffisantes pour assurer la rentabilité du projet pendant sa durée de vie. Ce risque géologique constitue un obstacle au développement futur de la géothermie en France et en Ile-de-France. Il est clairement établi dans la stratégie énergie-climat de travailler à l'innovation en proposant des solutions qui optimisent et explorent le développement de nouvelles zones. Cette optimisation nécessite (1) une connaissance précise de l'hétérogénéité du réservoir en termes de géométries sédimentaires, porosité/perméabilité, connectivité du réservoir et (2) des simulations numériques fiables des écoulements et flux de chaleur à +30 ans, voire +100 ans après le début de la production. Le principal objectif est de réussir le changement d'échelle entre la perméabilité mesurée en laboratoire et la connectivité sédimentaire des corps réservoirs à l'échelle kilométrique. La façon d’homogénéiser les coefficients efficaces comme la porosité, la perméabilité, la déformation mécanique (tenseur de Gassman et coefficient de Biot) ou la dispersion thermique effective par des équations valables en tout point pour les constituants fluides et solides constituera le défi majeur de ce projet qui nécessitera de coupler des données et concepts géologiques et mathématiques.

Les huiles lubrifiantes sont de plus en plus utilisées dans plusieurs applications industrielles et la demande pour ces matériaux est en continuelle augmentation afin de réduire la consommation d’énergie et l’usure des machines. Dans ce cadre, le développement de lubrifiants de hautes performances soutient le développement d’industries et de marchés importants. Récemment, les liquides ioniques (IL) se sont révélés être des candidats prometteurs pour de nouveaux lubrifiants hautes performances grâce à leurs diverses propriétés physico-chimiques et à leur forte capacité de réduction de frottement entre deux surfaces. Ces propriétés prometteuses des IL se sont révélées être fortement liées à leur capacité à se nanostructurer en volume et aux interfaces. Cependant, la gamme de viscosités disponibles dans la plupart des classes de IL est assez étroite comparée aux lubrifiants macromoléculaires. Les poly (liquides ioniques) (PIL) sont donc des candidats prometteurs pour amplifier les propriétés de frottement et chimiques des polymères et des IL en lubrifiants macromoléculaires innovants et hautement modulables. L'ajout à ces macromolécules d'interactions locales héritées des IL crée un riche ensemble de propriétés chimiques et physiques complexes, ouvrant de nouvelles perspectives pour la conception de matériaux polymères ayant des fonctions ciblées. Ces propriétés sont étroitement liées à la conformation moléculaire et la dynamique des PIL. Le projet POILLU vise à tirer parti des propriétés de lubrification des IL et de la forte capacité de glissement des polymères fondus pour développer des PIL aux propriétés de lubrification améliorées. Soutenu par la synthèse d'une nouvelle classe de PIL spécifiquement conçus pour répondre aux critères stricts et aux objectifs ambitieux de ce projet, ce consortium multidisciplinaire réalisera une description moléculaire détaillée des mécanismes de transmission des contraintes impliqués dans les PIL en utilisant une large gamme de techniques expérimentales de pointe. Le couplage de la caractérisation rhéologique et des techniques de diffusion du rayonnement (SANS, WAXS) nous permettra de déterminer la relation structure / dynamique à plusieurs échelles apparaissant dans les PIL. La nanostructuration interfaciale des PIL et son impact sur la dynamique des chaînes de surface seront étudiés grâce à des mesures de diffusion de rayons X aux incidences rasantes (GIWAXS) et par appareils à forces de surface (SFA). Enfin, les propriétés de lubrification des PIL seront caractérisées par la technique de vélocimétrie basée sur le photoblanchiment. Cette approche interdisciplinaire réunissant des compétences de renommée internationale dans les domaines de la chimie des polymères, de la physico-chimie et de la physique, mettra en évidence les propriétés exotiques des PIL, à la fois en masse et au niveau des interfaces ouvrant des perspectives scientifiques attrayantes dans le domaine des matériaux polymères complexes ciblant des fonctions spécifiques grâce à une conception moléculaire multi-échelles.

L'impression 3D a considérablement facilité la fabrication de dispositifs (objets) complexes par leur forme et sophistiqués par leurs propriétés dans divers domaines de recherche fondamentaux en termes de coût, de temps et d'accessibilité. Les imprimantes 3D peuvent fabriquer des objets dont la taille varie de quelques microns avec la stéréolithographie à deux photons (TPS) au centimètre. Dans le domaine des circuits micro-fluidiques, la facilité de mise en œuvre et la commodité de l'impression 3D de structures complexes conçues numériquement (CAO 3D) font concurrence aux techniques et méthodes couramment utilisées en Soft-Lithographie. L'impression 3D permet la fabrication directe et rapide de puces micro-fluidiques en s’affranchissant de ces méthodes lourdes à mettre en oeuvre. Parmi toutes les technologies d'impression 3D, la stéréolithographie (SLA) a particulièrement attiré l'attention puisqu’elle est extrêmement précise et que des structures très fines (par exemple canaux de diamètre interne < 100 µm) peuvent être obtenues. Dans ce contexte, les polymères sont les matériaux de choix. Cependant, la principale limitation repose sur le fait que les propriétés du monomère choisi imposent la chimie de surface de l'objet envisagé. Si sur le plan technologique, la résolution et la rapidité d’écriture ont nettement été améliorées, la diversité chimique de la surface de l’objet ainsi que la structuration de cette diversité, sont peu explorées. A ce jour, il n’est pas encore possible de modifier la chimie des surfaces d’une manière simple à partir d’imprimantes 3D, autres que par des traitements de post-fabrication qui bien qu’efficaces sont lourds à mettre en œuvre. Cela devient même un « casse-tête » insoluble quand ces modifications chimiques de surface doivent être localisées en des endroits bien précis de l’objet. Le projet 3D-CustomSurf vise à développer de nouveaux photo-amorceurs uniques par leurs propriétés et à développer de nouvelles méthodologies dans les techniques de fabrication additive 3DP-UV (mm-cm) et TPS (µm). Notre approche repose sur l'utilisation de techniques de photo-polymérisation radicalaire contrôlées (photo-RDRP, en particulier la NMP2) adaptées aux conditions spécifiques de la fabrication 3D pour la fabrication de circuit micro-fluidiques. Notre stratégie sera un atout pour modifier facilement et à façon la chimie de la surface interne de canaux d’un circuit micro-fluidique dédié à la fabrication de microémulsion, aujourd’hui limitée par de nombreuses étapes de post fabrication. Notre stratégie repose sur i) le design et la synthèse d'alcoxyamines photosensibles (photo-amorceurs, NMP2) uniques, portant des chromophores spécifiques pour la fabrication 3DP-UV et TPS ii) une étude de leurs propriétés photo-physiques et chimiques iii) une étude approfondie de leur efficacité pour une première polymérisation et une repolymérisation (polymérisation vivante) dans un contexte d’écriture laser (3DP-UV, TPS) iv) la mise en place de méthodes pour une première polymérisation (3DP-UV) suivie d'une fonctionnalisation de la surface interne (chimique et structuration) par TPS de prototypes simples tels que des tubes v) la fabrication d’un dispositif micro-fluidique dédié à la fabrication d’une micro double émulsion et dont la chimie de la surface des canaux est modifiée pour répondre à la vocation particulière de ce dispositif. Associer l'écriture laser aux méthodologies RDRP est une nouvelle approche peu explorée, notamment dans la stéréolithographie 2 photons (TPS). Cette nouveauté et surtout l’absence d’études approfondies sur les phénomènes chimiques et physiques impliqués au cours du processus de fabrication 3D explique l’absence d’une telle approche. La NMP2 couplée aux techniques d’impression laser permet de considérer l'objet d'une part et la modification de sa surface (chimie et structuration) d'autre part dans un protocole d'une grande simplicité.

Comprendre la réponse des gels sous contrainte est d’une importance primordiale, aussi bien au plan fondamental que pour les applications. Dans ce cadre général, dans BOGUS, nous produirons des billes sphériques de gel millimétriques originales. Les gels, à base de particules colloïdales, sont constitués d’une structure poreuse homogène et nous ferons varier de manière contrôlée leurs propriétés mécaniques. Notre objectif est de rationaliser le comportement de ces billes sous contrainte et d'élucider les interactions complexes entre l'écoulement du liquide à travers les pores (la poroélasticité), la plasticité de la structure formant un réseau et la rupture du réseau. Nous adopterons une approche multi-échelles combinant fluage mécanique sous indentation, analyse d'image et analyse d'images et diffusion de la lumière résolue spatialement et temporellement. Notre projet est fondamental, mais nous étudierons principalement deux configurations particulièrement pertinentes en particulier pour les nombreuses applications utilisant le séchage par pulvérisation: le séchage/gonflement des billes et leur réponse à une déformation mécanique extrême produite par leur impact sur une surface solide. Pour parvenir à une compréhension globale du comportement des billes de gels sous contrainte, le projet sera divisé en cinq tâches scientifiques. La tâche 1 est consacrée à la fabrication de différentes classes de billes de gel colloïdal aux propriétés ajustables. Nous proposons plusieurs stratégies basées sur la variation des interactions entre les particules, la déformabilité des particules ou le mélange de polymères et de gels colloïdaux pour ajuster la ténacité et la fragilité des gels. Le comportement mécanique des différentes classes de gels dans les régimes linéaires et non linéaires sera étudié à l'aide de techniques d'indentation (tâche 2). Les tâches 3 et 4 sont consacrées à la caractérisation du comportement des différents types de billes lorsqu'elles sont soumises à des contraintes modérées (tâche 3) ou extrêmes (tâche 4). Dans la tâche 3, le séchage, le gonflement, et éventuellement plusieurs cycles de séchage et de gonflement, seront étudiés avec une approche multi-échelles, rassemblant des informations structurelles macroscopiques sur les instabilités développées par la bille et des informations dynamiques microscopiques sur les réarrangements des colloïdes formant le réseau. Dans la tâche 4, nous étudierons le comportement des billes de gel lors de leur impact sur une surface répulsive. Des informations macroscopiques sur le processus de fragmentation subi par les billes seront acquises ici, mais à un régime radicalement différent de celui exploré dans le protocole de séchage / gonflement, car la poroélasticité ne joue aucun rôle en raison de la très courte durée de l'expérience. Enfin, la tâche 5 vise à fournir une rationalisation du comportement des billes de gel sous contrainte en fonction des propriétés mécaniques linéaires et non linéaires des gels. En outre, le projet comprend également une tâche de coordination (tâche 5) pour assurer le bon déroulement et l’efficacité du projet. Le consortium regroupe deux équipes d’expérimentateurs avec des compétences complémentaires dans la conception et la mécanique de matériaux mous, et dans les instabilités mécaniques et la physique du séchage.

Les substances naturelles (SN) présentent parfois une complexité moléculaire incroyable dont l’origine reste mystérieuse. Les voies biochimiques permettant, à partir de précurseurs simples issus du métabolisme primaire, l’accès à de tels niveaux de complexité sont souvent inconnues. Leur connaissance constitue un défi majeur dont les implications au-delà de la biochimie sont innombrables p ex en synthèse organique. Nous confronterons : i- la compréhension de la complexité moléculaire dans la nature (biosynthèse), ii- l’anticipation de cette complexité moléculaire par des outils informatiques faisant appel à l’intelligence artificielle (rétrobiosynthèse), iii- la réalité de la réactivité chimique au laboratoire. Un cercle vertueux pour la découverte de nouvelles réactions en cascades (pour, p ex, synthèse totale) et de nouvelles SN complexes sera alors amorcé inscrivant clairement la chimie moléculaire et la chimie des SN à l’heure des mégadonnées et de l’apprentissage machine. Plus en détails, c’est autour de la chimie d’alcaloïdes d’origine marine et de structure particulièrement complexe que s’articule le projet. Une réaction de la chimie organique – la réaction de Chichibabin formant des pyridines – est prise comme modèle car elle peut être postulée dans la biosynthèse de plusieurs alcaloïdes dont les haouamines et les araiosamines. Quatre axes seront étudiés permettant de développer autour d’exemples concrets toute la philosophie du projet.

Les grayananes et kalmanes sont deux familles de diterpenoïdes possédant des activités biologiques prometteuses. Chaque famille comporte un grand nombre de molécules avec un même squelette carboné, et divers degrés d'oxydation. Le projet vise à développer une stratégie flexible de type "synthèse totale collective" pour accéder à un grand nombre de produits naturels de ses deux familles de façon efficace. Pour cela, la stratégie s'appuie sur un intermédiaire commun aux deux familles. La différenciation entre les deux familles se fera grâce à une étape-clé de cascade entre un réarrangement de Wolff et une cyclisation de Prins, qui fera l'objet d'un développement méthodologique. La diversité au sein de chaque famille sera introduite en fin de synthèse par des oxydations dirigées, chimio- et stéréosélectives. L'accès à ces produits naturels permettra d'étudier de façon plus approfondie les activités biologiques des molécules les plus récemment isolées.

Dans un contexte actuel de réduction des déchets, la catalyse et plus particulièrement la biocatalyse répondent aux besoins d’une chimie plus durable. La présence d’amines chirales dans de nombreux intermédiaires de synthèse de composés utilisés en pharmacologie, agronomie, ou d’autres industries, justifie la recherche de méthodes biocatalytiques d’accès à ces molécules. Les amines déshydrogénases (AmDHs), catalysant l’amination réductrice asymétrique de cétones par seules utilisations d’une source d’amine peu couteuse, l’ammoniac, et d’un cofacteur régénérable, sont une des solutions les plus prometteuses. La découverte d’AmDHs natives, par le coordinateur du projet MODAMDH et ses collaborateurs, a permis d’assigner les premiers gènes à cette fonction, élargissant ainsi ce panel d’enzymes précédemment restreint aux enzymes modifiées par ingénierie. Pour répondre aux critères de développement des biocatalyseurs dans l’industrie, en particulier leur stabilité, activité, sélectivité, spécificité ou encore spectres de substrats, des nouvelles enzymes sont à trouver. L’exploration des données génomiques et surtout métagénomiques est une des voies d’accès privilégiées pour accéder à des séquences protéiques diverses et donc potentiellement source de caractéristiques enzymatiques variées. Les stratégies basées uniquement sur l’alignement deux à deux de séquences primaires permettent de découvrir de nombreuses enzymes répondant aux besoins mais appartenant généralement à des familles déjà identifiées. Le projet MODAMDH a pour objectif de cribler la biodiversité par deux approches plus novatrices basées sur la recherche d’homologues lointains et de topologies tridimensionnelles de sites actifs au sein de données génomiques et métagénomiques préalablement filtrées. Ceci permettra d’élargir les châssis enzymatiques catalysant l’amination réductrice et d’accéder à des homologues aux structures variées, présentant des caractéristiques étendues, en particulier en termes de spectre de substrat ou de stéréosélectivités complémentaires. L’analyse structurale de l’ensemble des AmDHs validées expérimentalement permettra de proposer des travaux d’ingénierie protéique nécessaires pour favoriser l’utilisation en synthèse de ces biocatalyseurs. Les résultats attendus permettront aussi un essor de ces méthodes de recherche au sein de la communauté de biocatalyse en favorisant d’autant plus les progrès des outils bio-informatiques associés.

Compte tenu de l’impact environnemental et des pénuries à venir en ressources fossiles, le développement de matériaux obtenus à partir de ressources renouvelables est devenu un enjeu majeur. L’objectif de ce projet est de mettre l’organocatalyse au service de la polymérisation par ouverture de cycle, pour la synthèse de polymères biosourcés. L’approche organocatalytique, qui n’a pas été beaucoup explorée à ce jour, sera complémentaire à court terme, et remplacera à long terme, les méthodes de catalyses organométalliques de façon éco-compatible. Nous développerons la co-polymérisation de dérivés de l’anhydride succinique et d’époxydes issus de ressources renouvelables, via des réactions par ouvertures de cycles. L’anhydride succinique et ses dérivés ont été peu utilisés dans ce domaine, et leurs co-polymérisations avec des époxydes devraient permettre l’accès à de nouveaux matériaux possédant des microstructures à propriétés modulables.

Les terres rares sont des éléments stratégiques pour la décarbonisation de l'énergie. Les technologies qui les utilisent en tant que ressources varient des éoliennes aux moteurs électriques hybrides, principalement en raison de leurs propriétés magnétiques performantes. Ainsi, en tant que matière première non renouvelable, l’industrie des aimants développée autour d’elles devra rationaliser leur utilisation. Les questions importantes sont de savoir comment miniaturiser les aimants et comment les recycler. Une bonne compréhension de leur chimie aidera grandement à résoudre ces problèmes: l'étude de leur chimie physique permet la rationalisation de leurs propriétés magnétiques, première étape pour envisager leur amélioration, tout en une bonne connaissance de leur dynamique en solution avec divers environnements (ligand, solvants) aide à concevoir une méthode adaptée pour leur recyclage. La méthodologie globale proposée dans le présent document viendra renforcer ces grands défis dans les deux aspects: méthodologie de synthèse en chimie organométallique pour la conception spécifique d’aimants monomoléculaires performants à haute température de blocage. Nous cherchons à utiliser un grand ligand monoanionique sous-utilisé: le ligand cyclononatétraényle (Cnt), capable de subir des commutations d’hapticité en fonction de diverses conditions et contraintes. En raison de sa nature monoanionique, il est adapté aux lanthanides de basse valence, mais également aux lanthanides trivalents en association avec le ligand cyclooctatétraényle (Cot), ligand classique de la chimie organométallique. Nous envisageons de synthétiser une collection de composés de lanthanides organométalliques avec divers éléments de lanthanides à différents états d’oxydation et de différentes géométries, grâce à la grande taille du ligand cnt, qui permet les commutations d’hapticité (WP1). La méthodologie de synthèse utilisera des approches originales telles que l'isomérisation induite par un solvant et les commutations d'hapticité induits par un solvant. L'utilisation de ces nouvelles méthodes et l'étude de la dynamique du ligand Cnt doivent être rationalisées par des caractérisations adaptées et des études théoriques (WP2). Un défi important réside dans l'utilisation bénéfique de la méthodologie expérimentale pour pousser la méthodologie théorique et inversement. La conception spécifique de ces composés de lanthanides de géométries variées en fonction du centre métallique permettra d’améliorer leurs propriétés magnétiques et en particulier leurs propriétés de relaxation magnétique. Le défi consiste à étudier et à rationaliser la manière dont (i) la géométrie du ligand et (ii) les propriétés physiques du métal influencent la relaxation magnétique lente dans le but d’augmenter la température de blocage pour atteindre la température de l’azote liquide (77 K) et plus (WP4). Pour accomplir ce défi, une très bonne connaissance de la structure électronique est essentielle. Les outils spectroscopiques (luminescence, EPR) et théoriques seront confrontés. Pour ces molécules avec un grand nombre d'électrons, un couplage spin-orbite important et des effets relativistes forts, la théorie ab initio est très difficile et le développement d'une méthodologie adaptée (WP3) est nécessaire.

Le développement de diodes électroluminescentes émettrices de lumière circulairement polarisée (CP-OLED) utilisant un émetteur chiral est récemment apparu comme une stratégie pertinente en vue de diminuer la consommation énergétique des dispositifs d'affichage et d’accroître leur contraste en comparaison des OLED non polarisées. Cependant, combiner simultanément une forte électroluminescence CP à une forte efficacité du dispositif reste un défi majeur afin d’envisager des applications potentielles en optoélectronique. Récemment, le développement de molécules possédant des propriétés de fluorescence retardée (TADF) a permis d'augmenter considérablement l'efficacité des diodes électroluminescentes conventionnelles. Dans ce contexte, le but de ce projet multidisciplinaire est de concevoir de nouvelles molécules chirales (organiques, organométalliques) présentant une synergie entre les propriétés de TADF et de luminescence circulairement polarisée afin d’élaborer des CP-OLED combinant une électroluminescente fortement polarisée et une efficacité élevée.

La conversion de liaisons C-H en liaisons C-N par insertion de nitrènes est une réaction à économie d’atomes permettant un accès rapide à des molécules à haute valeur ajoutée pour la chimie du vivant et la chimie fine. Les complexes de dirhodium sont parmi les meilleurs catalyseurs de la réaction d’amination d’alcanes par cette voie, malgré la recherche de solutions alternatives avec des métaux de transition plus abondants. Alors que l’insertion intramoléculaire de nitrènes catalysée au rhodium se produit avec de très bons niveaux de régio- et de chimiosélectivité, la version intermoléculaire représente encore un défi à cause de sélectivité et réactivité difficiles à contrôler. La conception de catalyseurs chiraux capables d’induire de bonnes énantiosélectivités dans des conditions oxydantes est aussi un challenge. Ce projet s’inscrit dans la perspective de relever ces défis avec l’incorporation de ligands ferrocéniques rédox-actifs dans des catalyseurs de dirhodium. Cette étude offrira de plus l’opportunité de mieux comprendre le mécanisme d’amination C-H intermoléculaire du point de vue du design des catalyseurs, et l’influence des propriétés électroniques des ligands sur l’efficacité et la sélectivité de ces catalyseurs. L’utilisation du ferrocène comme relais électronique permettra également d’utiliser des oxydants plus doux que les oxydants classiques à base d’iode hypervalent, et d’accéder à de nouveaux catalyseurs chiraux. Le projet CHamRhOx est avant tout de nature fondamentale, son but est de lever les verrous liés à la réaction d’amination C(sp3)-H intermoléculaire et d’étendre son domaine d’application. Il traite en particulier de problèmes liés au développement durable, puisqu’il associe l’utilisation de catalyse, idéalement asymétrique, et la volonté d’utiliser des oxydants plus compatibles avec l’environnement. Des résultats préliminaires, obtenus récemment par une des équipes du consortium, ont montré qu’un complexe de dirhodium possédant un ligand ferrocénique peut effectuer une réaction d’amination C-H intermoléculaire, en gardant la même diastéréosélectivité que le complexe de référence sans ferrocène. Le projet inclut de la synthèse, de la chimie de coordination, des études analytiques et une importante étude en catalyse d’amination C-H.