Projets

Les nanotubes membranaires (Tunneling nanotubes, TNTs) qui sont de fines protrusions riches en actine, constituent une nouvelle voie de communication inter-cellulaire. Ces structures cellulaires joueraient un rôle de premier plan dans la propagation de pathogènes, le cancer et la neurodégénérescence. L’absence de marqueurs spécifiques de ces structures cellulaires rend ardues leur identification et l’étude de leur fonction. Nous avons montré que les TNTs sont impliqués dans le transfert de prions entre neurones. Nous avons aussi montré que des assemblages d’un fragment de la protéine huntingtine, qui sont impliqués dans la maladie de Huntington résident dans des TNTs établis entre neurones en culture. De récentes données tendent à montrer que certaines caractéristiques propres à la protéine du prion telles que son mécanisme de changement de conformation et sa capacité dans son état mal replié (mé-plié) à servir « d’amorce » pour propager le mauvais repliement (mé-pliement) de la forme normale et fonctionnelle de cette protéine est une propriété générique partagées par des protéines impliquées dans des maladies neurodégénératives comme la protéine tau (dont l’accumulation intracellulaire est associée à la maladie d’Alzheimer et d’autres tauopathies), l’alpha-synuclein (dont l’accumulation intracellulaire est associée à la maladie de Parkinson et autres synucleinopathies) ou la huntingtine (dont l’accumulation intracellulaire est associée à la maladie de Huntington). En effet, il a été montré que les protéines mal conformées et agrégées impliquées dans les maladies neurodégénératives se propagent de cellule à cellule à la façon des prions. Si une telle propagation et amplification des agrégats protéiques se produit dans le cerveau, ce processus et les agrégats protéiques qui y sont associés pourraient être à la source du déclin progressif et continuel des fonctions neuronales et cognitives observé dans ces maladies. Nos travaux préliminaires indiquent que ces agrégats protéiques se propagent entre cellules à travers les TNTs. Nous émettons l’hypothèse que le transfert de ces agrégats protéiques entre cellules via les TNTs est une voie majeure de transmission de ces agrégats protéiques et par conséquent un contributeur majeur au déclin des fonctions du cerveau. Nous proposons par conséquent d’étudier le mécanisme de formation des TNTs, afin de moduler l’établissement de ces structures cellulaires. Nous identifierons des marqueurs spécifiques des TNTs afin de mieux les étudier et déterminer leur nombre, taille, vitesse d’établissement entre cellules etc… Nous documenterons par ailleurs la propagation d’agrégats protéiques impliqués dans les maladies neurodégénératives de Parkinson et de Huntington à travers ces structures. Nos travaux et les connaissances que nous génèrerons à travers un partenariat ou les complémentarités sont très élevées ouvriront la voie à la conception de nouveaux outils thérapeutiques destinés à ralentir la progression de maladies neurodégénératives dramatiques.

Récemment, nous avons fourni la preuve génétique qu’un dysfonctionnement mitochondrial peut être à l’origine de la dégénérescence des motoneurones. Nous avons analysé une grande famille présentant une myopathie mitochondriale associée à une atteinte des motoneurones et à un déclin cognitif évoquant une démence frontotemporale (DFT). Nous avons identifié une mutation faux-sens (p.Ser59Leu) dans le gène CHCHD10 codant pour une protéine mitochondriale dont la fonction était inconnue. La coexistence d’une atteinte des motoneurones et d’une démence frontotemporale chez des patients atteints de maladie mitochondriale nous a conduit à analyser CHCHD10 dans une cohorte d’individus présentant un phénotype de sclérose latérale amyotrophique avec démence frontotemporale (SLA-DFT). Rapidement, notre groupe et d'autres ont rapporté des mutations dans CHCHD10 chez des patients atteints de SLA-DFT et de SLA pure familiale ou sporadique. En outre, une mutation fondatrice dans CHCHD10 a été identifiée chez 17 familles finlandaises présentant une maladie des neurones moteurs bénigne, d’apparition tardive appelée SMAJ. Nous avons également montré que CHCHD10 est une protéine mitochondriale située dans l'espace inter membranaire qui appartient au complexe MICOS, impliqué dans le maintien des crêtes mitochondriales. Le désassemblage du complexe MICOS dans les fibroblastes de patients porteurs de l'allèle mutant CHCHD10S59L entraîne une perte des crêtes mitochondriales, une désorganisation des nucléoïdes et un défaut dans l'apoptose dépendante de la voie des caspases. La sclérose latérale amyotrophique est une maladie dévastatrice qui affecte les neurones moteurs supérieurs et inférieurs conduisant à la défaillance progressive du système neuromusculaire et à la mort par insuffisance respiratoire. Parmi tous les facteurs impliqués dans la pathogenèse de cette affection, un dysfonctionnement mitochondrial a toujours été reconnu comme étant un acteur majeur. Cependant, l’hypothèse d’un rôle causal de la mitochondrie dans la SLA a toujours été débattue. Nos résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour comprendre la pathogenèse des maladies du motoneurone en montrant qu’un dysfonctionnement mitochondrial peut être à l'origine de certains de ces phénotypes. Les objectifs de ce projet sont (i) de mieux caractériser le rôle de la protéine CHCHD10 et de comparer les effets des différentes mutations du gène correspondant associées à des phénotypes cliniques différents, (ii) de comprendre comment les mutations de CHCHD10 conduisent à la mort des motoneurones en générant des modèles cellulaires et murins spécifiques, (iii) de rechercher si des mutations de CHCHD10 peuvent être impliquées dans d'autres phénotypes cliniques et, (iv) de déterminer quelles interventions visant à rétablir des fonctions mitochondriales correctes peuvent constituer une option thérapeutique pour la SLA.

Les infections ostéo-articulaires à Staphylococcus aureus (S. aureus), retrouvées aussi bien chez les populations âgées que chez des populations de plus en plus jeunes, constituent un problème majeur de santé publique car elles sont sévères, invalidantes, difficiles à traiter et volontiers chroniques/récidivantes en raison de la persistance des bactéries dans les ostéoblastes et/ou dans des biofilms. Les systèmes de délivrance de médicaments apparaissent comme étant de nouvelles opportunités pour contourner les actuelles limitations d’efficacité et de toxicité de l’antibiothérapie. ANTIDOTE propose un assemblage original “cœur-enveloppe” permettant le ciblage de sites d’infection extra-, intracellulaire, ou au sein de biofilms et le relargage d’agents antimicrobiens. Le cœur des nano-assemblages ANTIDOTE, de taille contrôlée, correspondra à une nanoparticule de polymère. Des antibiotiques d’intérêt pour traiter les infections ostéo-articulaires seront incorporés dans ces nanoparticules. L’enveloppe des nano-assemblages ANTIDOTE sera composée de lipides. La formulation lipidique impliquera aussi des conjugués lipides-PEG afin de développer des assemblages “furtifs” injectables, présentant une opsonisation limitée. Après avoir mis en évidence l’absence de toxicité des nano-assemblages ANTIDOTE, la preuve de concept de leur efficacité sera testée in vitro, sur les bactéries planctoniques, puis dans un modèle de biofilm, ainsi que dans un modèle ex vivo d’infection intra-ostéoblastique. Les formulations les plus efficaces seront enfin testées dans des modèles d’infection ostéo-articulaire aiguë et chronique. ANTIDOTE réunit un consortium multidisciplinaire présentant des compétences complémentaires en chimie, physico-chimie, toxicologie et microbiologie (IMP, ISMO, CEA-INAC, CIRI-INSERM). L’approche originale proposée dans ANTIDOTE constitue une alternative innovante et originale aux antibiothérapies classiques et devrait permettre i) d’accroitre fortement l’activité antibactérienne contre S. aureus et/ou de diminuer les doses d’antibiotiques utilisés, ii) de limiter les effets secondaires des antibiothérapies.

L’Accident Vasculaire Cérébral (AVC) est une des causes majeures de décès et d'invalidité en Europe, avec un coût total estimé à 65 milliards € par an. Même si des mesures préventives sont mises en place par les systèmes de santé nationaux pour réduire l'incidence des AVC, le nombre de personnes ayant subi un AVC est susceptible d'augmenter de 1,1 million par an en 2000 à plus de 1,5 million par an en 2025 à cause du vieillissement de la population en Europe. Lorsqu'ils ne sont pas mortels, les AVC provoquent des lésions entraînant des handicaps moteurs. Ainsi, on estime que, à une échelle mondiale, 24% à 74% des 50 millions de patients ayant subi un AVC seraient plus ou moins dépendantes d’aides techniques ou de leur entourage pour des activités de la vie quotidienne telles que la marche, la toilette, l'habillage, la préparation des repas, le sommeil. Ainsi, l'AVC est une maladie chronique pouvant avoir une influence très négative sur l'indépendance dans la vie quotidienne. L'évaluation de l'indépendance fonctionnelle des patients AVC se fait habituellement par des échelles telles que l'indice de Barthel (BI). Cependant, comme ces échelles reposent sur des modèles basés sur des données moyennes, elles présentent peu d'intérêt pour un individu ayant besoin d'une évaluation personnalisée de son niveau d'indépendance. Ce type d'évaluation par échelle comporte, en effet, des limites importantes rendant son pouvoir diagnostic assez faible pour différencier finement des difficultés dans la vie quotidienne. En outre, ces échelles sont basées sur données subjectives fournies par les patients eux-mêmes ou leurs aidants. Il serait pertinent de fonder l'évaluation du niveau d’indépendance des patients AVC sur des données objectives décrivant les activités quotidiennes au travers d’un certain nombre de capteurs non-intrusifs. MEMENTO apportera une évaluation plus précise des difficultés de la vie quotidienne, à partir de données issues directement de l’activité physique des patients avec AVC, de données physiologiques et de bilans neuropsychologiques. Le Consortium est constitué de 5 partenaires, notamment 2 établissements de recherche, 2 PME et un utilisateur final. Les établissements de recherche sont le CEA et l’IFSTTAR. Le CEA, coordinateur, travaillera sur le suivi d’activité physique et sur l'évaluation utilisateur. L’IFSTTAR se concentrera sur les mesures d'indépendance physique. Les 2 PME fourniront des solutions technologiques, à savoir un logiciel d'analyse de données pour Magillem Design Services et des services de suivi de personnes fragiles pour Bluelinea. Aussi, ces partenaires exploiteront les solutions proposées par le CEA. La Fondation Hopale s’impliquera, d’une part, dans l’analyse des besoins des patients avec AVC et l’évaluation des technologies proposées. D’autre part, elle adaptera des jeux sérieux pour l’analyse de l’activité motrice.

Les maladies infectieuses chez les poissons d’élevage causent 20% de perte de production. Dans un contexte où la part d’aquaculture dépasse déjà la pêche et pourrait encore doubler d’ici 2050, la vaccination contre ces maladies est essentielle pour réduire l’impact environnemental de l’élevage, en permettant d’éviter des traitements chimiques et antibiotiques de longue durée et de limiter les risques de propagation de maladies vers les populations sauvages. La vaccination a déjà largement servi la lutte contre les infections bactériennes chez les poissons d’élevage (tels que le saumon de Norvège). Néanmoins, un grand nombre de virus et parasites n’ont pas de vaccins disponibles. Alors que les vaccins à ADN offrent une excellente protection contre de nombreux virus de poisson et qu’un tel vaccin (Apex-IHN®) est utilisé chez le saumon au Canada depuis 2005, aucun vaccin à ADN n’a été approuvé jusqu’à présent pour la pisciculture en Europe, d’une part car la voie d’administration de ces vaccins (par injection intramusculaire) est coûteuse et non applicable aux alevins, d’autre part, car cette technique comporte un risque d’intégration de l’ADN vaccinal au génome et de propagation du caractère OGM aux populations sauvages. Le projet Fish-RNAvax a pour but de contourner ces difficultés en proposant des vaccins à ARNm comme alternative à l’ADN (tel que déjà pratiqué en santé humaine) et en explorant des voies muqueuses de délivrance vaccinale. L’ARNm sera vectorisé à l’aide d’un système de délivrance particulaire biodégradable, développé par le partenaire 1, qui est naturellement pris en charge par les cellules présentatrices d’antigène des muqueuses lorsqu’il est administré par immersion chez le poisson zèbre adulte (résultats non publiés). Le projet combinera les avantages du poisson zèbre, dont les approches de génétique et d’imagerie permettront d’optimiser les stratégies vaccinales et caractériser les réponses immunitaires, et de la truite arc-en-ciel, un modèle plus pertinent pour la pisciculture. Notre consortium regroupe 4 partenaires avec des domaines d’expertise synergistiques, en immunologie, nanotechnologie, poisson d’élevage et bioimagerie. La tâche 1 concernera la gestion du projet. En tâche 2, le partenaire 1 formulera des vaccins candidats, en utilisant des nanoparticules de polyacide lactique de 200nm comme plateformes versatiles pour charger des ARNm transcrits in vitro (ou des ADN plasmidiques témoins). Dans la tâche 3, les partenaires 1 et 4 sélectionneront chez le poisson zèbre des formulations et des voies d’administration (en particulier muqueuses) permettant une forte expression de l’ARNm in vivo. Pour cela, un crible sera conduit sur l’expression cumulative d’un rapporteur fluorescent, via une approche hautement sensible Cre/lox. Puis, l’expression d’un ARNm eGFP formulé sera caractérisée en détail dans les muqueuses, les organes et les cellules immunitaires, par imagerie « corps entier ». Dans la tâche 4, les 4 partenaires caractériseront les réponses immunitaires innée et humorale dans des poissons zèbres vaccinés par l’ARNm codant la protéine G du SVCV (Spring Viremia of Carp Virus), ainsi que l’efficacité de protection contre SVCV, conférée à l’adulte ou aux stades plus précoces par les formulations vaccinales retenues. Enfin, dans la tâche 5, les meilleures stratégies vaccinales seront testées chez la truite par le partenaire 2, afin d’évaluer la capacité d’un ARNm de la protéine G du virus VHSV (Viral Haemorrhagic Septicaemia Virus) à protéger les poissons contre le VHSV, et de caractériser la réponse cellulaire B. Ainsi, le projet Fish-RNAvax proposera une stratégie vaccinale originale et innovante dédiée au poisson, compatible avec les enjeux de durabilité de l’aquaculture. Cette approche pluridisciplinaire à la pointe des technologies génèrera un savoir fondateur sur les réponses immunitaires du poisson et leur modulation par diverses voies vaccinales.

MICROFEED propose l’étude d’un partenaire inexploré de l’élevage – le microbiote intestinal – pour repenser l’amélioration de l'efficacité de production et de la robustesse des porcs en élevage. Le microbiote est un partenaire essentiel de l’animal pour la mise à disposition de certains nutriments au niveau de l’intestin, c’est un acteur clé de l’utilisation de l’aliment pour la croissance, mais aussi pour le contrôle de la santé et de l’immunité. MICROFEED explorera la composante « microbiote intestinal » et son lien avec la génétique et la génomique de l'efficacité alimentaire et de la robustesse de l’hôte dans deux protocoles uniques déjà existant pour l'étude de l'efficacité alimentaire. Le premier protocole s'appuie sur 10 générations de sélection divergente pour l'efficacité alimentaire de deux lignées de porcs, afin d’identifier et de quantifier l’effet des microbes co-sélectionnés en réponse à la sélection génétique des animaux pour l’efficacité alimentaire. Le deuxième dispositif s'appuie sur une population commerciale en sélection, subdivisée en deux lots contrôlés avec un aliment conventionnel ou un aliment difficile à digérer en raison de l’inclusion de fibres. Ce deuxième dispositif a été mis en place en collaboration entre l’INRA et les professionnels de la sélection porcine française. Dans une première étape, MICROFEED permettra de compléter les données existantes (phénotypes et génotypes) par un génotypage des animaux quand il n’est pas disponible (2608 porcs) et un séquençage partiel du microbiote fécal (2200 échantillons) pour obtenir une description quantitative des liens microbiote/génome de l'hôte et de l’influence des changements de la ration alimentaire, et établir des équations de prédiction de l’efficacité alimentaire. Dans une seconde étape, le séquençage complet du microbiote sera réalisé pour 96 échantillons représentatifs de profils microbiens contrastés pour des niveaux d’efficacité alimentaire extrêmes, et le génome de 40 porcs représentatifs des deux designs sera séquencé. La combinaison de ces deux informations permettra d’identifier les gènes des hôtes et des microbes impliqués dans l’efficacité alimentaire des animaux en fonction de leur aliment, et de comprendre les mécanismes biologiques mis en jeu. Des échantillons de microbiotes fécaux d’animaux variés (races, alimentation, conditions d’élevage variées) disponibles auprès des partenaires du projet seront finalement utilisés pour valider les équations de prédiction établies dans la phase 1 et tester leur robustesse. En identifiant les microbes qui participent à l’efficacité alimentaire et qui sont robustes aux changements de l’alimentation, MICROFEED ouvrira la voie à de nouveaux outils génomiques permettant de piloter conjointement la composition du microbiote et la génétique de l’hôte en élevage pour les sélectionneurs porcins, mais aussi les professionnels de l’alimentation animale. MICROFEED est structuré en huit tâches, dont une dédiée à la conduite de projet (T0), et une dédiée à la valorisation at au transfert des résultats (T7). Les deux premières tâches sont dédiées à l’acquisition de données. Les trois tâches suivantes sont liées à l’acquisition de connaissances nouvelles sur les liens entre microbiote, génétique de l’hôte et influence de l’aliment. La T6 vise à valider ces résultats sur des échantillons variés, et à proposer des stratégies de sélection et de conduite des animaux. Le consortium est composé de sept groupes INRA spécialisés dans la génétique et la génomique des animaux d’élevage, l’efficacité alimentaire et le microbiote intestinal, plus deux partenaires privés de la sélection porcine française représentant plus de 75 % du marché français de la génétique. Le coût total de MICROFEED est de 1,4 million d’euros (hors salaires environnés INRA), dont une contribution des industriels de 258 k€ et une demande de financement auprès de l’ANR de 719 k€, pour un travail total de 227 mois.hommes sur une durée de 4 ans.

Les plantes, organismes sessiles, sont très sensibles à leur environnement. Le sol est très hétérogène, avec des régions favorablesou au contraire stressantes. Différents stress peuvent être rencontrés localement par les systèmes racinaires, tels qu’une carence en nutriments ou en eau, ou un pathogène. Les plantes légumineuses ont la capacité unique de s’associer avec des bactéries fixatrices d’azote (rhizobia) du sol pour former des organes symbiotiques racinaires appelés nodosités. Contrairement aux autres plantes, cette symbiose permet aux légumineuses d’acquérir leur azote à partir de N2 atmosphérique présent en quantité illimitée. Les légumineuses échappent ainsi aux carences du sol en azote minéral qui limite fréquemment la croissance dans des sols non fertilisés. Cependant, des stress abiotiques et biotiques perturbent le développement et le fonctionnement des racines et des nodosités, entraînant une instabilité de leurs rendements. Il y a donc un besoin urgent d’améliorer l’adaptation des légumineuses à ces contraintes environnementales pour favoriser la généralisation de leur utilisation dans des pratiques agro-écologiques. Des stratégies intégratives permettre aux plantes de s’adapter aux sols hétérogènes et fluctuants. Ainsi, des signaux induits localement par des stress peuvent générer des signaux systémiques à longue distance qui induisent le développement de racines et de nodosités dans les régions dépourvues de stress. Ces réponses compensatoires permettent à la plante d’augmenter sa capacité de nutrition dans les régions non-stressantes pour contrebalancer l’effet négatif du stress initial. Une meilleure compréhension de ces mécanismes de régulation systémique pourrait permettre d’identifier des bases génétiques utilisables pour améliorer la tolérance des plantes aux stress par des stratégies innovantes de sélection. Le projet PSYCHE vise donc à comparer les réponses systémiques à différents stress locaux, la carence en azote, en eau (sécheresse) et l’infection par un pathogène, afin d’identifier des réseaux de gènes co-exprimés impliqués dans des réponses développementales compensatoires communes induites par ces différents stress. Pour discriminer sans ambiguïté les réponses locales des réponses liées à la signalisation systémique, le projet PSYCHE utilisera des systèmes expérimentaux dits de « split-root » chez la plante modèle Medicago truncatula. Des données préliminaires ont montré que la réponse systémique à un déficit en N ou en eau local induisait des réponses compensatoires similaires, suggérant que des voies de régulations systémiques associées au statut nutritionnel pourraient réguler le développement des racines et des nodosités en réponse à différents stress. Ces réponses systémiques à une carence en N ou en eau seront analysées au niveau physiologique et transcriptomique pour identifier des réseaux de gènes co-exprimés communs. De plus, pour étendre à un stress biotique le concept d’une voie commune de compensation du développement racinaire et des nodosités, on testera l’effet d’une infection locale par le pathogène racinaire Aphanomyces euteiches. Les réseaux de gènes communs identifiés seront ensuite testés fonctionnellement dans des mutants affectés dans des voies systémiques régulant à la fois le développement des racines et des nodosités. De plus, en utilisant une collection de génotypes de M. truncatula contrastants pour les réponses aux stress, nous identifierons les réseaux de gènes qui présentent des traces d’évolution adaptative, et dont la variation génétique est à la fois ciblée par la sélection naturelle et associée à une tolérance à la sécheresse et/ou à Aphanomyces. Finalement, nous déterminerons la conservation des voies de régulation systémiques identifiées entre le modèle M. truncatula et une légumineuse cultivée, le pois, dans le but de développer des marqueurs de sélection utilisables dans différentes plantes cultivées pour améliorer leur tolérance au stress.

Les mammites sont un problème majeur de l’industrie laitière à cause d’une altération de la qualité du lait et d’une augmentation des coûts de production. En complément des mesures hygiéniques, la sélection génétique pour augmenter l’immunité vis-à-vis des infections mammaires et la résistance globale aux mammites est envisagée ; des programmes d’amélioration génétique sont déjà en place dans de nombreuses races laitières. Cependant, les principaux gènes et mécanismes qui contrôlent la prédisposition aux mammites ne sont pas connus. Au cours d’une analyse génétique d’association pour identifier les loci de prédisposition aux mammites dans la race ovine Lacaune, nous avons identifié une mutation ponctuelle dans le domaine de liaison SH2 de SOCS-2. Cette mutation est associée à une perte de la liaison aux ligands et donc une inactivation de SOCS-2. La mutation est fréquente puisqu’elle est présente dans 22% des allèles. En outre, elle explique 12% de la variance génétique du caractère. Une inflammation mammaire chronique est associée à cet allèle, de même qu’une augmentation de la taille des animaux et de la production laitière. Ces observations suggèrent fortement que nous avons identifié un facteur avec des fonctions pléiotropiques, qui agit à la fois sur la production laitière, sur la croissance ainsi que sur l’immunité et sur la prédisposition aux infections bactériennes. L’objectif du projet REIDSOCS est d’étudier les mécanismes de prédisposition aux infections bactériennes lorsque SOCS-2 est inactif. En effet, SOCS-2 appartient à une famille de protéines qui régulent les voies de signalisation JAK/STAT à partir de plusieurs récepteurs de cytokines et d’hormones. Les mécanismes régulateurs de la réponse inflammatoire liés au contrôle des maladies infectieuses ne sont pas encore résolus. Les investigations seront réalisées à l’échelle de la population, de l’animal, et des cellules mammaires et immunitaires. Nous utiliserons aussi l’introgression de la mutation dans le génome murin pour déterminer précisément les fonctions altérées. Le projet débouchera sur de nouvelles connaissances applicables en sélection génétique pour l’amélioration de la santé des animaux, mais aussi de nouvelles connaissances sur les mécanismes de régulation des réponses immune et inflammatoire. A l’échelle de la population, une description précise du phénotype en relation avec SOCS-2 muté sera réalisée et la diffusion de la mutation comme conséquence de la sélection génétique sur la production laitière sera évaluée. Ses effets bénéfiques ou négatifs sur les objectifs de sélection seront analysés, et une stratégie pour sa gestion future dans la population de brebis Lacaune fait partie des livrables. De façon plus générique, le projet produira des informations pour la gestion de mutations causales ayant un effet pléiotropique sur des caractères de production versus des caractères fonctionnels. A l’échelle de l’organisme analysé comme un système, le rôle de la mutation sera évalué dans l’espèce ovine après édition du génome en introduisant la mutation dans un fond génétique résistant aux mammites, de façon à prouver son rôle déterminant dans la prédisposition aux mammites. En outre, un modèle murin sera développé afin d’étudier les mécanismes associés à des fonctions de SOCS-2 altérées dans des essais in vitro et in vivo. Ces études ont également pour but d’identifier le répertoire des gènes et des fonctions anormales des macrophages, des lymphocytes et des cellules épithéliales mammaires. De cette façon, nous pourrons définir l’ensemble des facteurs en interaction avec SOCS-2 et les voies de signalisation impliquées qui conduisent à une altération de l’immunité bactérienne et de la production laitière. Cette information pourra être exploitée en retour pour identifier d’autres mutations ou expressions anormales de facteurs qui prédisposent les mammifères domestiques aux infections mammaires.

Les légumineuses, de par leur capacité à s’associer symbiotiquement avec des bactéries fixatrices d'azote, appelées rhizobia, ont un impact écologique et agronomique majeur. Une avancée fondamentale dans notre compréhension de cette interaction symbiotique a été la découverte, au début des années 1990, que celle-ci repose sur un échange de molécules signal diffusibles entre les deux partenaires. Les facteurs Nod (FN) ont été reconnus comme un signal bactérien essentiel pour déclencher le programme de nodulation chez la plante hôte. Pendant longtemps, ce signal clé a été supposé être conservé chez tous les rhizobia capables de noduler. Cependant, en 2007, nous avons remis en question ce dogme en démontrant que des souches de Bradyrhizobium photosynthétiques nodulent certaines espèces d’Aeschynomene en l'absence de synthèse des FNs. Les signaux bactériens permettant l’établissement de cette symbiose restent à découvrir. Il a été proposé que ce processus symbiotique alternatif représente l'état ancestral de la symbiose rhizobium-légumineuse. Plus récemment, nous avons démontré que des bradyrhizobia non-photosynthétiques, grâce à un système de sécrétion de type 3 (T3SS), peuvent également activer la nodulation chez les Aeschynomene indépendamment des FNs. Etant donné que cette machinerie de sécrétion est absente chez la plupart des souches de bradyrhizobia photosynthétiques, nous concluons qu’il existe au moins deux voies de signalisation indépendantes des FNs, une qui nécessite le T3SS et l’autre pas. Le complexe T3SS, initialement identifié chez les bactéries pathogènes de plantes et d’animaux, permet l’injection de T3SS effecteurs à l'intérieur des cellules hôtes où ils suppriment les réactions de défense et favorisent l'infection. Bien qu'il soit connu depuis plus d'une décennie que les rhizobia peuvent utiliser le T3SS pour moduler le système immunitaire de la plante lors de la nodulation, notre travail indique que des T3SS effecteurs peuvent aussi activer directement la nodulation en contournant la reconnaissance des FNs. Notre objectif principal dans le projet SymEffectors est d'explorer pour la première fois comment certains rhizobia utilisent une stratégie dite "'pathogène" pour déclencher le processus symbiotique chez les légumineuses. Notre consortium, impliquant des spécialistes de la symbiose et pathogenèse végétale, combinera des approches omiques, de la génétique bactérienne et végétale ainsi que des techniques de biologie cellulaire pour disséquer au niveau moléculaire cette nouvelle voie symbiotique. Nous allons nous focaliser sur le questionnement scientifique suivant: Quels sont les T3SS effecteur(s) qui déclenchent l’organogenèse nodulaire et l'infection? Quelles sont les voies de signalisation de la plante qui sont activées lors de la mise en place de ce processus symbiotique? Quel est le degré de conservation entre les 2 voies de signalisation symbiotiques indépendantes des FNs? Quelles sont les cibles chez la plante de ces T3SS effecteur(s)? Les connaissances sur ce programme de nodulation ancestral devraient être très importantes pour mieux exploiter les interactions symbiotiques rhizobium-légumineuses déjà existantes dans la nature mais aussi pour le développement de nouvelles stratégies de transfert de la symbiose fixatrice d'azote aux céréales.

Le projet TomEpiSet vise à découvrir de nouvelles stratégies pour surmonter l’effet négatif des températures élevées sur la nouaison des fruits et les rendements de production chez la tomate. La principale nouveauté de ce projet est la découverte de la part de la composante épigénétique dans la régulation de la mise à fruits et de la parthénocarpie en rapport avec la signalisation auxinique. L’établissement de profils transcriptomiques à l’échelle du génome entier et les études d’immuno-précipitation de la chromatine et de la méthylation de l’ADN, permettront d’établir des cartes détaillées d'expression multidimensionnelles des marques épigénétiques menant à la découverte de nouveaux intervenant dans les processus de transition fleur-fruit. Sur le plan scientifique, les résultats attendus amèneront une percée majeure en biologie des organes reproducteurs qui ouvrira la voie à de nouvelles stratégies d'amélioration des rendements en conditions environnementales défavorables.

Le projet "Viro-DUB" : "Déubiquitinases virales : de nouveaux acteurs dans le contrôle des infections virales chez les plantes" vise à l'étude de nouveaux mécanismes gouvernant les interactions plantes/virus, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour le développement de stratégies antivirales chez les plantes. En utilisant le Turnip yellow mosaic virus (TYMV)/Arabidopsis comme pathosystème modèle, nos objectifs sont d'explorer l'implication dans le contrôle de l'infection virale d'une enzyme virale nouvellement décrite et possédant une activité déubiquitinase (DUB). En utilisant une combinaison d'approches de biologie moléculaire et cellulaire végétale, de biochimie, de génomique fonctionnelle et de transcriptomique, nous souhaitons caractériser l'interférence éventuelle de la DUB virale sur les voies de signalisation de l'immunité innée - avec un intérêt particulier pour les cascades de signalisation MAPkinases, et déterminer l'implication de ces voies d'immunité innée dans la résistance antivirale. Nous étudierons également si le fait de coder pour une DUB virale est une stratégie commune à d'autres virus de plante, y compris des pathogènes d'intérêt agronomique. Enfin, en tirant parti du développement récent de molécules inhibitrices des DUBs, nous rechercherons des inhibiteurs de la DUB du TYMV, avec pour objectif de développer de nouvelles stratégies antivirales contre les virus de plantes. Ce projet associe trois équipes académiques de compétences complémentaires; celle du Dr. Isabelle Jupin (Institut Jacques Monod, Paris), spécialisée en virologie moléculaire et cellulaire végétale, celle du Dr. Lionel Navarro (Ecole Normale Supérieure, Paris), spécialisée dans le contrôle de l'expression des gènes et la régulation de l'immunité innée, et celle des Drs Jean Colcombet et Heribert Hirt (Institut des Sciences des Plantes de Paris-Saclay, Orsay), spécialisée dans le contrôle des voies de signalisation par les MAPkinases lors de stress biotiques et environnementaux. Le projet "Viro-DUB" devrait générer des résultats à la pointe de la recherche dans le domaine des relations hôte / pathogènes. Ceci permettra une meilleure compréhension du dialogue moléculaire qui s'établit entre les virus et la cellule hôte, offrant ainsi des perspectives de recherche fascinantes et ouvrant la voie à des applications possibles dans le domaine de l’agriculture.

Le fer (Fe) est un élément essentiel pour les organismes vivants. Les graines représentent la principale source de Fe pour la nutrition humaine. Une alimentation basée sur des grains à faible teneur en micronutriments (fer et zinc principalement) est considérée comme la principale cause de carences minérales au niveau mondial. Les carences alimentaires en Fe sont la cause de plus de 90% des cas d’anémie à l’échelle mondiale et ceci reste vrai dans les pays développés. Le concept de biofortification, c’est-à-dire le développement de produits végétaux ayant une concentration et une biodisponibilité accrue en microéléments est actuellement largement reconnu comme une stratégie durable pour combattre ces désordres nutritionnels. Contrôler le contenu en Fe des graines, tant sur le plan quantitatif que qualitatif est donc un enjeu majeur. L’identification des gènes contrôlant ce processus est une étape incontournable pour envisager des stratégies de biofortification visant à améliorer la valeur nutritionnelle des graines. L’objectif du projet est d’identifier, chez Arabidopsis thaliana, les gènes contrôlant les processus de chargement, de stockage et de remobilisation du fer de la graine, en se basant sur l’expertise et les résultats précédemment obtenus par les partenaires (P1, BPMP, Montpellier; P2, I2BC, Gif-sur-Yvette, P3, UPMC, Paris). Nous avons récemment montré chez Arabidopsis et chez le pois que le fer est délivré à l’embryon sous forme de complexes ferriques avec du citrate et du malate et qu’une étape de réduction, catalysée par de l’ascorbate, est nécessaire pour transporter le fer dans l’embryon (P1). Grâce à l’utilisation de techniques d’imagerie élémentaire complémentaires, nous (P1 + P2) avons montré que dans l’embryon mature le fer est stocké dans les vacuoles de l’endoderme, une assise cellulaire associée au système vasculaire et enfin, les travaux pionniers du partenaire 2 ont montré le rôle majeur de deux transporteurs tonoplastiques d’efflux, NRAMP3 et NRAMP4, dans la remobilisation du fer vacuolaire lors de la germination. Sur la base de ces données et de résultats préliminaires, le projet ISISTOR visera à identifier (i) les gènes qui contrôlent le chargement de la graine, notamment les systèmes de transport d’efflux d’ascorbate, (ii) les gènes contrôlant le processus de remobilisation du fer vacuolaire au cours de la germination, (iii) les interactions entre l’homéostasie du Fe et les propriétés de la graine (dormance, germination, vigueur). Le projet proposé va combiner des approches d’analyses de la fonction de gènes candidats préalablement isolés ainsi que des cribles génétiques et de la génétique d’association (Genome Wide Association Studies, GWAS) avec des approches d’imagerie du fer dans les cellules pour identifier de nouveaux acteurs moléculaires. Ce projet permettra de disposer de nouveaux outils visant, in fine, à manipuler la concentration et la biodisponibilité du fer dans les graines à travers le transfert vers des espèces d’intérêt agronomique. Les trois partenaires de ce projet ont des compétences reconnues et complémentaires sur la caractérisation biochimique et moléculaire des mécanismes de transport du fer d’une part (P1+P2) et sur la biologie de la graine d’autre part (P3). P1 et P2 ont récemment acquis la maîtrise de techniques complémentaires d’imagerie et de caractérisation des formes chimiques du fer dans les cellules (histochimie, imagerie synchrotron, microscopie électronique, spectroscopie d’absorption de rayons X).

GRaSP (Genetics of Rhizobia Selection by Pea) est un projet de Recherche Collaboratif visant par une approche originale, à améliorer l’attractivité de la culture du pois. Ce projet associe les compétences multidisciplinaires de quatre laboratoires de recherche académique et d’un institut technique impliqué dans la promotion de la culture des Légumineuses en France. Les légumineuses présentent le double intérêt de permettre une production de graines à haute teneur en protéines sans nécessité d’un apport d’engrais azoté et ainsi d’assurer à la fois sécurité alimentaire et respect de l’environnement. La culture des légumineuses, y compris le pois (Pisum sativum L.) qui est l’espèce la plus cultivée en France, reste cependant limitée en Europe, ceci principalement en raison de l’irrégularité de leur rendement. En outre, l’instabilité de la teneur en protéines des produits récoltés freine leur utilisation en particulier en agroalimentaire. Différent projets ont récemment développé des ressources génétiques et génomiques indispensables à l’amélioration du pois. Ces ressources permettent aujourd’hui d’aborder la question spécifique de l’amélioration de l’interaction entre le pois et son partenaire symbiotique fixateur d’azote, Rhizobium leguminosarum sv. viciae (Rlv) afin d’améliorer les services rendus par la symbiose. L’établissement de la symbiose entre pois et rhizobium nécessite une reconnaissance mutuelle spécifique entre les deux partenaires, induisant par la suite le développement des organes symbiotiques appelés nodosités. Le projet GRaSP a pour ambition d’acquérir une meilleure connaissance des déterminants génétiques du choix entre les partenaires symbiotiques pois et Rlv pour pouvoir, à terme optimiser ce choix pour les conditions de culture en plein champ. Dans cet objectif, trois approches sont proposées. La première approche a pour but de disséquer l’architecture génétique du choix des partenaires symbiotiques et d’identifier des gènes potentiellement impliqués dans la variation de ce caractère ; elle sera basée sur une étude de génétique d’association réalisée sur une vaste collection d’accessions de pois génotypées avec un grand nombre de marqueurs SNPs et phénotypées pour leur choix de partenaires symbiotiques parmi un mélange de souches de Rlv représentatif de la diversité du partenaire bactérien nodulant le pois. La seconde approche sera menée en parallèle et questionnera le rôle de certains gènes de pois et de rhizobium connus pour jouer un rôle dans la spécificité de l’interaction entre les deux partenaires, c’est-à-dire dans la reconnaissance par la plante de signaux symbiotiques produits par les Rlv. Les deux approches bénéficieront des ressources génétiques disponibles pour le pois et Rlv, des ressources génomiques les plus récentes et des compétences en phénotypage haut-débit apportées par le consortium des quatre partenaires académiques. La troisième approche est un test grandeur nature de combinaisons compétitives et efficientes entre pois et rhizobium déterminées lors des deux approches ; il sera réalisé au champ, sous la responsabilité du partenaire privé, dans des lieux d’essais où la diversité de leurs populations de Rlv endogènes est connue. GRaSP va ainsi permettre d’avoir une connaissance prédictive des déterminismes de reconnaissance entre pois et Rlv et ainsi, à l’avenir, la création de variétés de pois capables d’être efficacement nodulées en conditions de plein champ par des inocula de souches de Rlv choisies comme compétitives et efficientes.

L’azote est quantitativement le principal élément minéral que les plantes prélèvent dans le sol grâce à leurs racines. Chez de nombreuses espèces, c’est le nitrate qui constitue la principale source d’azote. Or, la concentration de cet ion dans la solution du sol est extrêmement fluctuante, à la fois dans le temps et dans l’espace, ce qui constitue une limitation majeure de la production végétale. Les plantes doivent donc s’adapter en permanence aux fluctuations de disponibilité en nitrate, en modifiant leur physiologie et leur développement pour optimiser l’acquisition de cette ressource essentielle. Le projet NitraSense vise à étudier les mécanismes de perception et de signalisation du nitrate chez Arabidopsis thaliana, qui permettent à cette plante de développer les réponses adaptatives adéquates. Les trois partenaires français et taiwanais ont joué un rôle majeur dans l’élucidation de ces mécanismes en identifiant de manière indépendante une dizaine d’acteurs moléculaires (gènes/protéines) qui pourraient appartenir à un même système de signalisation gouverné par le senseur de nitrate NRT1.1/NPF6.3, et qui activent une multitude de réponses physiologiques ou développementales aux variations de disponibilité de ce nutriment. L’objectif est de combiner les outils et expertises des différents partenaires pour élucider la structure et le fonctionnement global du réseau impliquant ces différents régulateurs, valider le rôle central de NRT1.1/NPF6.3 dans le contrôle de ce réseau, et comprendre comment ce réseau permet de coordonner des mécanismes physiologiques et développementaux pour aboutir à une réponse intégrée de la plante entière. Il s’agit en premier lieu de déterminer comment l’expression de ces régulateurs est contrôlée aux niveaux transcriptionnel et post-transcriptionnel, et comment ils interagissent entre eux, physiquement et fonctionnellement, pour aboutir à l’activation des différentes « branches » du réseau en fonction de différentes situations physiologiques (premier apport de nitrate, fourniture limitante ou non limitante, carence en nitrate, etc…). Le rôle fonctionnel de ces différentes « branches » sera caractérisé grâce à une approche de génétique inverse (mutants simples et multiples), de manière à déterminer les réponses qu’elles déclenchent dans différents organes/tissus (activation des systèmes d’acquisition racinaires, modification du métabolisme, modulation du développement racinaire, etc…). Le rôle global de ce réseau dans l’optimisation de l’efficacité d’utilisation de l’azote par la plante sera étudié, de manière à identifier son intérêt potentiel dans des stratégies d’élaboration de génotypes plus économes en intrants azotés. Pour ce faire, les génotypes présentant les mutations ou combinaisons de mutations affectant les différentes réponses physiologiques et/ou développementales seront cultivés sur sol en pots, et soumis à une analyse détaillée de leur efficience d’utilisation du nitrate sur une plateforme automatisée de phénotypage à haut débit.

La recherche de produits naturels avec de nouvelles activités herbicides est d'une grande importance en agriculture, d’une part, parce que la plupart des herbicides existants sont soit bientôt interdits, soit devenus inefficaces face à des mauvaises herbes devenues résistantes. D’autre part, le nombre de nouveaux herbicides identifiés par un criblage chimique classique s’est drastiquement réduit. Les champignons phytopathogènes sont une source potentielle de nouveaux herbicides naturels dans la mesure où, durant l'infection ils produisent des Métabolites Secondaires (MS) qui inhibent des voies métaboliques et/ou sont toxiques pour les plantes. Récemment, le séquençage des génomes de ces champignons a révélé de vastes répertoires de gènes de biosynthèse de MS qui restent méconnus car spécifiquement produits in planta (profils d'expression spécifiques de l'infection). L’objectif du projet Herbifun est de tirer avantage de la connaissance des génomes et des réseaux de régulation fongiques pour produire in vitro ces MS spécifiques de l'infection, et ainsi découvrir de nouvelles molécules à activité herbicide. Des outils bio-informatiques seront affinés pour caractériser tous les gènes impliqués dans la biosynthèse des MS y compris les régulateurs (facteurs de transcription spécifiques d'une voie de biosynthèse) chez quatre champignons phytopathogènes ayant différents spectres d'hôtes et répertoires de MS : (1) Botrytis cinerea (Leotiomycetes), un pathogène nécrotrophe responsable de la pourriture grise sur plus de 200 dicotylédones dont la vigne, (2) l'hémibiotrophe Colletotrichum higginsianum (Sordariomycetes) qui attaque de nombreuses plantes cultivées parmi les brassicacées dont l'arabette, (3) l’hémibiotrophe Zymoseptoria tritici (Dothideomycetes) qui cause la maladie foliaire la plus importante du blé (Septoriose) et (4) Magnaporthe oryzae (Sordariomycetes), l’hémibiotrophe, responsable de la plus importante maladie du riz (Pyriculariose). L’expression des gènes de biosynthèse sera induite in vitro en utilisant des stratégies basées à la fois sur la surexpression des facteurs de transcription spécifiques de ces voies de biosynthèses et la manipulation des protéines modifiant la structure chromatinienne (délétion des gènes codant pour des Histone Methyl Transferases, surexpression du régulateur positif LAE). Enfin, les infrastructures de pointe de l’Institut de Chimie des Substances Naturelles seront utilisées pour extraire et purifier les nouveaux MS à partir de cultures fongiques à grande échelle. 30 à 40 MS dont les gènes sont exprimés au cours de l’infection seront identifiés et obtenus en quantité suffisante pour tester leurs activités biologiques. Ces MS seront testés pour leurs activités herbicides sur des plantes modèles et des mauvaises herbes d’importance agronomique. Les produits phytotoxiques et/ou inhibant des fonctions spécifiques de la plante seront plus particulièrement caractérisés pour leur mode d’action et leur capacité à contrôler les mauvaises herbes en serre. Le projet HerbiFun s’inscrit dans le défi 5 de l’Appel à projets de l’ANR « Sécurité alimentaire et défi démographique » et plus précisément dans le sous-axe 5 « Bioéconomie : des productions aux usages diversifiés de la biomasse ». Il regroupe trois partenaires académiques avec des expertises en bioinformatique (I2BC, Université d’Orsay), génomique fongique (BIOGER, INRA, Grignon) et chimie des Produits naturels (ICSN, CNRS, Gif) ainsi que l’entreprise De Sangosse spécialisée dans le développement de biopesticides.

La culture des céréales nécessite de grandes quantités d'engrais, représentant un coût économique et environnemental. La symbiose avec des champignons mycorhiziens à arbuscules (AM) qui existe chez la plupart des plantes, y compris les céréales, permet un meilleur accès aux éléments nutritifs du sol. Une autre symbiose avec des bactéries fixatrices d'azote appelées rhizobia, qui elle est limitée aux légumineuses, permet aux plantes d'obtenir tous leurs besoins en azote à partir de la fixation d’azote atmosphérique. Les rhizobia ne forment pas de symbiose fixatrice d'azote avec les céréales mais peuvent être trouvés comme endophytes de racines de céréales. Les champignons AM et les rhizobia partagent des signaux moléculaires de structure similaire, appelés chitooligosaccharides (COs) et lipochitooligosaccharides (LCOs). Ces signaux sont perçus par les plantes et sont requis pour l’établissement de la symbiose fixatrice d’azote chez les légumineuses. Il a été montré qu’ils stimulent l’établissement de la symbiose AM chez plusieurs plantes. De plus, le traitement de cultures par ces signaux améliore les rendements. Le projet vise à comprendre la perception de ces signaux chez le blé et à déterminer si la manipulation de ces récepteurs permet d'améliorer les réponses aux COs et aux LCOs, ainsi que la mycorhization. De plus, le projet vise à déterminer si la manipulation de la perception des signaux CO/LCO conduit à une meilleure colonisation du blé par des rhizobia, une première étape vers l'élaboration d’une symbiose fixatrice d'azote chez les céréales. Les récepteurs de COs et de LCOs seront identifiés en utilisant une combinaison d'approches génétiques et biochimiques. Brachypodium distachyon, une plante modèle proche du blé, sera utilisée pour faciliter et accélérer l'identification des récepteurs parmi les candidats de la famille des receptor-like kinase et receptor-like protein à motifs lysine (LysM-RLK/RLP). Les orthologues des récepteurs de COs et LCOs seront ensuite identifiés et manipulés chez le blé. Le consortium du projet réunit deux partenaires publics et une entreprise disposant d’outils et d'expertises complémentaires pour atteindre les objectifs de ce projet.

L’altération des aliments conduit à des pertes et gaspillages conséquents, et est un problème économique important pour l’industrie agro-alimentaire. Dans le cas des produits carnés, une part importante de l’altération résulte du développement bactérien et d’activités métaboliques bactériennes responsables de l’altération organoleptique du produit final (défauts de texture, couleur, odeur, aspect) qui conduisent finalement à la perte de produits ne satisfaisant pas aux critères de qualité. De plus, la production d’aliments carnés utilise de l’énergie, de l’eau et des opérations couteuses comme l’élevage et l’abattage des animaux ; la transformation et la conservation sont par ailleurs effectuées le plus souvent à basse température. En conséquence, l’altération des produits carnés qui apparaît en fin de procédé ou lors de la conservation affecte toute la chaîne de production et impacte de manière importante le label de durabilité de la filière viande. L’objectif du projet est de réduire les pertes alimentaires par la prévision, tôt dans le procédé de production, du risque d’altération du produit lors de sa conservation, de manière à proposer des outils d’aide à la décision pour réorienter les process. Les viandes de porc et de volaille, les plus consommées en France, seront étudiées. L’impact économique des pertes de ces deux filières sera estimé. La dynamique des communautés bactériennes sera suivie tout au long du procédé de production (des découpes primaires jusqu’à la date limite de consommation des produits finis ou à l’altération) et différents descripteurs de l’altération seront mesurés. La variabilité naturelle entre lots due aux modes de production sera prise en compte. Les données seront utilisées pour identifier des marqueurs pertinents de l’altération et pour construire des modèles mathématiques innovants afin de prédire la probabilité d’occurrence de l’altération en fonction de la composition bactérienne initialement présente (diversité et abondance) et de paramètres abiotiques (température de conservation, type d’atmosphère protectrice). Les modèles seront validés sur produits carnés, en tenant compte de l’aspect économique afin de proposer des outils d’aide à la décision aux producteurs d’aliments.

La production de sources protéiques de bonne qualité est nécessaire pour satisfaire la demande mondiale en protéines. Les protéines d’oléagineux sont intéressantes du fait de leur composition équilibrée en acides aminés (AA) et de l’importance des surfaces allouées à ces cultures en France, notamment pour le colza et le tournesol. Nous souhaitons étudier leur potentiel, ainsi que celui du lin dont les débouchés se diversifient, à soutenir la demande en protéines de bonne qualité. Plusieurs verrous doivent être levés. Sur le plan technologique, leurs procédés d’extraction et de purification ne sont pas optimaux et leur utilisation dans des aliments est très limitée. Par ailleurs, il existe très peu de données chez l’Homme sur leur qualité nutritionnelle. Notre projet propose de lever ces verrous en 3 étapes connexes. (1) Les procédés d’extraction et de purification seront optimisés pour maximiser le rendement, éliminer les composés indésirables qui limiteraient leur intérêt en alimentation humaine et limiter les volumes d’effluents pour répondre aux enjeux de durabilité. (2) Des essais d’enrichissement d’aliments seront réalisés afin d’obtenir des produits de bonne acceptabilité et pouvant être produits à l’échelle industrielle. (3) La qualité protéique de ces aliments sera mesurée in vivo chez l’Homme par une nouvelle méthode isotopique de détermination de la biodisponibilité des AA. Cette méthode a été proposée par un comité d’experts de la FAO mais n’a pas encore été développée. Le principe est de mélanger dans un repas expérimental les protéines d’oléagineux marquées avec du 2H (par l’eau deutérée) et/ou du 15N (par un fertilisant 15N) et une protéine standard marquée au 13C (protéine d’algue). Les rapports 15N/13C ou 2H/13C des AA du sang seront comparés à ceux du repas et une modification de ces rapports par rapport à ceux du repas reflètera une modification de la biodisponibilité des AA. Cette méthode sera développée chez le rat puis chez des sujets iléostomisés. Dans ces deux modèles, les résultats seront confrontés à la méthode directe de mesure dans les digesta. Ce projet inclue un travail en amont pour optimiser les procédés d’extraction et de purification des protéines, marquer intrinsèquement ces protéines avec des isotopes stables et formuler des aliments enrichis en ces protéines. Des repas expérimentaux enrichis en protéines marquées seront ainsi produits et leur qualité nutritionnelle déterminée in vivo. Ce projet apportera la première validation de cette méthode non invasive ainsi que les premières données de biodisponibilité des AA du colza, du tournesol et du lin. Le consortium apporte des expertises complémentaires nécessaires au projet : l’agronomie des oléagineux (Terres Inovia), la production d’ingrédients d’oléagineux (Avril), la biochimie et technologie des protéines végétales (LRGP) et la qualité protéique in vivo (PNCA). Ce projet produira des données nouvelles sur les procédés d’extraction des protéines d’oléagineux, sur leur durabilité et leur intérêt pour l’alimentation humaine. Cela favorisera l’émergence de nouveaux débouchés pour la valorisation de ces protéines en alimentation humaine et pourra contribuer à la diversification des cultures. L’enjeu est important car la production du colza et du tournesol représentent 1,2 millions de tonnes de protéines en France. Ce projet fournira des éléments clés sur la faisabilité de la valorisation de ces sources protéiques abondantes en France et en Europe pour la production d’aliments pour l’Homme.

Du fait d’une prise de conscience environnementale accrue et du durcissement des normes associées, la réduction des émissions de polluants issus des moteurs d'avion et des turbines à gaz de production d’énergie est devenue un enjeu majeur pour les industriels du secteur. Une solution efficace pour réduire la formation des polluants est de maintenir une température de combustion basse dans la zone primaire des foyers, en diminuant par exemple la richesse du mélange. Le problème est que la diminution des températures de flamme engendre un ralentissement des vitesses de réactions chimiques, ce qui favorise les instabilités de combustion et les extinctions. Une solution émergente, applicable à une large gamme de configurations, pour permettre la stabilisation de la combustion dans des régimes pauvres, est de générer des décharges électriques à la base de la flamme. Parmi ces différents types de décharges, les décharges Nanosecond Repetitively Pulsed (NRP) sont particulièrement efficaces. Malgré cette efficacité démontrée, les mécanismes fondamentaux de la combustion assistée par plasma ne sont pas bien compris. De plus, il n'existe pas d’outils numériques opérationnels pour évaluer la performance des décharges NRP dans des configurations pratiques. L'objectif de ce projet est d'élaborer et de valider par comparaison avec des données expérimentales une stratégie de modélisation pour simuler des flammes turbulentes stabilisées par plasma dans des configurations industrielles. Dans un premier temps, les propriétés des décharges seront caractérisées numériquement et expérimentalement dans un mélange représentatif d'une chambre de combustion, qui peut contenir des zones de recirculation composées de gaz brûlés. La connaissance des distributions spatiales et temporelles des espèces et de la température au sein de la décharge va servir à calibrer un modèle semi-empirique de combustion assistée par plasma développé récemment. Ce modèle sera formulé dans un contexte de Simulation aux Grandes Echelles (Large Eddy Simulations, LES) et implanté dans un code de CFD non structuré. Pour construire la base de données, des expériences de combustion assistée par plasma seront effectuées sur deux configurations: - La première est une flamme de type « bluff-body » sur laquelle il a déjà été montré que la décharge NRP permet la stabilisation de la flamme dans des régimes très pauvres. La décharge NRP est efficace lorsqu'elle est située dans la zone de recirculation des gaz située à la base de la flamme. Nous allons effectuer des mesures complémentaires sur cette configuration pour caractériser les propriétés de la composition des gaz et de l'écoulement dans cette zone de recirculation. - La seconde configuration est une chambre de combustion « à injection swirlée », représentative des chambres de combustion aéronautiques. Elle se compose d'un injecteur à deux étages et d’une chambre de combustion rectangulaire équipée d'accès optiques. Nous allons effectuer des mesures pour caractériser l'effet du plasma sur le processus de stabilisation de la flamme. Il sera intéressant de montrer comment le plasma peut impacter de manière significative les mécanismes de stabilisation. Le modèle LES de combustion assistée par plasma sera appliqué aux deux flammes « bluff-body » et « à injection swirlée ». Enfin, nous avons identifié la LES d'une chambre de combustion pauvre Turbomeca stabilisée par des décharges NRP comme le grand défi applicatif du projet.

Les technologies de combustion propre envisagées pour les futurs moteurs d’avion doivent faire face aux problèmes d’instabilités de combustion. Ces dernières doivent être prises en compte la conception de ces systèmes pour minimiser leur impact sur le fonctionnement des moteurs. Ces phénomènes dynamiques posent de nombreux défis scientifiques et technologiques. Le projet FASMIC s’attache à répondre à trois de ces défis peu documentés et néanmoins essentiels: (1) développer des solutions fiables pour caractériser la dynamique des flammes swirlées produites par des injecteurs à carburant liquide; (2) améliorer la description du couplage de l’acoustique avec l’écoulement diphasique et la dynamique de flamme; enfin (3) prendre en compte la réponse collective des systèmes à injecteurs multiples à des modes acoustiques longitudinaux et azimutaux. Pour développer des outils prédictifs des instabilités de combustion, il est nécessaire de relever ces trois défis de façon simultanée. Dans le présent projet, les laboratoires CORIA, EM2C et CERFACS s’associent pour examiner par l’expérimentation et la simulation, la réponse de flammes swirlées diphasiques à des forçages acoustiques longitudinaux ou transverses dans trois configurations complémentaires équipées des mêmes injecteurs. Les données issues de ces investigations seront partagées par les trois partenaires afin de développer des modèles et des simulations capables de prévoir la stabilité de ces chambres et ainsi de valider les prévisions par comparaison aux expériences. L’analyse des mécanismes à l’origine de ces instabilités et les développements des méthodologies de prévision associées auront des retombées dans un domaine beaucoup plus large que celui de la recherche académique, en fournissant les connaissances et les outils de conception d’architecture de systèmes de combustion innovants. L’objectif ambitieux est de réduire la consommation de carburant et les niveaux d'émission de polluants pour répondre aux exigences sociétales ainsi qu’aux règlements environnementaux de plus en plus sévères dans un contexte de croissance continue du trafic aérien mondial. Les connaissances acquises dans FASMIC seront utiles aux processus de conception de nouveaux systèmes de propulsion aéronautiques plus stables et donc plus propres. Ceci participera à l'amélioration de la compétitivité de l'industrie aéronautique dans le marché mondial des transports.

Notre projet vise à comprendre et maîtriser l'émission de lumière cohérente à partir de nanostructures organiques excitées électriquement. Notre motivation à long terme est le développement de composants optiques actifs pouvant être intégrés à la nanoélectronique d’une puce. En particulier, nous allons concevoir de nouvelles nanosources électriques de signaux optiques cohérents pour les futures technologies de l'information et de la communication (TIC). L'utilisation de la lumière pour le transport et le traitement de l'information dans des dispositifs est un objectif de longue date de l'industrie des semi-conducteurs. La lumière permet d’avoir une bande passante plus étendue qu’avec l’électronique à base de silicium et des possibilités supplémentaires de multiplexage grâce à la longueur d'onde et la polarisation. Dans ce contexte, la cohérence temporelle (finesse spectrale) des sources est essentielle afin d'optimiser le multiplexage et le traitement des signaux optiques. Actuellement, les technologies de nanofabrication à base de semi-conducteurs inorganiques ne parviennent pas à produire des sources cohérentes suffisamment petites pour être intégrées à la nanoélectronique; par conséquent, ces sources doivent être placées à l’extérieur de la puce. Notre approche se distingue de l'état de l'art par l'utilisation d'agrégats moléculaires, qui ont à la fois des dimensions nanométriques et des spectres de luminescence exceptionnellement étroits. Afin de préserver la structure électronique des molécules, nous utilisons une jonction tunnel nanométrique pour activer électriquement cette luminescence plutôt que des contacts directs aux électrodes métalliques. Les caractéristiques optiques des agrégats moléculaires résultent de la délocalisation des excitations moléculaires (excitons) sur plusieurs molécules couplées de manière cohérente. Pour certains arrangements moléculaires appelés agrégats J, la délocalisation des excitons produit une bande d'émission unique et très étroite. Cet effet, nommé émission super-radiante, a été largement étudié dans le cas de la photoluminescence, c’est-à-dire lorsque la luminescence moléculaire est induite par absorption de lumière. A l'inverse, l’excitation électrique de l'émission super-radiante dans une jonction tunnel est encore très peu étudiée. Notre projet aborde des questions fondamentales devant être résolues avant tout développement de technologies basées sur l'émission super-radiante induite électriquement dans des agrégats moléculaires. Ces questions impliquent des processus physiques complexes aux échelles atomiques et moléculaires. C’est pourquoi nous allons étudier des systèmes modèles dans des conditions ultra contrôlées. Ces systèmes modèles se composent de molécules organiques formant des agrégats J d'épaisseur mono-atomique sur des couches minces isolantes épitaxiées sur des monocristaux métalliques. Les expériences seront réalisées avec deux microscopes à effet tunnel (STM) sous ultravide, afin de contrôler à l'échelle atomique les propriétés des systèmes modèles et leur excitation électrique. Un STM à température ambiante sera utilisé pour caractériser les sytèmes modèles. Un second STM, fonctionnant à basse température et équipé d'un dispositif optique, permettra la détection et l’analyse spectrale de la luminescence des agrégats moléculaires induite par la pointe du STM et induite par excitation laser. L’analyse statistique de l’ordre structural, de la taille des domaines et du mode de croissance des agrégats moléculaires sera menée par diffraction d’électrons lents à haute résolution (SPA-LEED). Les effets électroniques des interactions intermoléculaires et molécule-substrat seront sondés par spectroscopie de rayons X sur la ligne TEMPO du synchrotron SOLEIL. Enfin, une modélisation complète des processus d'excitation et d'émission sera développée, laquelle inclura les propriétés électroniques et électromagnétiques des agrégats moléculaires et la pointe du STM.

Les capteurs, sources lasers et autres composants optiques passifs et actifs doivent être fournis fibrés pour faciliter leur insertion dans les réseaux fibrés. La conception des réseaux en est simplifiée ; ils sont moins sensibles aux vibrations et naturellement protégés contre les poussières. Ces composants fibrés simplifient la maintenance ; un composant défaillant est remplacé immédiatement par un technicien ce qui réduit les coûts de maintenance. Fournir des composants tout fibrés reste néanmoins problématique. Le diamètre du faisceau en sortie de fibre est inférieur à 10 µm ce qui nécessite des positionnements très précis. Le profil du mode optique dans le composant peut être différent de celui de la fibre. Tout ceci entraîne des surcoûts et des pertes optiques. Pour contourner ces problèmes nous proposons de fabriquer des composants « en ligne », c’est-à-dire à partir d’une fibre optique standard ce qui évite tous les problèmes de connectique. Notre objectif est ainsi de créer une nouvelle classe de composants optiques, tous construits à partir d’une unique plateforme : une nanofibre optique. Ces nanofibres sont obtenues par étirage à chaud de fibres optiques standard jusqu’à ce que leurs diamètres descendent à quelques centaines de nanomètres. Une nanofibre reliée par deux sections coniques à deux sections non-étirées de la fibre initiale est ainsi obtenue. Lors de sa propagation dans ces sections coniques, le mode guidé dans le coeur de la fibre initiale est adiabatiquement transformé dans le mode se propageant dans la nanofibre et réciproquement. Cette transformation adiabatique permet d’obtenir pour l’ensemble du composant (incluant la nanofibre et les deux sections évasées) de très fortes transmissions, supérieures à 99%. La propagation dans la section conique accroît l’intensité de la lumière de plus d’un facteur 100. Ce confinement extrême combiné à un seuil de dommage optique élevé fait de ces nanofibres une plateforme idéale pour l’utilisation des phénomènes d’optique non linéaire à des seuils très faibles.. Enfin, lorsque le diamètre devient plus petit que la longueur d’onde, le mode optique présente un fort champ évanescent se propageant hors de la fibre, ce qui lui permet de sonder l’environnement. Ces nanofibres sont donc également idéales pour concevoir de nouveaux capteurs. Cette caractéristique permet aussi d’adapter les propriétés de la nanofibre par un dépôt de matériaux à sa surface. Pour d’autres applications cela rend néanmoins nécessaire l’encapsulation de la nanofibre pour protéger ce champ évanescent. Une nanofibre peut ainsi être vue comme une plateforme générique pour développer des composants optique «en ligne». Un avantage supplémentaire à l’emploi de cette nouvelle plateforme est de faire sauter une barrière technologique qui freine l’expansion des matériaux organiques dans le monde des guides optiques. Il s’agit de la complexité de réalisation des guides d’onde et de leur connectorisation. L’emploi d’une plateforme nanofibre simplifiera la fabrication du guide d’onde et permettra ainsi une sélection beaucoup plus rapide des matériaux organiques à fort potentiel. De nouveaux matériaux pourront être développés rapidement. Dans ce projet nous allons ainsi développer un équipement pour tirer des nanofibres avec des profils sur mesure et une précision nanométrique. En parallèle nous étudierons de nouveaux procédés de fonctionnalisation de ces nanofibres par des multicouches polymères et des dépôts métalliques. Nous démontrerons ensuite la pertinence de ces plateformes en concevant des composants sélectionnés pour leurs exigences en terme de performances : des sources de photons corrélés, des capteurs Brillouin à onde acoustique de surface, des peignes de fréquences pour le traitement de signaux radar. À la fin de ce projet nous pourrons proposer une nouvelle classe de composants optiques tout fibrés ainsi qu'un plan d’exploitation pour leur future industrialisation.

Les résonateurs électromagnétiques augmentent l'interaction de la lumière avec la matière, et constituent aujourd'hui un élément essentiel dans les développements scientifiques et technologiques en optique et opto-électronique. Les quinze dernières années ont vu un intérêt accru pour les micro/nano-résonateurs opérant aux fréquences optiques. Deux exemples emblématiques sont les cavités à cristal photonique à haut facteur de qualité, qui procurent des confinements de la lumière à l'échelle de la longueur d'onde, et plus récemment les nano-résonateurs (ou antennes plasmoniques) à bas facteur de qualité, qui offrent des volumes de mode bien inférieurs et une voie prometteuse pour interfacer optique et nanotechnologies. Bien qu’ils soient largement répandus et utilisés, la modélisation électromagnétique des micro/nano-cavités se fait avec des concepts et outils numériques très élémentaires. Leur dimensionnement, conception et analyse devraient en effet reposer sur le concept de modes de résonance, qui sont les modes naturels du résonateur aussi appelés modes quasi-normaux (QNM). Ces modes ont une fréquence complexe, et en pratique, ils ne sont que très rarement utilisés par les solveurs électromagnétiques traditionnels qui sont extrêmement gourmands en temps de calcul et opèrent à des fréquences réelles. Contrairement aux guides d'ondes, pour lesquels une théorie modale est bien établie, il existe aujourd'hui un réel fossé entre notre façon de conceptualiser les résonateurs et les outils numériques dont nous disposons pour les concevoir. Par exemple, nous savons tous que le facteur de qualité d’une résonance est défini comme le rapport entre la partie réelle et la partie imaginaire de sa fréquence, mais combien d'entre nous ont déjà calculé des modes de résonances avec des fréquences complexes ? Récemment, les partenaires ont fait sauté des verrous théoriques importants sur le sujet [Sau13,Via14], qui ouvre des perspectives vraiment nouvelles. En s’appuyant sur ces travaux, le projet RESONANCE ambitionne de combler le fossé entre concepts et outils de modélisation de manière solide et durable. Premièrement, nous établirons des fondations théoriques solides autour du concept de résonance. En particulier, nous résoudrons le problème crucial de la normalisation des QNMs, nous questionnerons la nature réelle du continuum de modes de radiation pour comprendre mathématiquement sous quelles conditions les modes à pertes (les modes à fuites des physiciens) et les mode de radiation forment une base complète, et nous explorerons les facteurs critiques limitants leur calcul en discrétisant des espaces finis. Deuxièmement, nous élaborerons des formulations rigoureuses basées sur la méthode des éléments finis (FEM) pour calculer et normaliser les QNMs dans des géométries arbitraires formées à partir de matériaux arbitraires avec absorption, anisotropie, chiralité... Nous mettrons en oeuvre ces formulations en traitant la dispersion des matériaux avec des champs auxiliaires de sorte que tous les modes seront calculés en une seule diagonalisation, d'une manière tout à fait similaire au cas non-dispersif. Notre logiciel « modal » qui sera mis en accès libre sera incontestablement une percée. Finalement, nous ferons l’apologie du logiciel en le testant sur des exemples modernes de la nanophotonique. Nous espérons montrer que le logiciel permet d’atteindre des rapidités de calcul supérieures de plusieurs ordres de grandeur à celles obtenues avec les solveurs actuels (FEM, FDTD …) tout en maintenant une très bonne précision de calcul. Globalement, RESONANCE proposera des outils théoriques et logiciels, intrinsèquement utiles et élégants puisqu'ils épousent la physique, pour la conception initiale et l'optimisation des systèmes résonants. Nous espérons que ces outils auront un impact fort et durable sur la méthodologie des résonances électromagnétiques, semblable à celui qu’a eu, a et aura l’analyse modale en optique guidée.

La plupart des composants de l’électronique de spin actuels sont basés sur la manipulation de courants de spin qui, s'ils ne transportent pas de charges électriques, peuvent être décrits comme des courants d’électrons de même intensité, avec des spins opposés aux directions opposées. Les opérations élémentaires en spintronique comprennent, d’une part, la création de courants de spin à partir de courants de charge (courants électriques), et, d’autre part la détection de courants de spin via leur transformation en courants de charge, autrement dit des conversions entre courants de charge et de spin. Bien que la spintronique classique implique en général l'utilisation de matériaux magnétiques pour ces conversions, il apparaît aujourd'hui que ces conversions peuvent également être obtenues via l'exploitation du couplage spin-orbite (spin-orbit coupling ou SOC), la correction relativiste apportée à l’équation de la physique quantique, et qui peut être particulièrement forte dans les matériaux contenant des atomes lourds. Un exemple typique d’effet de SOC est l’effet Hall de spin (spin Hall effect ou SHE) dans des métaux lourds, et par lequel un courant de charge peut être converti en un courant de spin transverse. Aujourd’hui, il s’avère qu'une conversion plus efficace peut être obtenue par l'exploitation des propriétés d’un système bidimensionnel électronique induites par le SOC, et ceci au niveau de certaines surfaces et interfaces, à savoir les interfaces dites de Rashba et les surfaces ou interfaces de nouveaux matériaux baptisés isolants topologiques (topological insulators ou TIs). Le but de ce projet est d’étudier ces mécanismes de conversion de spin en courant de charge et vice et versa à partir de telles surfaces. Pour cela nous nous appuierons sur des résultats préliminaires obtenues avec des interfaces Fe/Ge(111) qui impliquent des états de surface type Rashba et la surface de Alpha-Sn avec l’apparition d’états de surface de type isolant topologique. L’enjeu du projet est la maitrise de fabrication de ces matériaux, leur intégration dans des composants spintronique et la caractérisation des courants de spin et torques associés. Un développement théorique important viendra compléter les expériences. Le but final est le control de l’aimantation de matériaux ferromagnétiques en utilisant les courants de spin de surface et les torques associés dont l’efficacité est attendue supérieure aux matériaux existants. La capacité à piloter un bit magnétique avec un minimum d’énergie constitue enjeu majeur pour le stockage magnétique, les composants logiques reprogrammables basés sur le spin et les oscillateurs a transfert de spin.

Le projet TeraPACIPODE porté par l'IEF, s'inscrit dans le domaine de l'électronique térahertz (THz). Il adresse les applications liées aux télécommunications à haut débit de manière privilégiée mais les retombées seront aussi utiles à l'ensemble du champ émergeant que constitue l'électronique THz. Depuis quelques années, un nombre important d'études a concerné des composants actifs ; le plus souvent des sources, parfois des détecteurs, et rarement des amplificateurs basés sur des MMIC en dessous de 1THz. En parallèle, l'étude de fonctions passives THz a suscité peu d'intérêt et d'efforts. Ce projet vise la réalisation de circuits passifs (guides, coupleurs, diviseurs de puissance, antennes) sur substrat polymère. L'intérêt de certains polymères aux fréquences THz est lié à la faible valeur de la partie réelle de la permittivité diélectrique qui présente l'avantage de réduire sensiblement les pertes par rayonnement des circuits et d'améliorer le rendement des antennes, à condition de ne pas augmenter les pertes diélectriques. Le BCB réunit ces deux critères. Un autre atout des polymères réside dans la capacité à les déposer par centrifugation au-dessus de tous les types de substrat et circuits intégrés. Les briques de base appréhendées dans ce projet sont aussi nécessaires à la synthèse de systèmes plus complexes tels que des amplificateurs distribués ou des multiplieurs. Les TBH InP présentent en effet un plus grand ratio fréquence de fonctionnement sur fmax que les composants sur silicium avec de surcroît un facteur de mérite de Johnson plus favorable. Une des originalités du travail consistera à structurer les substrats polymères afin de favoriser des ondes lentes autorisant une grande compacité des circuits et de meilleurs facteurs de qualité grâce aux compétences de l'IMEP-LAHC. Un soin particulier sera apporté aux micro-vias connectant le niveau "polymère" aux couches actives sur semi-conducteur. De nombreuses interconnections entre guides de natures différentes seront conçues, réalisées et optimisées. Les moyens technologiques de la CTU de l'IEF pour les gravures et les dépôts de couches minces seront mis à profit. Des antennes seront également modélisées par l'IETR. Elles tireront profit des propriétés du polymère et de sa structuration en maximisant la puissance couplée vers l'extérieur tout en réduisant les pertes du substrat. Ces antennes à forte directivité et large bande visent les liaisons point à point. Des distributeurs d'antenne quasi optique seront utilisés pour optimiser le transfert de puissance entre l'amplificateur et l'espace libre. Enfin, ce projet sera également l'occasion d'une amélioration de la métrologie sur analyseur de réseaux vectoriel dans la gamme 350-500GHz. Les mesures des nombreux dispositifs passifs envisagées et le développement de motifs de calibrage et d'épluchage sur polymère permettront d'accroître les connaissances et les compétences des différents partenaires sur le thème des mesures submillimétriques et particulièrement de l'IEMN qui supervise ce thème. Une analyse comparative de calibrages sur polymère et sur alumine dans une gamme de fréquence où de tels motifs de calibrage sont encore fiables (i.e. 110GHz) sera réalisée dans le projet. Au-delà de 220GHz, à ce jour, aucun substrat commercial performant n'existe. Les guides monomodes sur polymère pourraient devenir la solution, tout en réduisant le gaspillage de surface de circuit intégré consacrée à la réalisation de motifs de calibrage. Un démonstrateur passif/actif complet THz, consistant en une chaîne d'émission dans la bande 350-400GHz sera conçu et réalisé à partir d'une technologie MMIC TBH InP (III-V Lab) .Un tel amplificateur sera à l'état de l'art des réalisations. Il sera connecté à l'étage supérieur en BCB accueillant les fonctions passives. Cette hybridation constituera le point d'orgue du projet. Un tel système n'est pas réalisable, à ce jour sur silicium.

L'âge des premières manifestations artistiques en Afrique du Sud, ainsi que la chronologie des industries lithiques du Middle Stone Age (MSA) sont toujours vivement débattus en raison d'un manque de consensus concernant les datations par luminescence disponibles aujourd'hui.? Nous proposons dans ce projet ANR d'établir une nouvelle chronologie du MSA à partir de la datation directe de biominéraux (coquilles d’œufs d'autruches –OES, d'escargots et autres supports carbonatés ou phosphatés - dents), en utilisant la méthode des déséquilibres dans la série de l’uranium (U/Th). Mais, contrairement à l’approche couramment employée pour son application, notre premier objectif est de cartographier dans nos échantillons les distributions en uranium (238U-234U) et thorium (230Th-232Th) sur de larges surfaces (typiquement, plusieurs millimètres carrés) dans le but d’identifier les zones n’ayant pas été affectées par les processus post-dépositionnels. Obtenir de telles distributions spatiales est devenu possible récemment grâce au développement d’un système haute performance d’ablation laser femtoseconde, unique au monde, à haute cadence de tir dans l’UV qui permet d’atteindre une résolution de 6 µm. Cartographier la distribution de l’uranium et du thorium dans ces matériaux devrait alors permettre, théoriquement, de calculer des âges, mais du fait de l’extrêmement basse intensité du signal 230Th, nous utiliserons ce même système laser pour échantillonner les zones non-altérées de ces matériaux et obtenir assez de matière pour réaliser des mesures précises. Le second objectif portera ainsi sur l’analyse de ces micro-échantillons (allant de moins de 1 mg à environ 100 mg): nous développerons des approches innovantes pour lever les verrous analytiques liés aux faibles teneurs en uranium et thorium dans ces échantillons (2-100 ppb), à la faible abondance des isotopes 230Th et 234U et à la faible prise d’essai. Des tests préliminaires réalisés tout récemment sur des OES par les partenaires de ce consortium ont montré que ces approches nouvelles pourraient être couronnées de succès. Si c’était confirmé, cela ouvrirait de nouveaux horizons pour établir une chronologie détaillée de nombreux gisements MSA, alimenterait le débat sur l’émergence des comportements modernes au cours de la période du MSA et permettrait peut-être un jour de dater directement les coquilles gravées dont l’âge pourrait être voisin de 80.000 ans, ce qui n’a jamais encore été fait. Au-delà du MSA sud-africain, de nombreuses études pourraient être entreprises pour des sites archéologiques répartis sur toute la planète avec comme ambition, de revisiter la chronologie de la Préhistoire (<500 ka) sur tous les continents. De plus, ces développements analytiques seront aussi très probablement transposables dans d’autres domaines, notamment les sciences de l’environnement, la sûreté nucléaire, ou encore l’industrie pétrolière où les avancées techniques ouvrent souvent des perspectives nouvelles. Mots clés : Ablation Laser femtoseconde UV à fréquence élevée (fsLA-), Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICPMS), Datation par les séries de l’uranium (U-Th); Géochronologie; Coquilles d’œufs d’Autruches (OES) ; dents ; Art ; Préhistoire; Middle Stone Age (MSA); Hommes anatomiquement modernes ; émergence des comportements modernes ; Afrique du Sud. PARTENAIRES: Partenaire 1 = IRAMAT-CRP2A: UMR 5060 CNRS-Université Bordeaux Montaigne (France) + Préhistoriens d’Afrique du Sud, Allemagne, France; Partenaire 2 = IPREM-LCABIE : UMR 5254 CNRS-Université de Pau et des Pays de l’Adour (France) ; Partenaire 3 = LSCE/IPSL : UMR 8212 CEA-CNRS- Université Versailles Saint-Quentin (France). Financement demandé à l’ANR = 126.9 k€. Durée du projet = 24 mois, de Janvier 2017 à Décembre 2018.

Les questions environnementales sont devenues un enjeu prioritaire dans le monde moderne. La chimie analytique, de par l’utilisation de solvants toxiques, doit aussi prendre la mesure de ce changement. Une des solutions du présent et du futur à cette problématique est la chromatographie de phase supercritique (SFC) couplée à la spectrométrie de masse (MS). Néanmoins certaines limites sont rapidement apparues limitant l’essor de cette technologie dans le domaine des sciences « omiques ». Ce projet est basé sur le développement d’une nouvelle plateforme SFC utilisant des colonnes capillaires remplies afin de d’analyser des échantillons biologiques de faibles volume et concentration. Des problèmes pratiques et fondamentaux sur le couplage avec la MS seront résolus afin d’optimiser la sensibilité et la qualité de l’information. Des développements de méthode en protéomique, lipidomique et épigénétique seront proposés, tirant bénéfice de cette nouvelle plateforme technologique.

Le projet ARTENOSYN présenté ici, a pour but de développer des catalyseurs bioinspirés capables de catalyser des réactions d'oxydation dans l'eau, dans des conditions douces et en utilisant des molécules peu onéreuses et non nocives pour l'environnement telles le dioxygène. Dans ce but, nous prévoyons de mimer les deux activités catalysées par les enzymes flaviniques, qui sont capables de catalyser soit des réactions de réduction, en délivrant des électrons à leurs partenaires biologiques, soit des réactions d'oxydations par activation réductrice du dioxygène; et cela avec le même cofacteur flavinique, mais dans un environnement protéique différent. Ce projet est basé sur les intéressants résultats obtenus récemment par le partenaire 1, qui démontrent que l'incorporation de FMN dans l'environnement localement hydrophobe d'un polymère hydrosoluble de type polyethyleneimine, peut générer ue réductase artificielle capable de collecter des électrons en solution à partir de NADH et de transférer des électrons de façon séquentielle à un partenaire redox comme une porphyrie de manganèse. Par conséquent, en conditions anaerobie, ce même système doit être capable de transférer séquebtiellement des électrons vers des molécules organiques préalablement sélectionner pour engendrer des réactions radicalaires. Le partenaire 2 dans ce projet est un expert en chimie radicalaire ce qui permettra d'évaluer l'activité d'un tel système pour de nombreux exemples de réaction radicalaires en condition aqueuse. Alternativement, en condition aérobie, la FMN préalablement réduite par NADH pourra réagir avec le dioxygène pour générer un peroxo organique connu pour catalyser des réactions d'oxydation telles que Baeyer-Villiger, sulfoxydations et epoxydations. La première tache du projet consistera à la synthèse de bibliothèque de polyéthylène modifiés par different groupements chimiques, dans le but de mieux comprendre comment le microenvironnement hydrophobe du polymère peut influencer les paramètres cinétiques et thermodynamiques de ces enzymes artificielles. Ensuite, les deux types de réactions envisagée (radicalaire et oxydation) seront étudiées en détail et éventuellement associées dans un système tandem. Enfin, des polymères choraux seront synthétisés et les deux types de réactions seront évaluées en catalyse asymétriques.

Les méthodes de suivi sont indispensables afin de caractériser, comprendre puis contrôler les réactions chimiques. La spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN) est un outil unique pour l’analyse structurale de petites molécules organiques, utilisable pour le suivi de réaction en temps réel et in situ. Les spectres multidimensionnels (ND), sur lesquels repose en général l’élucidation de structure, seraient particulièrement utiles pour l’étude de mélanges réactionnels complexes. Cependant, les expériences RMN ND ne sont pas utilisables, sous leur forme conventionnelle, pour des systèmes qui évoluent sur des échelles de temps de l’ordre de la minute. Ces limites peuvent être surmontées grâce au codage spatial (SPEN, pour spatial encoding), qui consiste à enregistrer en parallèle toutes les composantes d’une expérience, chaque composante provenant d’une région distincte de l’échantillon. Cette méthode permet d’accélérer de plusieurs ordres de grandeur l’acquisition de spectres RMN ND. Le projet SENSOR a pour objectif de développer des méthodes RMN avancées pour le suivi de réactions organiques, exploitant le codage spatial, et de les utiliser pour l’analyse de réactions organocatalysées et multi-composantes. Nous développerons tout d’abord des méthodes RMN 2D ultrarapides optimisées pour l’analyse de mélanges complexes. En particulier, nous exploiterons les concepts de spectroscopie couplée à la diffusion (DOSY) et de RMN multi-quantum, qui ont de grands avantages pour l’analyse de mélanges et qui n’ont que peu été couplés au codage spatial. Nous développerons ensuite des protocoles de suivi avec des méthodes SPEN, dans un tube RMN conventionnel tout d’abord, puis avec un système de suivi en ligne dit “tube à flux”, qui permet d’accéder à une gamme de réactions et de conditions réactionnelles plus vaste. Ces développements impliqueront une optimisation expérimentale ainsi que la mise au point de nouvelles séquences d’impulsions. Enfin nous tirerons parti de ces nouvelles méthodes pour analyser des réactions organocatalysées et multi-compostantes développées à l’ICSN, et pour lesquelles plusieurs questions de mécanisme restent en suspends. En particulier, nous étudierons des réactions de cycloaddition catalysées par l’acide phosphorique et la réaction de Povarov, à trois composantes. Le projet sera mis en œuvre à l’Institut de Chimie des Substances Naturelles (ICSN), qui accueille des équipes de recherche en chimie analytique et en synthèse organique. Le coordinateur du projet a récemment initié une nouvelle thématique à l’ICSN, sur la méthodologie RMN et ses applications en chimie analytique. Le projet SENSOR permettra de renforcer cette thématique et d’aborder de nouvelles applications à l’étude de mécanismes de réactions organiques. L’équipe SENSOR a de fortes compétences en méthodologie RMN et en analyse de molécules organiques. Le coordinateur du projet a également démontré sa capacité à mener des projets de recherche indépendants et à encadrer des étudiants. Les retombées du projet SENSOR prendront de multiples formes. Le projet cible plusieurs verrous en résonance magnétique et en suivi de réactions, et il aura un impact en chimie physique, en chimie analytique et en synthèse. Toutes les méthodes mises au point au cours du projet seront mises à disposition de la communauté. Ces méthodes seront également disponibles à l’ICSN, dont la plateforme RMN est accessible à des utilisateurs académiques comme industriels. Les informations obtenues sur le mécanisme de réactions organocatalysées et multi-composantes permettront de mettre au point de nouvelles réactions, et en particulier des réactions énantiosélectives. Au delà de ces premiers travaux, les méthodes mises au point au cours du projet seront pertinentes pour une vaste gamme d’applications de la spectroscopie RMN et du suivi de réactions.

Les comètes et les astéroïdes contiennent de la matière organique formée très tôt dans l'histoire du système solaire. La matière organique trouvée au sein des objets interplanétaires peut être liée à des grains de glace interstellaire présents avant la formation du système solaire ou pendant sa formation, à savoir le disque protoplanétaire. Par la suite, la matière organique s'accrète sous forme de planétésimaux et de noyaux cométaires et peut ensuite subir des altérations hydrothermales et des réactions avec des minéraux, une fois que la glace d'eau commence à fondre. Les effets de l'altération aqueuse sur cette matière organique au sein d'objets interplanétaires restent mal compris, rendant ainsi plus difficile notre compréhension actuelle de la nature de la matière organique pré-accrétionnelle. Cette matière organique a pu ensuite été délivrée à la surface de planètes, et pourrait constituer une source de précurseurs organiques pour l'émergence de la vie sur la Terre primitive. Le projet RAHIIA_SSOM, grâce à une approche "Astrophysique de Laboratoire" et interdisciplinaire liant l'astrochimie, l'astrobiologie et la cosmochimie, aborde l'origine et l'évolution chimique de la matière organique extraterrestre tout au long de la formation d'un système planétaire: (1) à l'époque de la nébuleuse solaire dans les glaces, lorsqu'elle est soumise à une irradiation et des modifications thermiques, (2) à l'époque du système solaire dans les objets interplanétaires, lorsqu'elle est soumise à des altérations hydrothermales ou des érosions spatiales. Notre projet repose sur l'analyse multi-échelles et multi-techniques de résidus organiques synthétisés en laboratoire dans des conditions mimant des environnements astrophysiques. Ces analogues seront comparés à la matière organique des objets interplanétaires (comètes, astéroïdes, météorites, TNO). Cette comparaison contraindra l'évolution physique et chimique des objets interplanétaires et permettra donc à terme d'affiner le scénario de formation de leur matière organique. Le projet RAHIIA_SSOM inscrit dans le programme «Défi des Autres savoirs" de l'ANR. Le financement de l'ANR offrira une occasion unique de construire un consortium français interdisciplinaire impliquant des groupes de recherche ayant une expertise dans le monde entier, concernant à la fois les simulations expérimentales ainsi que la caractérisation de la matières organiques extraterrestres. Notre consortium englobe un large éventail de techniques pour l'analyse de la matière organique synthétisée en laboratoire. Ces mêmes techniques seront utilisées pour l'analyse de la matière organique extraterrestre des objets naturels permettant ainsi de contraindre nos simulations expérimentales. Ce projet mettra en lumière de nouvelles informations structurelles et isotopiques sur les voies de réaction impliquées dans l'évolution de la matière organique du milieu interstellaire aux objets interplanétaires, corps parents d'objets trouvés sur la Terre (météorites, de micrométéorites) ou directement recueillies par les sondes spatiales pour des analyses in situ ou sur Terre par retour d'échantillons.

Les produits naturels, ainsi que leurs voies de biosynthèse, représentent d’importantes sources d’inspiration pour les chimistes à la recherche de nouveaux procédés en chimie fine, à la fois efficaces et soucieux de l’environnement. La formation et la rupture de liaisons carbone-carbone sont parmi les réactions les plus difficiles. Habituellement, elles nécessitent des étapes préliminaires d’activation, notamment par insertion de groupes fonctionnels, souvent transitoires. Cependant, ces insertions conduisent à une augmentation du nombre d’étapes de synthèse et par conséquent, à une diminution de rendement. La chimie radicalaire est une bonne alternative puisqu’elle est capable d’activer des positions non réactives tels que des carbones aliphatiques. Le revers de la médaille est la difficulté intrinsèque à contrôler ce type de réaction. Dans la Nature, il existe des enzymes appelées protéines à « radical S-adénosyl-L-méthionine » (rSAM) capables de réaliser plus de soixante-dix réactions chimiques différentes. Dans le projet CARBONARA, nous souhaitons identifier les facteurs qui contrôlent et dirigent la réaction radicalaire de coupure d’une liaison C-C par les protéines à rSAM. Nous voulons plus particulièrement répondre aux questions clés de sélectivité et d’activation de substrat. Nous souhaitons aussi comprendre comment ces protéines sont capables de contrôler précisément la chimie radicalaire, afin de sélectionner la rupture d’une liaison C-C particulière plutôt qu’une autre. Nous voulons enfin comprendre les mécanismes précis de contrôle de la réaction de terminaison et donc des produits finaux formés. Pour cela, nous avons sélectionné cinq protéines aux propriétés structurales similaires, disponibles dans notre consortium et qui catalysent des réactions radicalaires de coupure de liaison C-C. Notre consortium est constitué de trois partenaires de renommée internationale ayant des expertises complémentaires dans le domaine de la biochimie, la biologie structurale et la spectroscopie afin de couvrir tous les aspects fondamentaux de cette chimie exceptionnelle. Ainsi, en utilisant la cristallographie aux rayons-X, des approches d’analyse fonctionnelle en solution, ainsi que la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique et la chimie théorique, nous projetons de caractériser les paramètres fonctionnels, structuraux et électroniques qui régissent la réaction de coupure de la liaison C-C. De cette manière, nous souhaitons comprendre et identifier les facteurs intrinsèques à la réaction de chimie radicalaire de ceux extrinsèques contingentés par l’environnement protéique. Notre approche originale et multidisciplinaire devrait, non seulement permettre une utilisation plus rationnelle de la chimie radicalaire en synthèse organique, mais aussi servir de base pour l’utilisation des protéines à rSAM comme outil pour la biologie de synthèse, en particulier par la conception rationnelle de chimères.

L’intestin représente une des rares niches écologique pour les bactéries anaérobies. Plusieurs milliers d’espèces bactériennes vivent dans la lumière intestinale et participent à l’équilibre physiologique de leur hôte, animal ou humain. De nombreux travaux ont démontré que certaines de ces espèces bactériennes présentent par leurs activités métaboliques un impact positif sur la santé de l’hôte. Il est probable de nombreuses espèces anaérobies intestinales seront utilisées dans un avenir proche dans les domaines de l'alimentation, du bien-être et de la santé humaine ou animale. L’un des défis majeur est d’anticiper cette utilisation en préparant la production à grande échelle de bactéries anaérobies extrêmement sensibles à l’oxygène (EOS). Cette capacité de production industrielle, actuellement non maîtrisée, représente le principal verrou à l’exploitation de ces microorganismes dont la culture commence aujourd’hui à être maîtrisée à l’échelle des laboratoires spécialisés. L'objectif global du projet DOPEOS est de définir des conditions optimales de production de biomasse et de préservation de 2 bactéries EOS, isolées de l'intestin humain. Ce projet permettra d'aboutir à la conception d'un bio-réacteur spécifique pour la production de bactéries EOS et à son intégration dans une chaîne de production industrielle de biomasse EOS. Pour atteindre ces objectifs, DOPEOS réunit un consortium composé de deux équipes académiques (UMR PAM, laboratoire de procédés expert reconnu dans l'étude de l'influence des conditions environnementales sur la survie et les activités microbiennes et UMR Micalis, expert international du domaine des bactéries intestinales d'intérêt sanitaire/alimentaire) et 2 PME françaises (Biovitis, spécialisée dans la production de biomasse et Global Process Concept (GPC), spécialisée dans la conception de lignes de production). Le projet DOPEOS comprend des travaux de recherche et de développement menés à différentes échelles. Un programme de recherche sera mené en laboratoire (thèse), en vue d'identifier les conditions spécifiques (substrats, gaz...) nécessaires à la croissance des bactéries EOS et sera également consacré à la compréhension des relations entre l’oxygène et les activités/la survie des bactéries EOS. La qualité des microorganismes produits, aux différentes échelles sera évaluée par la mesure de leur fonctionnalité. Il s'agit d'une approche originale qui place la préservation fonctionnelle au cœur de la conception du procédé industriel de production des bactéries EOS. L'évaluation de la préservation fonctionnelle des bactéries sera réalisée par l'UMR Micalis, Ces travaux de recherche constitueront la base des essais pilotes qui seront réalisés sur ligne de production réaliste (Biovitis) et qui permettront ensuite de développer un procédé de production à grande échelle par scale-up et réalisation d'un bio-réacteur spécifique (GPC). DOPEOS comprend également la recherche d'un procédé de stabilisation et de conservation post-production de la biomasse EOS en vue de concevoir une ligne de production complète (GPC), intégrant le bio-réacteur dans la chaîne des opérations unitaires (fermentation, centrifugation, déshydratation, conditionnement), DOPEOS est organisé en vue de promouvoir les interactions entre les partenaires, condition nécessaire à la progression aux trois échelles (laboratoire, pilote, industrielle). Notre ambition est de produire une connaissance scientifique et technologique permettant de proposer une solution d'avant-garde pour initier l'utilisation à grande échelle de la prochaine génération de probiotiques.

Afin d'expliquer des bandes d'émission infrarouge (IR) spécifiques observées dans le milieu interstellaire (MIS) et connues sous le nom de bandes infrarouges aromatiques (AIB), la présence d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) a été proposée il y a environ 30 ans. Les porteurs des AIB sont également soupçonnés de contribuer fortement à la large bande d’absorption connue sous le nom de "bump" ultraviolet (UV) présente dans la courbe d'extinction interstellaire. Malgré un grand nombre d'études expérimentales et théoriques, la nature exacte des porteurs des AIB reste inconnue. La plupart des précédentes études expérimentales et théoriques se sont focalisées sur la spectroscopie électronique et vibrationnelle d'un ensemble limité de HAP relativement petits et plans. Le projet PACHYNO est dédié à l'étude de nanoparticules isolées à base de carbone et d'hydrogène dans le domaine de taille de 20 à 200 atomes comme porteurs potentiels des AIB. Le projet repose sur l’utilisation de méthodes de pointe computationnelles et expérimentales ainsi que leurs synergies sans sélection a priori d'espèces moléculaires. Expérimentalement, des analogues astrophysiques seront produits sous la forme d’une distribution de nanoparticules de carbone/hydrogène en utilisant une flamme basse pression et dont les signatures spectroscopiques seront mesurées. Dans la partie théorique, une exploration systématique et automatisée des structures moléculaires sera effectuée et les signatures spectroscopiques seront caractérisées. La grande variété de nanostructures résultant de la riche allotropie du carbone et de la présence d'hydrogène sera explorée au moyen de simulations atomistiques en utilisant une approche combinant le champ de force réactif AIREBO et la méthode de liaisons fortes basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFTB). La variété des nanoparticules d'hydrocarbures sera étudiée en faisant varier la taille, les quantités relatives de carbone et d’hydrogène ainsi que des paramètres extérieurs tels que la température. La caractérisation systématique sera obtenue par une cartographie de ces structures selon des paramètres d’ordre qui tiennent compte des différents aspects des organisations structurale et chimique. De nouveaux paramètres issus de la physique des agrégats seront développés pour décrire ces nanoparticules. En utilisant la DFTB ainsi que la DFTB dépendante du temps, les propriétés spectroscopiques des nanoparticules seront quantifiées de l’IR à l’UV en liaison avec les données expérimentales et astronomiques. Les simulations seront effectuées sur un vaste échantillonnage statistique. La caractérisation conjointe des hydrocarbures en termes structuraux, chimiques et spectroscopiques sera rationalisée en identifiant les corrélations pertinentes entre ces différentes propriétés. Notre ambition est de fournir des règles générales permettant de lier les caractéristiques spectrales aux propriétés structurales et chimiques telles que la taille, le rapport C/H ou les paramètres d'ordre. Des mesures expérimentales des spectres d’émission IR et des spectres électroniques UV-visible seront effectuées à l'aide d'un dispositif existant développé à l’ISMO. Des hydrocarbures allant jusqu'à quelques nanomètres seront générés à l'aide d'une flamme basse pression qui peut produire des distributions d'espèces bien contrôlées et reproductibles. La comparaison entre résultats expérimentaux et théoriques fournira des informations sur l'organisation des nanoparticules en fonction des conditions expérimentales. Enfin, la comparaison avec les spectres astrophysiques fera progresser notre compréhension de la matière carbonée interstellaire et contribuera à améliorer les modèles de poussières en astrophysique. Ces progrès nourriront par ailleurs les futures missions spatiales telles que le télescope spatial James Webb (JWST) qui sera lancé en 2018.

Les dicétopipérazines (DKP) sont des métabolites secondaires retrouvés dans de nombreux produits naturels. Elles ont été particulièrement étudiées pour la diversité de leurs propriétés pharmacologiques, allant d’activités antibactériennes à immunosuppressives. Cependant, la biodisponibilité des DKP dans les produits naturels est variable (quantité, production conditionnelle, complexité des mélanges), ce qui constitue un frein à l’étude de leurs propriétés. L’avènement des techniques de séquençage haut débit et de la biologie synthétique offre de nouvelles voies d’étude de la diversité chimique qui passent par la connaissance des voies de biosynthèse des DKP et leur ingénierie. Au cours des dernières années, les trois partenaires de ce projet ont participé à l’identification et la caractérisation de voies de biosynthèse de DKP qui implique une synthase de cyclodipeptides (CDPS). Ces voies de biosynthèse dépendant des CDPS sont également constituées de diverses enzymes de décoration dont le rôle est de modifier chimiquement les cyclodipeptides synthétisés par les CDPS. Alors que cinq de ces voies de biosynthèse ont été déchiffrées, l’analyse des génomes par bioinformatique montre pratiquement 500 CDPS présentes (mars 2016), nombre d'entre elles étant associées avec des enzymes de décoration. Le but de notre projet DKP-COMBIBIO est d’exploiter les voies de biosynthèse dépendant des CDPS pour produire, via la reconstitution de ces voies de biosynthèse et leur ingénierie dans un hôte approprié, une variété de DKP qui seront évaluées dans des tests biologiques. Le succès de ce projet dépend de la réalisation d’objectifs bien précis dans le temps imparti, à savoir: - la caractérisation biochimique des activités des enzymes des voies de biosynthèse dépendant des CDPS identifiées dans les bases de données; - l’utilisation des CDPS et des enzymes de décoration pour constituer une diversité chimique par différents moyens —biosynthèse combinatoire in vivo; incorporation d’acides aminés non-protéinogéniques; approche chimio-enzymatique in vitro utilisant des cyclodipeptides de synthèse (commerciaux ou disponibles dans nos laboratoires) et les enzymes purifiées; —, conduisant à l’établissement d’une banque de DKP synthétisées de manière biologique; - l’évaluation de cette bibliothèque de DKP dans des tests biologiques. La mise en place du projet implique trois partenaires sur une durée de trois ans. Le partenaire 1 a une solide expérience dans la production et la manipulation des CDPS et enzymes de décoration. Il a par ailleurs développé des outils pour caractériser l’activité de ces enzymes in vivo chez Escherichia coli et in vitro. Le partenaire 2 a une expertise reconnue en microbiologie et biologie moléculaire, avec un intérêt particulier pour les voies de biosynthèse de métabolites secondaires des bactéries du genre Streptomyces. Il s’intéresse également au développement d’approches de biologie synthétique. Le partenaire 3 est un spécialiste de la caractérisation chimique des peptides et petites molécules en utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN) et la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS). Les trois partenaires présentent donc des expertises complémentaires qui permettront de mener à bien l’ensemble du projet. Les différents résultats attendus de ce projet (la caractérisation d’un grand nombre de voies de biosynthèse, la constitution d’une banque de DKP biosynthétisées, l’obtention de nouvelles molécules bioactives) seront directement valorisés par les 3 partenaires (propriété intellectuelle, publications, conférences, enseignement). Ils auront également un impact plus global sur la communauté scientifique, en ouvrant notamment un certain nombre d’axes de recherche liés aux voies de biosynthèse de DKP et à leurs activités biologiques ou pharmacologiques.

Depuis plus d’une décennie, les nanotubes de carbone et le graphène ont été largement utilisés pour la fabrication de transistors à effet de champ (FET, en anglais) et de détecteurs. Plus récemment, ces matériaux ont été testés pour des applications en électronique de spin (spintronique). Le graphène, tout comme les nanotubes de carbone, présente une grande mobilité électronique mais un faible couplage spin-orbite. Cela signifie qu’un électron polarisé en spin va pouvoir voyager sur de longue distance (de l’ordre du micromètre) sans perdre l’information de spin. Cependant, ces faibles interactions spin-orbite empêchent d’envisager la manipulation et le basculement induit électriquement du spin qui pourrait être la première étape vers la fabrication de « spin-FET ». De récents travaux théoriques ont prédit que la présence d’éléments lourds physisorbés en surface pouvait accroitre les interactions de spin-orbite dans le graphène tout en affectant peu la mobilité électronique. Au-delà de la seule modification du transport, la fonctionnalisation de la surface carbonée peut donc changer radicalement certaines propriétés électroniques du graphène en induisant non seulement du couplage spin-orbite (S-O) et du magnétisme. MAGMA est un projet de recherche collaboratif fondamental qui vise à créer de nouvelles fonctionnalités dans le graphène par la manipulation contrôlée du spin de l’électron. Pour cela, nous proposons de fonctionnaliser le graphène avec des complexes organométalliques (porphyrines et phtalocyanines métallées) et d’étudier comment ces adsorbats moléculaires déposées que ce soit de façon isolé ou en réseaux organisés peut donner naissance à des systèmes présentant des propriétés accordables grâce à leur couplage au spin des électrons itinérants dans le graphène. Selon leur nature, leur structure et leurs propriétés qui seront définies par leur design ainsi que par leur propension à échanger des charges avec le graphène, les complexes moléculaires peuvent induire du magnétisme ou augmenter les couplages spin-orbite dans le graphène. Jusqu’à récemment, l’influence de la présence de dopants ou de molécules sur les dispositifs à base de graphène et l’organisation de molécules sur graphène étaient traitées séparément. La fonctionnalisation contrôlée du graphène peut conduire à des matériaux hybrides possédant des propriétés parfaitement ajustables. Le but du projet MAGMA est de répondre aux questions fondamentales suivantes : - Comment les molécules s’auto-organisent sur le graphène ? Quel est l’influence du type de graphène et de la couche inférieure ? Comment peut-on générer des réseaux ordonnés sur de grandes surfaces ? - Quelles sont les mécanismes d’échanges possibles entre les molécules et le graphène ? Comment l’ionisation des molécules peut être contrôlée par un champ électrique ou par l’était initial du graphène ? - Comment un réseau de molécules contenant des atomes lourds peut induire une modification des interactions S-O dans le graphène ? Comment ces interactions peuvent être détectées ? - Pour répondre à ces questions, le consortium combine des expertises complémentaires en nanochimie, en physique des surfaces, en physique mésoscopique, en magnétisme et en modélisation. Des résultats préliminaires obtenus sur des porphyrines de platine déposées sur du graphène n’ont pas encore révélé d’interactions S-O. Cependant, nous avons observé, par des expériences de magnétotransport de supraconductvité de proximité que du magnétisme pouvait être induit dans des dispositifs électroniques à graphène et contrôlé avec l’application d’une tension de grille.

Malgré d’intenses recherches depuis des décennies, la production d'azote atomique en grande quantité par des procédés énergétiquement efficaces reste un obstacle majeur pour de nombreuses applications industrielles comme les procédés de nitruration, la synthèse de nouveaux nanomatériaux et de nitrures à large bande pour l'électronique de puissance, ou encore le traitement biomédical. Il est également important de mieux comprendre les mécanismes de production/destruction d'azote atomique pour la combustion assistée par plasma ou pour la réduction des émissions polluantes. Ce projet collaboratif vise à comprendre les canaux de production de N par décharges plasmas à haute densité d’énergie, en particulier les décharges nanosecondes et microondes. Le projet se concentre sur les mécanismes cinétiques impliquant les états électroniques excités de N2. Dans l'azote pur, de nombreux états électroniques excités d'énergie supérieure à 11,5 eV sont produits par impact électronique sous l’action de champs électriques élevés. Ces états excités se prédissocient spontanément pour former des atomes d’azote dans l’état fondamental N(4S) et dans les deux premiers états métastables N(2P) and N(2D). Ce canal est prépondérant à basse pression où les collisions entre espèces lourdes sont peu fréquentes. At haute pression, cependant, ces états excités peuvent aussi se dissocier par collisions avec l’’azote moléculaire dans son état fondamental. Certains auteurs prédisent que la dissociation collisionnelle est plus efficace que la prédissociation à des pressions de quelques atmosphères. D’autres mécanismes collisionnels possibles à haute pression incluent les réactions de pooling entre deux molécules N2 excitées. Si l’utilisation de hautes pressions parait avantageuse, il faut cependant noter que la recombinaison à deux et trois corps augmente aussi avec la pression, ce qui peut réduire la production globale d’azote atomique. Parce que les taux d’excitation par impact électronique augmentent exponentiellement avec le champ électrique réduit E/N (E champ électrique, N densité totale du gaz), la densité des états électroniques de N2 augmente avec E/N. L’utilisation de champs forts permet donc de d’augmenter la dissociation avec un coût énergétique réduit. D’après les résultats de la littérature, le coût énergétique décroît de 340 eV/atome à E/N = 140 Td (1 Td = 10-17 V-cm2) à seulement 40 eV/atome au-dessus de 300 Td. Cependant, peu de résultats expérimentaux sont disponibles pour confirmer ces résultats sur une large gamme de E/N et de pressions. L’objectif de ce projet est de mieux comprendre cette cinétique complexe. Pour cela, des expériences seront menées avec plusieurs types de décharges dans des conditions allant du régime non-collisionnel (1-10 Pa) jusqu’aux régimes fortement collisionnels (1-10 atm), avec des champs réduits de 100 à 400 Td. Des techniques lasers avancées, en particulier la TALIF femto-, pico- et nano-seconde, ainsi que la spectroscopie d’émission quantitative, seront utilisées pour mesurer l’évolution spatio-temporelle des densités des espèces chimiques. En parallèle, un modèle de cinétique chimique détaillée sera développé et incorporé dans des simulations 2D des décharges nanosecondes et microondes pour analyser les résultats et optimiser le procédé de production de N. Les résultats attendus sont, d'une part, une compréhension détaillée des mécanismes cinétiques et, d'autre part, une caractérisation complète des différentes décharges en termes de taux de production et de coût énergétique en fonction du champ appliqué et de la pression pour servir de référence dans les applications visées. Le consortium regroupe des experts en décharges plasmas, diagnostics avancés et modélisation. Des collaborations étroites sont aussi envisagées avec des experts en cinétique chimique : équipe de M. Capitelli à Bari, et N. Popov à Moscow State University qui participe déjà au LIA d’un des partenaires.

Les propriétés des photoexcitations dans les cellules solaires organiques dépendent fortement d'un degré de liberté purement quantique: le spin. Le spin contrôle les processus de génération et de recombinaison possible pour les différentes états excités qui determinent la performance des dispositifs. Les excitons triplets jouent un rôle crucial dans le fonctionnement des dispositifs photovoltaïques puisqu'ils donnent un moyen de dépasser les limites conventionnelles de rendement énergétique grâce au mécanisme de fission excitonique qui permet de générer deux excitons singlet par photon absorbé. Les signatures en spin spécifiques des excitons triplets les rendent particulièrement bien adaptés à des études par des techniques de résonance de spin. Nous proposons de sonder les propriétés quantiques fondamentales de la fission excitonique en couplant des excitons triplets à un résonateur supraconducteur. À basse température, l'interaction avec un résonateur supraconducteur peut conduire à la formation de nouveaux états quartets ou deux excitons triplets précessent ensemble. Comme la fission excitonique est fortement influencée par l’environnement moléculaire local, nous proposons aussi une combinaison de techniques optiques et micro-ondes pour sonder les propriétés d'un faible nombre de paires d'excitons triplets générés par fission. Cette approche devrait permettre une étude quantitative de l'importance de l'ordre moléculaire local et de la morphologie. Les excitons triplets sont des porteurs de spin neutre ne portant pas de charge électrique, ils peuvent donc permettre de créer des sources de courant de spin très bien définies sans courant de charge associé. Nous proposons plusieurs architectures pour tenter de détecter le courant de spin porté par des excitons triplets, en utilisant des dispositifs à base d'effet spin Hall inverse ou des dispositifs mesoscopiques qui peuvent être très sensibles à l'ordre magnétique local (supraconductivite mesoscopique, points quantiques, ...). Nous montrons des données expérimentales préliminaires qui suggèrent la possibilité d'observer un effet spin-Hall inverse lie à un courant de spin excitonique dans des films minces de platine. Afin de rapprocher nos experiences de physique fondamentale au problème plus appliqué de production d’énergie électrique dans les cellules solaires organiques, nous commencerons des recherches sur l'utilisation de résonateurs électromagnétiques diélectriques pour étendre le domaine accessible à notre technique fondée sur l'utilisation de résonateur avec de hauts facteurs de qualité jusqu’à la température ambiante. Une application de cette approche sera l’étude du couplage entre les excitons triplets et des nanocristaux semi-conducteurs qui est très importante pour réussir à faire des dispositifs qui profitent pleinement des rendements théoriques potentiels permis par la fission excitonique. Enfin les propriétés de spin sont très activement étudiées dans le contexte du traitement de l'information quantique ou des temps de cohérence importants sont primordiaux. Les électrons piégés a la surface de l’hélium 4 liquide ont en théorie de temps de cohérence de phase records en vue d'une absence totale d'interactions hyperfine et d’impuretés magnétiques. Je propose de coupler le spin des électrons à la surface de l’hélium à des spins photo-induits dans les organiques. Le spin des électrons peut alors fournir une sonde ultra-sensible aux excitations de spin dans les organiques, réciproquement la possibilité de manipulation optique du spin dans les organiques fournit une approche intéressante pour mieux contrôler le spin des électrons sur l’hélium tout en gardant leurs propriétés de cohérence remarquables.

Nous proposons une expérience d’interférence complètement quantique sans précédent où la manipulation et la détection d’électrons dans un conducteur quantique se fait au niveau d’une charge unique. Le mode opératoire tout-quantique portera le domaine récent de l’optique quantique électronique à un statut comparable à son équivalent photonique. Pour atteindre cette avancée majeure, le consortium suivra différentes approches pour réaliser la brique manquante : un détecteur d’électrons uniques. Combinant savoir expérimentaux et théoriques, les équipes délivreront un interféromètre quantique combinant détection et injection (par pulses de tension) de charge uniques. Le dispositif sera testé en réalisant l’interférométrie Hong Ou Mandel ou la tomographie d’états quantiques de pulses d’électrons uniques bien définis appelés lévitons. Son fonctionnement tout-quantique sera ensuite exploité pour tester des prédictions intrigantes sur l’interférence de pulses de charges non-entières.

Notre projet concerne l'étude de l'écoulement turbulent de Von Kármán qui se développe entre deux disques contrarotatifs, lisses ou rugueux dans de l'Hélium cryogénique, en phase normale ou superfluide. Le réfrigérateur de grande puissance du laboratoire INAC-SBT du CEA-Grenoble (dont les 0,4 MW de puissance électrique assurent une puissance de réfrigération de 400 W @ 1,8K) et l'installation SHREK permettent de réaliser des écoulements turbulents de manière contrôlée (conditions stationnaires) avec des disques de grande dimension (80 cm de diamètre), dans une enceinte de 80 cm de hauteur dont les dimensions sont très largement supérieures à celles des systèmes cryogéniques existants. Cette installation expérimentale est la seule au monde capable d'atteindre et de maintenir en conditions stationnaires des nombre de Reynolds jusqu'à 10^8 en Hélium normal ou superfluide. Lorsque les disques d'entrainement du fluide ne sont pas munis de pales le fluide est mis en mouvement sous l'effet du cisaillement de la couche limite contrairement au cas plus habituel dans les écoulements de Von Kármán où le fluide est poussé ou aspiré par les pales (forçage inertiel). Ainsi, la turbulence se développant dans le volume de l'expérience peut être qualifiée de turbulence induite par cisaillement. Dans cette expérience, nous étudierons la turbulence en volume, les couches limites turbulentes et leur interaction mutuelle. Notre objectif est de perturber mécaniquement les couches limites des deux disques et d'analyser l'effet de ces perturbations sur les couches limites (mesures de couple mécanique) et sur la turbulence en volume (entre les disques). Pour cela, les disques lisses seront remplacés par des disques de rugosité contrôlée permettant de modifier le mécanisme de forçage en introduisant une nouvelle échelle spatiale de forçage fixe et contrôlée. Grâce à ces différentes configurations d'injection d'énergie mécanique dans l'écoulement, nous serons en mesure d'apporter des réponses à plusieurs questions ouvertes concernant la physique des couches limites et de la turbulence des fluides aux très grands nombres de Reynolds : en premier lieu, avec un fluide classique (Hélium normal) nous explorons la dynamique d'écoulements à des nombres de Reynolds comparables à ceux rencontrés en turbulence atmosphérique; en second lieu, la mesure de la force de traînée exercée sur les disques par le fluide (couple visqueux) est une quantité globale (intégration spatiale sur la surface et l'épaisseur de la couche de cisaillement) caractéristique de la structure et de la dynamique des plus petites échelles de l'écoulement (la sous-couche visqueuse en fluide normal), hors de portée des sondes locales disponibles. À ces échelles, nous nous attendons à observer une différence mesurable entre fluide normal et superfluide, qui n'est pas détectable à plus grande échelle. En choisissant une échelle de rugosité des disques voisine de la distance inter-vortex (lignes de vorticité quantifiées), de nouveaux effets d'hydrodynamique turbulente quantique devraient se manifester, effets qui n'ont jamais été mis en évidence ni étudiés à ce jour. Dans ces expériences, nous souhaitons réaliser des mesures globales et locales. Pour les premières, il s'agit de mesures de couple, de pression pariétale et de diffusion acoustique dynamique, ainsi que de mesures à grande échelle par tube de Pitot, anémomètres macroscopiques et anémomètres à second son dans l'Hélium superfluide. Les techniques de mesure locales sont plus délicates et nécessiteront la poursuite de nos développements en cours de sondes originales comme les fils chauds à l'échelle du micron, les pinces à second son (en He II) donnant accès à la densité locale de lignes de vortex ainsi qu'un nouveau type de sondes locales de vitesse, réalisés par gravure sur Si (salle blanche) appelées anémomètre à cantilever.

Les virus à ARN sont des pathogènes qui infectent toutes les formes de vie. Les virus dont les génomes sont des ARNs messagers, par la suite appelés simplement virus à ARN simple brin (ssRNA), constituent un problème de santé publique majeur (virus de l'hépatite C, de la Dengue, ou encore Zika), et occasionnent de sérieuses difficultés économiques et vétérinaires à travers le monde. Bien qu'extrêmement divers, les virus à ssRNA ont en commun une simple coque protéique – la capside – protégeant le génome. Certains virus à ssRNA simples peuvent même s'auto-assembler in vitro et former des particules infectieuses à partir des composants purifiés. Malgré de nombreuses études dédiées à la biologie moléculaire du cycle viral, la capacité des virus à s'auto-assembler défie toujours la compréhension théorique. En particulier, étant donné le nombre astronomique d'états intermédiaires possibles conduisant aux virions assemblés, le système doit avoir trouvé des façons de simplifier les chemins disponibles, surmontant une situation qui s'apparente au paradoxe de Levinthal pour le repliement des protéines. Il n'existe pas à ce jour de modèles physiques décrivant de manière fiable les chemins dynamiques le long desquels les centaines de briques moléculaires constituant un virus s'arrangent au sein de la structure finale. L'objectif de ce projet est d'élucider les chemins dynamiques pour l'empaquetage du génome dans les virus icosaédriques à ssRNA. Le modèle viral sera dérivé du virus de la marbrure chlorotique de la cornille (CCMV) – un virus de plante qui a été largement utilisé pour des études physiques et nanotechnologiques –, et dans une moindre mesure, de son proche parent le virus de la mosaïque du brome (BMV). L'ARN sera soit purifié ou bien synthétisé par transcription in vitro afin de tester différentes longueurs et séquences. Du poly(styrène acide sulfonique) (PSS) sera utilisé comme homopolymère synthétique chargé afin de distinguer entre les effets électrostatiques et les mécanismes de reconnaissance spécifique. Nous proposons de déployer un ensemble de techniques physique de pointe afin de sonder les processus dynamiques à haute résolution spatio-temporelle : 1. Le premier ensemble d'expériences s'appuiera sur des techniques de moyenne d'ensemble comprenant la diffusion des rayons X aux petits angles résolue en temps (TR-SAXS) avec une source synchrotron à haute brillance, complémentées par des algorithmes d'analyse dédiés. Nous identifierons les premiers états transitoires qui s'établissent au cours des premières dizaines de millisecondes et nous reconstruirons les espèces associées avec une résolution nanométrique ; 2. En parallèle, nous suivrons les mêmes processus à l'échelle de la molécule unique par microscopie de fluorescence par réflexion totale interne (TIRFM). Grâce à la haute sensibilité de cette technique, le nombre de dimères associés à une molécule d'ARN sera déterminé en fonction du temps. Nous espérons obtenir une précision de quelques dimères et une résolution temporelle de quelques centaines de millisecondes. Ce projet constituera une étude complète et ambitieuse sur l'empaquetage du génome viral à haute résolution spatio-temporelle. Nous anticipons ainsi l'émergence d'une stratégie multidisciplinaire qui combine les concepts de la physique de la matière molle avec la virologie. Ce nouveau champ disciplinaire souvent nommé « virologie physique » est encore embryonnaire, surtout en France. Les premières investigations sur l'auto-assemblage des capsides icosaédriques ont été initiées par Guillaume Tresset (LPS) et Stéphane Bressanelli (I2BC) il y a quelques années. La collaboration est déjà établie et s'est révélée fructueuse. Le partenariat sera étendue aux études en molécule unique en impliquant Thierry Bizebard (IBPC). Ce projet sera ainsi l'occasion de renforcer les liens existants et d'introduire un savoir-faire complémentaire dans le consortium.

Le projet HEROES ambitionne de mettre à disposition de la communauté scientifique nationale et internationale, au sein du synchrotron SOLEIL (ligne AILES), des outils de travail à très haute résolution spectrale, par l'utilisation de techniques hétérodynes dans les gammes du THz (0.1 THz- 1.1 THz) et de l’infrarouge lointain IRL (1-6 THz). La ligne AILES extrait l’émission synchrotron issue des différents modes d’opération de l’anneau SOLEIL dans une large gamme spectrale qui couvre les fréquences THz et IRL. Cette ligne est dédiée à la spectroscopie d'absorption de nombreux types de matériaux et molécules. Si les techniques infrarouges sont matures, il n'en est pas de même des techniques THz et IRL (8-150 cm-1) et ce malgré d'importants progrès durant la dernière décennie. Les techniques souffrent toutes, soit d'une puissance d'émission limitée, soit d'une résolution spectrale faible, soit d’une couverture spectrale réduite voire des trois pour certaines. La ligne AILES a déployé depuis 10 ans d'importants moyens pour extraire un rayonnement de grande brillance dans le THz. Comme toute les autres lignes de lumière dédiée au THz de part le monde, elle utilise un système de détection basé sur un spectromètre à transformée de Fourier qui par nature présente une résolution spectrale limitée à 30 MHz due à la longueur maximale de la ligne à retard (10 m). Dès son ouverture, la ligne AILES a joué un rôle fédérateur au sein de la communauté scientifique, permettant la création de consortia scientifiques sur des thématiques tant fondamentales que techniques. C'est le cas de ce projet, liant les compétences des laboratoires ISMO (UMR 8214 – U-PSUD), IEMN (UMR 8520 – U-Lille), LPCA (EA 4493- ULCO), la ligne AILES (SOLEIL Saclay) et exploitant d'une part un tout récent brevet de l'IEMN sur le renouveau des lasers moléculaires IRL et d'autre part la mise en évidence de la nature discrète du mode de rayonnement cohérent de la ligne AILES. Dans une première implémentation, le consortium HEROES propose de mettre à disposition de la communauté scientifique une expérience de détection hétérodyne à très haute résolution du rayonnement synchrotron dans la gamme 1- 6 THz (30-150 cm-1) basée sur l’utilisation d’un mélangeur HEB et d’une nouvelle source laser THz en tant qu’oscillateur local. Cette source repose sur les toutes dernières avancées de l'IEMN concernant le développement des lasers THz à gaz pompés par laser à cascade quantique infrarouge. Cette approche a fait récemment l’objet d'un dépôt de brevet. L’accordabilité du laser à cascade quantique donne accès à une couverture spectrale exceptionnelle et révolutionne ainsi les possibilités des lasers à gaz THz qui étaient jusqu’ici pompés par des lasers CO2. La précision de fréquence sera intrinsèquement bonne (<1 MHz) et pourra ensuite être encore grandement améliorée. Cette approche, unique au monde, ouvrira des perspectives immenses pour la spectroscopie moléculaire dans l’IRL. La deuxième implémentation est issue du travail du consortium HEROES sur le mode de stockage CSR (Coherent Synchrotron Radiation). Il a permis de montrer que le rayonnement THz émis, en plus d’être très intense présente un spectre composé d'un peigne de fréquences espacé de 846 kHz. Nous proposons de mettre en place un système de détection par double peignes de fréquences. Il s'agit de sonder l’émission CSR par un 2ième peigne de fréquences dont le taux de répétition est proche de celle du synchrotron. On effectue alors une translation du peigne THz vers les radiofréquences pour lesquelles les techniques d'analyses existent. On disposera d'un spectromètre alliant la brillance du CSR, la couverture spectrale du rayonnement synchrotron, la très haute résolution spectrale (de l'ordre de 846 kHz) et une très grande vitesse d’analyse de la technologie « dual-comb » qui a révolutionné la spectroscopie moléculaire dans les gammes spectrales du visible et de l’infrarouge proche.

La physique statistique permet de décrire le monde macroscopique à l’aide de simples lois qui ignorent les détails microscopiques. Avec peu de paramètres, tels que la température ou le potentiel chimique, l’évolution à temps longs des systèmes physiques peut être simplement appréhendée. D’un point de vue quantique cependant, cette question de la thermalisation représente un problème extrêmement complexe qui a généré une intense activité au cours des dernières années. En particulier le phénomène dit “many-body localization” (MBL) se penche sur la possibilité d’une absence de thermalisation en présence d’interactions et de désordre. De récents travaux théoriques ont clairement établi l’existence d’une phase MBL pour des modèles unidimensionnels, et ses premières signatures expérimentales ont été relevées dans des systèmes d’atomes froids ou d’ions piégés. Néanmoins, la question de la pertinence d’un régime MBL dans les systèmes de matière condensée assez largement demeure ouverte. Notre projet aborde des questions théoriques fondamentales, telles que la nature de la phase MBL, l’existence d’une transition de phase au delà de une dimension, et cherche à identifier des signatures expérimentales dans des systèmes non-dissipatifs tels que les jonctions Josephson (JJ). À l’image des atomes froids, la physique des JJ peut être décrite par des Hamitoniens modèles, mais implique aussi de nouvelles difficultés intrinsèques aux dispositifs électroniques. Notre objectif est aussi d’aller plus loin pour comprendre la pertinence de la physique MBL dans les systèmes dissipatifs hors d’équilibre tel que la polarisation dynamique nucléaire. À l’aide des méthodes de la polarisation dynamique nucléaire, des composés vitreux contenant des impuretés paramagnétiques sont conduits, par irradiation micro-onde, vers un état stationnaire charactérisé par une forte polarisation des spins nucléaires. De tels échantillons hyper-polarisés représentent des sondes actives pour la RMN ayant un énorme impact biomédical pour le controle du métabolisme cellulaire. Cependant, malgré une importante implication au sein de la communauté RMN/IRM, une descrition théorique réaliste des mécanismes de la polarisation dynamique nucléaire font toujours défaut. Basé sur des évidences expérimentales, les spins irradiés en interactions se refroidissent jusqu’à un état thermodynamique caractérise par une faible température de spins. Quelles est l’origine microscopique de cette basse température? Comment la calculer? Récemment nous avons introduit un modèle de spins semblable aux modèles théoriques de la MBL, en particulier basés sur le désordre et les intercations. Nos résultats montrent que la température effective émerge sous irradiation micro-onde, et que son comportement est intimement relié à la tendance des spins à thermaliser ou localiser. La description émergente révèle une connexion inattendue entre la performance de la technique d’hyperpolarisation et la problématique de la MBL. La poursuite de cette direction permettra une modélisation complète de la polarisation dynamique nucléaire, en vue d’applications plus pratiques. Le problème MBL représente un immense défi technique, l’évolution temporelle des systèmes quantiques en interaction restant l’un des problèmes fondamentaux non résolu. Dans un tel domaine compétitif, il est nécessaire de maitriser une large gamme d’outils pour attaquer les difficultés sous différents angles. C’est l’un des avantages clés de notre équipe, réunissant les expertises analytiques et numériques. Lors de ce programme, nous visons à débloquer les obstacles techniques à l’aide de méthodes analytiques et numériques spécifiques pour le problème MBL. En liens directs avec les analyses théoriques, notre ambition est de proposer des tests expérimentaux pour sonder la question de la thermalisation et de la localisation sur la réponse dynamique des systèmes quantiques. Ceci s’effectuera en collaboration étroite avec les équipes expérimentales.

TRYAQS propose un concept novateur pour la simulation quantique, un sujet très actif au niveau mondial. L’objet de la simulation quantique est de mieux comprendre les systèmes complexes de matière condensée. Ils sont en effet très importants, tant pour des questions fondamentales comme le transport ou les transitions de phase quantiques que pour le développement de matériaux innovants. Mais leur approche théorique est formidablement difficile en raison de la taille de leur espace de Hilbert. Le calcul exact d’une simple chaîne de 30 spins avec des interactions non triviales entre plus proches voisins est déjà à la limite des possibilités des calculateurs actuels. Un simulateur quantique émule un système par un autre, dont la dynamique est identique et dont tous les paramètres sont sous contrôle. Il permet aussi, en principe, de mesurer toutes les observables possibles de l’état final. Des avancées importantes ont déjà été réalisées, en particulier avec des ions, des atomes piégés, des circuits supraconducteurs ou des atomes de Rydberg. Aucune de ces plates-formes ne permet néanmoins pour l’instant d’étudier de grands systèmes pendant les temps longs mis en jeu dans des phénomènes de thermalisation ou de localisation, par exemple. TRYAQS se propose de combiner les meilleures caractéristiques de ces plates-formes, en utilisant des spins codés sur des atomes de Rydberg circulaires, piégés optiquement et dont l’émission spontanée est inhibée. Les niveaux circulaires ont des propriétés remarquables : une structure simple, une longue durée de vie (30 ms pour 50C), un très fort couplage aux ondes millimétriques, une détection sélective et sensible par ionisation par champ. Une paire de ces atomes, habillée par une micro-onde résonnante, interagit par un Hamiltonien de van der Waals qui se ramène à celui d’une chaîne de spins en interaction XXZ dans des champs transverses uniformes. Les paramètres de cette interaction sont complètement ajustables en agissant sur la micro-onde d’habillage et sur le champ électrique statique appliqué aux atomes. Pour tirer tout le parti possible de ces propriétés remarquables, TRYAQS propose d’allonger la duré de vie des niveaux circulaires au delà de la dizaine de secondes en les plaçant dans une structure sous coupure pour la longueur d’onde d’émission. Les atomes seront piégés par le potentiel pondéromoteur de leur électron dans un faisceau laser, un potentiel profond (de l’ordre du MHz pour des puissances raisonnables) et presque indépendant du niveau, un atout majeur pour TRYAQS. En raison de leur grand moment angulaire, les niveaux circulaires sont pratiquement insensibles à la photoionisation, qui n’affecte pas leur durée de vie. L’objectif final de TRYAQS est de suivre l’évolution d’une chaîne de quelques spins sur des temps longs, pour observer les signes d’une transition de phase quantique dans une variation adiabatique des paramètres du Hamiltonien. Ce résultat remarquable prouvera l’intérêt de cette plate-forme et ouvrira la voie à des simulations de systèmes inaccessibles aux méthodes numériques ou analytiques usuelles. Le succès de TRYAQS sera donc une étape majeure pour la simulation quantique. TRYAQS repose sur des efforts théoriques et expérimentaux, réalisés en collaboration étroite entre le groupe d’Electrodynamique quantique du LKB (Collège de France, CdF) et le groupe du LPTMS, Orsay. Le travail théorique guidera les efforts expérimentaux, par exemple en faisant les choix optimaux de paramètres. Il explorera aussi le potentiel de la plate-forme, bien au delà des objectifs expérimentaux de TRYAQS. Le groupe expérimental utilisera sa vaste expérience des états circulaires et du piégeage atomique pour atteindre les objectifs ambitieux de TRYAQS dans la durée prévue de quatre ans.

La génération d'harmoniques élevés (HHG) constitue un domaine de recherche extrêmement porteur en optique ultrarapide et physique des champs forts. La capacité de générer par HHG un rayonnement cohérent dans l'extrême ultraviolet (XUV 1-100nm), ainsi que des impulsions attoseconde a engendré tout un champ de recherche, aussi bien fondamentales qu'appliquées. En particulier, l'imagerie nanométrique utilisant la lumière cohérente XUV progresse rapidement, utilisant souvent le concept d'imagerie par diffraction cohérente. Ces expériences sont, pour la plupart, réalisées en utilisant des sources synchrotron ou laser à électrons libres, installations dont l'accès est difficile. Grâce à la mise au point récente de sources HHG compactes, des expériences d'imagerie XUV peuvent désormais être réalisées en laboratoire, à des résolutions approchant la longueur d'onde. De plus, les sources HHG offrent la possibilité de faire de l'imagerie résolue en temps, à l'échelle attoseconde / femtoseconde. Ces sources reposent le plus souvent sur des lasers ultrabrefs de type titane-saphir, ce qui limite leur taux de répétition à quelques kHz et engendre des couts d'acquisition et de maintenance élevés. L'idée centrale de ce projet est de développer une nouvelle génération de sources HHG pour des applications en imagerie nanométrique tirant profit des derniers développements en technologie des lasers à fibre ultrabrefs. Ceci permettra une rupture en termes de taux de répétition, compacité, et robustesse des lasers utilisés pour la HHG. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous proposons de développer, caractériser, et optimiser une source compacte délivrant des impulsions de forte énergie (150 µJ), de durée égale à quelques cycles optiques (10 fs), dont la phase enveloppe-porteuse (CEP) est stabilisée, à un taux de répétition élevé (100 kHz), à la longueur d'onde de 1 µm. Bien que quelques laboratoires leaders sur le plan international soient activement sur cette voie, la source proposée constituerait une première mondiale. Elle serait basée sur un prototype industriel de laser à fibre dopée ytterbium ultrabref, suivi d'un étage de compression nonlinéaire réalisé à l'aide d'un guide d'onde rempli de gaz. Cette source permettra de réaliser des expériences d'imagerie unique, à une résolution spatiale sub-20nm et temporelle à l'échelle de 100 as. De nouveaux algorithmes d'inversion et de reconstruction d'image permettront de s'affranchir des problèmes liés à la bande spectrale du rayonnement utilisé pour éclairer l'objet à imager. Le contrôle de la CEP permettra la génération de spectres reproductibles, paramètre essentiel pour assurer lune imagerie de bonne qualité, ainsi que de nombreuses perspectives en imagerie attoseconde. Le projet, mené par le laboratoire Charles Fabry (LCF), assemble des compétences spécifiques et complémentaires de partenaires reconnus internationalement dans leurs domaines respectifs. Le LCF est un acteur majeur de la recherche sur les sources laser femtoseconde pompés par diode. Amplitude Systèmes (AS) est le leader mondial sur le marché des lasers ultrarapides industriels, et a établit de longue date un laboratoire commun avec le LCF. Le laboratoire de l'accélérateur linéaire (LAL) possède un savoir faire unique en matière de contrôle du peigne de fréquence des lasers ultrabrefs, reconnu dans le cadre d'expériences de cavité résonnantes passives pour la génération de rayons X et gammas. Enfin le laboratoire interaction, dynamique, et laser (LIDyL) est mondialement connu pour ses contributions à l'optique très nonlinéaire en phase gazeuse (HHG), et son application à l'imagerie nanométrique. Le consortium HELLIX a pour but de démontrer une source laser à fort taux de répétition fiable, aux paramètres uniques, avec un impact important aux niveaux de la source laser, de la source secondaire XUV, et des applications.

L’électronique supraconductrice est basée jusqu’ici essentiellement sur un composant : la jonction Josephson, un lien faible entre deux supraconducteurs. Dans la plupart des circuits étudiés jusqu’à présent, l’électrodynamique d’une telle jonction, qu’elle soit quantique ou classique, est gouvernée par un seul degré de liberté : la différence de phase supraconductrice entre les deux électrodes. L’objectif de ce projet est de fabriquer et caractériser de nouveaux types de jonctions Josephson qui présentent des degrés de liberté supplémentaires. Le premier volet du projet est consacré à l’étude de jonctions Josephson obtenues avec des liens faibles réalisés dans des matériaux à fort couplage spin-orbite. Dans ce cas, le degré de liberté de spin des quasi-particules devient pertinent pour la dynamique de la jonction. D’une part nous utilserons des nano-cristaux de Bismuth, qui sont des isolants topologiques 2D, pour explorer la physique de l’effet Josephson à travers des états de bords chiraux 1D. D’autre part nous utiliserons des gaz bidimensionnels d’électrons réalisés dans des puits quantiques d’InAs pour réaliser la manipulation cohérente du spin d’une seule quasiparticle. Le deuxième volet du projet concerne des jonctions Josephson avec plus de deux électrodes. Dans cette configuration multi-terminaux, les nouveaux degrés de liberté sont les phases supraconductrices des électrodes supplémentaires. Bien que fabriquées uniquement avec des supraconducteurs conventionnels, ces structures pourraient manifester des propriétés topologiques non triviales. Nous chercherons en particulier à mettre en évidence des états de quasiparticules à énergie nulle, topologiquement protégés, dont l’existence a été récement prédite pour une configuration adéquate des différentes phases. Ce projet combine les expertises complémentaires de trois groupes d’expérimentateurs qui maitrisent les différents aspects nécessaires à la réussite du projet : croissance epitaxiale des hétérostructures, fabrication d’échantillons submicroniques complexes et mesures DC et micro-onde à basse température. Ce projet a pour socle les résultats établis lors du projet MASH (2013-2016), auquel deux des partenaires participaient.

La théorie des cordes est la théorie candidate la plus prometteuse pour unifier toutes les forces fondamentales, et fournit donc un cadre à partir duquel on peut espérer obtenir l’ensemble des lois physiques observées. Néanmoins, la théorie des cordes est définie en dix dimensions, et pour obtenir des résultats comparables à l’expérience elle doit être « compactifiée » sur un espace interne six-dimensionnel, de taille bien plus petite que toute échelle accessible aux observations. Comme il existe une multitude de tels espaces, il est généralement admis qu’il en résulte un large ensemble - de l’ordre de 10^{500} - de vides quadridimensionnels admettant presque toutes les lois physiques possibles. Ce fait a conduit beaucoup de chercheurs à supposer que les valeurs des constantes physiques mesurées ne peuvent pas êtres dérivées dans le cadre d’une théorie unifiée des interactions, mais sont des variables anthropiques déterminées par notre propre expérience dans ce Multiverse. Le premier but de ce projet est d’établir d’une façon non-univoque, si un grand nombre de solutions de théorie des cordes, phénoménologiquement pertinentes doivent être éliminées, soit parce qu’elles sont instables, soir parce qu’elles sont exclues par le collisionneur LHC. Nous envisageons d’étudier ceci via une analyse détaillée des moyens standards qui mènent à une constante cosmologique positive et en tenant compte des extensions du Modèle Standard en théorie des cordes. La théorie des cordes est aussi une théorie quantique de la gravitation. Elle a fourni plusieurs cadres pour comprendre les trous noirs et étudier des problèmes difficiles comme le paradoxe de l’information de Hawking, qui met en conflit la Mécanique Quantique et la Relativité Générale. Les paradigmes les plus étudiés aujourd’hui, que ce soit du point de vu des « fuzzballs », ou les observations utilisant des arguments de « mur de feu », admettent que l’état de gravité quantique décrivant un trou noir n’est pas correctement décrit par la théorie de la relativité générale à l’échelle de l’horizon, même lorsque la courbure est très faible. Des degrés de libertés non-perturbatifs modifient alors l’expérience d’un observateur quantiquement cohérent. Les travaux passés de nos groupes ont montrés que la Théorie des Cordes définit un mécanisme pour générer des structures qui sont stables à l’échelle de l’horizon. Elles font intervenir de façon cruciale les flux et les dimensions supplémentaires présents en théorie des cordes. Le but de ce projet est d’utiliser ce mécanisme pour construire explicitement les solutions micro-états sans horizon qui différent des solutions classiques de trous noirs à l’échelle de l’horizon. Ceci pourrait résoudre le paradoxe de l’information de Hawking et pourrait révolutionner notre compréhension de la gravité quantique en établissant que l’horizon des trous noirs discuté dans les livres de relativité générale émerge effectivement de l’approximation thermodynamique d’une superposition quantique d’un gigantesque nombre de configurations sans horizon, comme un fluide continu donne une description thermodynamique d’un très grand nombre de configurations moléculaires. Ces deux domaines de recherche, même s’ils appartiennent à des sujets disjoints de la Théorie des Cordes et ont des motivations différentes, font en fait tous deux intervenir la même physique microscopique. Notre but est de construire de grandes familles de solutions de supergravité avec flux, afin de décrire aussi bien le « paysage » des compactifications en théorie des cordes, que les solutions globalement hyperboliques décrivant semi-classiquement les micro-états de trous noirs. L’ingrédient principal dans ces constructions est le même : ajouter aux solutions supersymétriques des branes ou des flux avec des charges opposées pour briser la supersymétrie. Donc tout progrès réalisé aura des implications importantes dans les deux sujets de recherche.

Le projet e-PYTHEAS se situe à la frontière entre la physique moléculaire, la chimie théorique et l’astrophysique. Il vise à étendre notre connaissance vers les très hautes températures (HT) des propriétés radiatives des milieux gazeux pour analyser la grande masse de données relatives aux milliers d’exoplanètes et de systèmes exoplanétaires confirmés à ce jour. Notre approche multidisciplinaire – théorie validée par des expériences de laboratoire et injectée dans des modèles d’atmosphère de planètes géantes gazeuses – permettra à la communauté scientifique de réaliser des avancées importantes sur leur formation et leur évolution. La plupart des exoplanètes sont chaudes et leurs spectres très complexes contiennent de nombreux motifs non identifiés. Les nombreuses observations à venir ne pourront donc être exploitables que si des données expérimentales et théoriques étendues aux HT sont disponibles pour leur analyse. Notre consortium de cinq laboratoires français et de plusieurs partenaires se propose d’améliorer la spectroscopie infrarouge HT de plusieurs espèces moléculaires majeures détectées dans les exoplanètes. Notre stratégie consiste à produire des données expérimentales et théoriques qui seront ensuite appliquées aux observations. L’apport de données IR de laboratoire du méthane, de l’acétylène, de l’éthylène et de l'éthane entre 500 et 2500 K améliorera les profils thermiques et donnera de précieuses informations sur les compositions gazeuses, les brouillards et leur variation temporelle. Les données actuellement disponibles souffrent des limitations suivantes : - toutes les bases de données sont lacunaires en-deçà de 1.65 µm, région spectrale pourtant incontournable pour les observations ; - les données spectroscopiques à HT ne peuvent pas être extrapolées à partir des bases de données atmosphériques telles que HITRAN et GEISA. Ces extrapolations ne peuvent ni reproduire les transitions rovibrationnelles à J élevé, ni les bandes chaudes, et sont ainsi dans l’incapacité de rendre compte de l'opacité à des températures élevées ; - les modèles moléculaires précis manquent pour générer des listes de raies complètes à HT pour les hydrocarbures polyatomiques qui dominent le spectre des naines brunes, des exoplanètes et des étoiles AGB et jouent un rôle de premier plan dans les processus chimiques et physiques de leurs atmosphères. Sur la base de calculs théoriques au niveau de l’art, des listes de raies extensives (position, intensité, profil) seront construites et validées par des expériences de laboratoire: (i) spectroscopie d’émission à équilibre thermique à T>500 K de 1.4 à 17 µm, (ii) Cavity Ring Down Spectroscopy (CRDS) hors équilibre en détente hypersonique de 1.5 à 1.7 µm, (iii) absorption directe et CRDS à haute sensibilité de 500 à 1000 K de 1.26 à 1.71 µm, (iv) absorption à température ambiante jusqu’à 0.8 µm pour atteindre directement les états vibrationnels excités. La faisabilité de ce projet ambitieux repose sur un savoir-faire expérimental et théorique attesté par nos travaux antérieurs. Nos données expérimentales et nos prédictions ab initio pour le méthane, l’éthylène et leurs isotopologues à basse T sont actuellement les plus précises disponibles, et les premières versions de listes à T= 2000 K dans la région au-delà de 2 µm montrent un accord sans précédent avec les observations. A l’issue de ce projet, la communauté disposera de spectres expérimentaux et synthétiques dans la région spectrale 0.8-17 µm pour 12CH4, 13CH4, CH3D, C2H2, C2H4, et C2H6 jusqu'à 2500 K. Les listes de raies ainsi générées, incluant l’attribution rovibrationnelle complète, les coefficients d’élargissement (par H2) et les sections efficaces d’absorption, pourront être intégrées dans des codes de transfert radiatif. Notre consortium collaboratif est un réseau international qui bénéficie de la mutualisation de données observationnelles, de ressources humaines, de codes de calcul et de moyens expérimentaux uniques.

Le niveau d'oxygène dans l'atmosphère terrestre est unique dans notre système solaire et reflète la longue histoire de la vie sur Terre. Il conduit également à une chimie oxydante singulière qui régule les teneurs en gaz traces réactifs de l'atmosphère. Même en quantités traces, ces composés réactifs peuvent interagir fortement avec le vivant et le climat. En effet, les variations rapides de certains gaz traces réactifs peuvent avoir été des facteurs clés dans les extinctions massives de la vie du début du phanérozoïque en provoquant de brusques réchauffements climatiques, l'effondrement de la couche d'ozone stratosphérique, ou d’intenses pluies acides. Durant l'ère Cénozoïque (les derniers 66Myrs), les conditions environnementales ont énormément varié mais ces changements, moins abrupts ou plus localisés, ont toutefois permis à la vie de se diversifier de manière continue et ont permis l’évolution des mammifères. Si des changements sont intervenus dans la capacité oxydante atmosphérique durant cette période, ceux ci ont donc été spatialement limités ou d’amplitude modérée. Pourtant, l’ère Cénozoïque recouvre une très grande diversité de conditions environnementales liées à un refroidissement progressif du climat d’une grande amplitude (> 20°C) : depuis un monde très chaud, à très fort effet de serre, permettant une végétation tropicale aux hautes latitudes et des cycles biogéochimiques du carbone et de l’azote très actifs jusqu’au climat glaciaire actuel. Dans des contextes aussi variés, la stabilité de la régulation des temps de vie des composés réactifs par la chimie atmosphérique pose question. Cette dernière décennie, les observations sur le terrain, en laboratoire et les travaux théoriques ont révélé et de nouveaux mécanismes chimiques impliqués dans les atmosphères vierges, tels que le recyclage des radicaux au sein des forêts ou une nouveau rôle de la chimie des halogènes sur les océans. Cela a changé notre vision de la capacité oxydante de l'atmosphère dans les zones vierges. Dans PaleOX, nous cherchons à montrer comment la capacité oxydante de l'atmosphère a évolué tout au long de l'ère Cénozoïque et comment cette évolution a affecté la durée de vie des gaz à effet de serre réactifs. A cet effet, PaleOX ambitionne d’étudier la réactivité atmosphérique durant cinq périodes clés du Cénozoïque en faisant le pont entre les méthodologies de modélisation usuelles d’étude des climats passés et l’état de l’art en chimie atmosphérique. Un nouveau modèle de système de la Terre avec, en son cœur, les interactions chimiques propres aux atmosphères vierges sera assemblé pour simuler des manière consistante la composition de l'atmosphère à différentes étapes du Cénozoïque. En parallèle, des prélèvements inédits des dépôts de sulfate volcaniques couplés à des analyses de pointe de leur composition isotopique apporteront de nouvelles informations sur l'intensité des voies d'oxydation atmosphérique passées et permettront de contraindre les analyses numériques. L’objectif final de ce projet sera de déterminer la façon dont la capacité d'auto-nettoyage de l'atmosphère a évolué au Cénozoïque en tenant compte d’hypothèses relatives à l’évolution de la végétation, des feux et de contraintes climatiques basés sur des proxys variés, disponibles dans la littérature. Les méthodologies de modélisation employées actuellement pour étudier les climats très anciens en négligeant les changements de la chimie réactive pourront être discutées. L’impact de cette évolution sur le bilan radiatif de la Terre et sur les modulations des gradients climatiques sera quantifié et les conditions de surfaces (e.g. UV, concentrations en composés susceptibles d’altérer le fonctionnement des écosystèmes, dépôts acides) seront caractérisés. Les boucles de rétroactions induites par les changements de composition chimique de l’atmosphère pourront être étudiés dans des contextes variés.

L'un des objectifs principaux des expériences en cours au Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN est l'étude de nouvelles formes de matière hadronique, notamment le plasma quark-gluon et le condensat de verre coloré (CGC). Ces états sont caractérisés par des densités de gluons élevées et sont le siège d'importants phénomènes non linéaires. Ces formes de matière apparaissent également dans d'autres expériences, comme celles prévues au futur collisionneur électron-ion (actuellement en étude au CERN et aux Etats Unis), ainsi qu'au cours de l'évolution de l'Univers primordial. Une bonne maîtrise de la théorie microscopique des interactions fortes, la chromodynamique quantique (QCD), dans le régime de haute énergie est essentielle afin de comprendre le mécanisme de production de cette matière et ses propriétés. À haute densité, le couplage de la QCD est relativement faible, mais il est compensé par les grands nombres d’occupation des gluons. Les effets non-linéaires sont d'ordre un et la théorie des perturbations doit être réorganisée afin de resommer ces effets à tous les ordres. En QCD perturbative, le formalisme le plus élaboré pour effectuer ces resommations est la théorie effective du CGC, qui a été introduite, en particulier, par des membres de cette équipe et qui continue d’évoluer. En dépit de progrès conceptuels importants, le CGC n'a pas encore atteint un niveau de développement satisfaisant du point de vue de la phénoménologie. La précision du développement perturbatif est encore trop grossière pour permettre des comparaisons réalistes avec les données expérimentales, et les schémas de factorisation ne sont ni suffisamment développés ni assez précis pour rendre compte des états finals plus exclusifs observés dans les expériences. Jusqu’à présent, toutes les applications phénoménologiques ont incorporé des éléments de modélisation et des paramètres ad-hoc dans des domaines qui devraient en principe être atteignables par des calculs à partir des principes premiers, en QCD perturbative. Dans ce projet, notre objectif principal est de développer la théorie effective du CGC pour atteindre un degré de précision permettant des prédictions réalistes et des comparaisons directes avec les données expérimentales, sans modélisation inutile. Ceci requiert des calculs perturbatifs à des ordres supérieurs, des théorèmes de factorisation plus puissants, ainsi que des méthodes théoriques analytiques et numériques innovantes. En particulier, nous prévoyons d'améliorer la précision de la théorie effective du CGC non seulement en incluant des corrections perturbatives sous-dominantes, mais aussi en effectuant des resommations à tous les ordres de certaines classes de corrections, comme celles amplifiées par des logarithmes `colinéaires'. Bien que formellement d'ordre supérieur, ces corrections sont larges dans la pratique et conduisent à des pathologies (comme des sections efficaces negatives) dans les calculs à des ordres fixés. Notre équipe a obtenu des résultats préliminaires importants sur ces resommations au cours de derniers mois. Parmi les problèmes fondamentaux que nous nous proposons d'étudier, on peut citer le calcul de la section efficace de production d'un nombre donné de particules dans les collisions de hadrons au-delà de l'ordre dominant, la formation et la thermalisation du plasma quark-gluon dans les collisions de noyaux ultrarelativiste, et la compréhension du rôle des fluctuations des nombres de partons dans ces collisions. Les membres de l'équipe ont apporté des contributions novatrices sur plusieurs de ces sujets. Nous prévoyons également de calculer des observables moins inclusives comme les asymétries de spin dans les collisions à haute énergie de faisceaux polarisés, et de clarifier l'origine de corrélations inattendues, telle que le `ridge', observées dans la production de particules dans les collisions proton-proton et proton-noyau at LHC.

Le but de ce projet est d'explorer les couplages climat-carbone-calotte de glace à travers l'étude de transitions majeures globales d'un monde chaud vers un monde froid que la Terre a connu dans son passé. Bien que la teneur en CO2 dans l'atmosphère est le processus généralement mis en avant pour expliquer les fluctuations du climat, les mécanismes expliquant les fluctuations du CO2 à ces échelles de temps demeurent énigmatiques et nécessitent une implication forte de la communauté. Par ailleurs, la mise en place de la calotte Antarctique à la transition Eocène Oligocène il y a 33.9 Ma (TEO) ne s'est pas fait de manière définitive puisque de nombreuses preuves montrent que la calotte a subi des avancées et des événements de fonte majeurs jusqu'à la transition climatique du Miocène moyen (TCMM) il y a 14 Ma qui a vu le volume de glace sur l'Antarctique se stabilisait définitivement. Les modèles climat-calotte appliqués à la TEO démontrent que le seuil de CO2 nécessaire pour déclencher la mise en place de la calotte de glace sur l'Antarctique se situe entre 84° et 700 ppmv en fonction de la sensibilité du modèle de climat. Des études récentes se sont intéressées aux événements de fonte de la calotte Antarctique survenus après la TEO dans des contextes de CO2 très bas (380-500 ppmv), en particulier celui survenu durant l'optimum climatique du Miocène (16 Ma) et celui du Pliocène (4 Ma). Comment est il possible de simuler la mise en place de la calotte Antarctique à 700 ppmv durant la TEO et simuler une fonte importante de la calotte durant le Miocène à 500 ppmv ? Est ce que cela signifie que les changements géographiques entre la TEO et le Miocène moyen ont été tels que le climat Antarctique était alors plus chaud durant le Miocène que durant le début de l'Oligocène pour un CO2 équivalent ? Quels sont les facteurs à l'origine des changements de CO2 estimés à travers ces transitions ? Les articles récents tendent à montrer l'existence d'une variabilité du CO2 à l'échelle de quelques centaines de milliers d'années à travers la transitions EO et celle du Miocène moyen; pour autant, aucun modèle quantitatif n'est capable d'expliquer de telles variations. Afin de répondre à ces questions, deux méthodes d'investigation seront initiées. 1) l'acquisition de nouvelles données est nécessaire pour mieux quantifier/caractériser les changements environnements survenant pendant les deux transitions. Les Mollusques des zones côtières d'Europe de l'Ouest, de l'Est des USA et de la Nouvelle Zélande ont été ciblés pour leur potentiel prometteur car ils nous donneront accès aux variations saisonnières des températures à partir d'analyses couplées - isotopes stables et D47 -. Les affleurements de la Nouvelle Zélande sont proches de l'Antarctique et nous donneront accès à l'enregistrement local de l'influence de la calotte Antarctique tandis que les enregistrements de l'hémisphère Nord pourraient nous informer sur la réponse à l'échelle planétaire. De plus, le gradient Est-Ouest (Europe-USA) pourrait nous informer sur les changements de dynamique océanique en Atlantique Nord. 2) L'utilisation de modèle Système Terre incluant la composante biogénique marine est très prometteuse. Elle pourrait nous permettre de comprendre les interactions entre la productivité primaire et les changements de circulation océanique, ces derniers étant induits par les modifications de géométrie des bassins mais également par la mise en place de calotte de glace. Les simulations climatiques donneront également un cadre physique à l'interprétation des données acquises et pourraient permettre de distinguer quantitativement quel processus joue un rôle majeur ou mineur.

La propagation et la persistance des maladies infectieuses des animaux d’élevage ont des conséquences néfastes en santé publique et vétérinaire. Les mouvements d’animaux contribuent à la (ré-)introduction des infections dans les troupeaux et régions indemnes. Notre projet vise à fournir, par une approche intégrative, des connaissances et outils méthodologiques pour mieux contrôler les infections des bovins se propageant préférentiellement par le commerce d’animaux. Nous analyserons les réseaux dynamiques décrivant les données des échanges commerciaux de bovins en France sur plusieurs années et proposerons des modèles statistiques et mécanistes pertinents pour décrire et prédire leur évolution temporelle. Nous construirons et analyserons des modèles multi-échelles couplant, à une échelle régionale, les dynamiques infectieuses intra-troupeau, essentiellement via le réseau des échanges marchands d’animaux, et intégrant les interventions et les comportements des éleveurs concernant le commerce d’animaux et l’implémentation des mesures de contrôle. Cette approche sera appliquée à l’étude de l’efficacité des mesures de contrôle, contre quatre maladies infectieuses majeures et contrastées des bovins (la fièvre aphteuse, la tuberculose bovine, la diarrhée virale bovine et la paratuberculose). Nous essayerons de construire ainsi une vue d’ensemble de la propagation d’infections à large échelle par le commerce de bovins, afin d’évaluer l’efficacité des stratégies de contrôle, pour une gestion intégrée et durable de la santé animale.

ICycle est un projet de recherche fondamentale, interdisciplinaire, dans un nouveau et passionnant domaine, mêlant la théorie du contrôle, la biologie des systèmes et la biologie de synthèse. Son objectif global est de comprendre les voies de communication entre deux modules cellulaires, le cycle de la division cellulaire et l'horloge circadienne, en combinant l'analyse mathématique et la simulation numérique, la théorie du contrôle ainsi que des techniques de biologie synthétique. Le cycle cellulaire et l'horloge circadienne sont à la base du développement et de la croissance des cellules mammaliennes. La perturbation de l'horloge circadienne est reconnue comme un facteur de risque pour le développement de maladies malignes, tandis que la dérégulation du cycle cellulaire est une caractéristique des cellules cancéreuses. Une meilleure compréhension des liens entre ces deux modules et de leur couplage au niveau biologique et physiopathologique, est dès lors essentielle. D'un point de vue mécanistique, l'interaction entre le cycle cellulaire et l'horloge circadienne peut être représentée comme un problème de contrôle théorique, avec un système à entrées / sorties et son contrôleur. Une étude directe des mécanismes interconnectant ces deux modules est une tâche très difficile, en raison de la complexité intrinsèque des réseaux cellulaires et de la difficulté à isoler des phénomènes spécifiques dans une cellule vivante. ICycle propose de contourner ces difficultés en combinant la théorie du contrôle et la biologie synthétique. Il s'agit, dans une première étape, de concevoir mathématiquement deux circuits présentant un comportement dynamique similaire aux deux oscillateurs mammaliens et, dans une deuxième étape, d'assembler synthétiquement ces circuits à partir de composants moléculaires (séquences d'ADN, protéines) afin de vérifier ou d'infirmer les hypothéses mécanistiques. L'interconnexion de deux circuits est une étape nouvelle en biologie synthétique et ICycle propose une approche originale pour accomplir cette tâche, en agissant à trois niveaux: la construction du modèle, le développement de la stratégie de contrôle, et la construction biologique. En conséquence, trois objectifs principaux sont au coeur du projet: (i) obtenir un ensemble de modèles mathématiques minimaux pour représenter le cycle cellulaire et l'horloge circadienne, décrire leur comportement oscillatoire et étudier les mécanismes d'interconnexion possibles, constituer une plateforme de calcul pour l'analyse et les expériences numériques ; (ii) construire des stratégies de contrôle pour le couplage de deux oscillateurs biologiques, afin de contrôler la force de leur interconnexion et la régulation mutuelle de leurs fréquences et de leurs phases ; enfin, (iii) générer une lignée cellulaire qui exprime deux oscillateurs minimalistes, en utilisant à la fois le contrôle transcriptionnel et traductionnel. Pour atteindre ces objectifs, le projet rassemble des chercheurs dans les domaines des mathématiques appliquées et de la théorie du contrôle, de la biologie des systèmes, ainsi que de la biologie moléculaire, experts du cycle cellulaire et l'horloge circadienne mammalienne. Les contributions de ICycle comprennent : des méthodes mathématiques innovantes, de nouvelles stratégies de contrôle qui tiennent compte des caractéristiques individuelles des éléments moléculaires et, enfin, de nouveaux protocoles expérimentaux en biologie synthétique pour des applications biomédicales. En particulier, l'une des applications potentielles importantes de ce projet concerne le domaine de la chronothérapie du cancer. Des résultats récents montrent en effet que le cycle cellulaire peut être synchronisé avec l'horloge circadienne. Par conséquent, le contrôle de la période et / ou de la phase de l'horloge circadienne peut entraîner un ralentissement du cycle cellulaire, ce qui réduit le nombre de divisions et peut ainsi contribuer à freiner la prolifération cellulaire.

Pendant de nombreuses années, les médicaments et leurs métabolites ont été émis sans restriction dans l'environnement. La détection d'un nombre croissant de produits pharmaceutiques dans l'eau potable, associée à leur persistance dans l'environnement, a conduit à prendre en compte le cycle de vie complet d'un médicament et donc son impact environnemental. Indéniablement, de nouvelles lois imposant l'innocuité complète des nouveaux ingrédients pharmaceutiques sur l'environnement seront adoptées dans un futur proche. Le projet EDIFIS concerne le développement d'une méthodologie pour l'écoconception des médicaments. Le principe de notre stratégie est basé sur l'inactivation programmée de médicaments. Une fois entrés dans l'environnement en tant que déchets, les "ecodrugs" feront l'objet d'une modification particulière dans la biomasse, qui va déclencher le désassemblage spontané de ce dernier avec perte de l’activité initiale. Dans notre stratégie, la partie sensible est une structure auto-immolable, molécules particulièrement bien étudiées ces dernières années. Les médicaments édifiés avec une structure auto-immolable seront désactivés de manière prévisible par le métabolisme incluant des processus hydrolytiques ou oxydants. Etant donné que 75% des médicaments sur le marché ne sont pas biodégradables, le premier objectif de ce projet est de repenser les médicaments les plus problématiques. Le fragment auto-immolable doit être situé dans la molécule de telle sorte que les propriétés physico-chimiques et stériques des "ecodrugs" seront très proches structuralement du médicament de départ. Les médicaments originaux et leurs analogues éco-conçus seront synthétisés puis une évaluation pharmacologique sera également réalisée. Enfin, leur devenir métabolique chez les mammifères et dans la biomasse sera également déterminé. Le méthotrexate, un antimétabolite et antifolate classé dans la liste prioritaire pour les risques lié à l'environnement, a été choisi pour sa capacité à accueillir une structure auto-immolable par le biais d'une modification bioisostérique simple. Un analogue portant la modification structurale appropriée a déjà été décrit et présente une activité in vivo équivalente au méthotrexate. Plusieurs autres médicaments d'intérêt majeur sont également pris en compte et pourraient bénéficier d'une re-conception similaire. A plus long terme, cette méthode pourrait être intégrée dans la conception de nouveaux médicaments. Ce projet repose sur une collaboration nationale pour l’aspect sur le devenir des "ecodrugs" dans l'environnement (Dr Sylvie Nélieu, Ecosys, INRA / AgroParisTech).

L'allergie au pollen est un problème de santé croissant avec plus de 20% des enfants sensibilisés. Ce problème devrait être souligné par le changement climatique. Un outil important pour l'adaptation et la prévention du risque est d'être en mesure de prévoir le risque basé sur la prévision pic de la concentration de pollen dans l'air. Ceci est important pour la population sensibilisée à limiter leur exposition et pour le système médical et pharmacologique d'anticiper les besoins. Cependant, seuls quelques tentatives ont été faites pour inclure le pollen dans les prévisions de la qualité de l'air. Le projet vise à répondre à cette question en développant un système de prévision des risques d'allergie au pollen en réponse à des conditions météorologiques au niveau français pour être, sur le long terme, intégré dans les prévisions opérationnelles de la qualité de l'air au niveau français et au niveau européen à plus long terme. Le projet est basé sur une approche de modèle de données de mix / modèle. Un premier objectif du projet est d'améliorer le réseau aérobiologique français existant en développant une nouvelle génération de capteurs automatiques de pollen en temps réel. La mesure de courant sont en effet effectué par comptage manuel des grains de pollen. Cette limite le nombre de stations qui peuvent être gérés et induire délai entre la mesure et l'estimation de la charge de pollen. Ces nouveaux capteurs automatiques ouvriront une nouvelle ère pour l'enquête aérobiologique en permettant à la fois des informations en temps réel et une meilleure couverture spatiale. Un deuxième objectif du projet sera de développer une chaîne de modélisation complète qui décrira tous les processus de production de pollen par les plantes pour transporter par l'atmosphère. Ce modèle comprendra tous les processus liés à l'émission de pollen, y compris la phénologie des plantes et la production de pollen liées aux conditions climatiques. Une méthode sera également développée pour assimiler des données in-situ par une optimisation dynamique des paramètres du modèle d'émission de pollen de surface pour obtenir à la prévision de pollen les plus fiables. Enfin, un lien sera fait entre la concentration de pollen et les symptômes cliniques en rapportant le pollen à la prescription de médicaments et l'index clinique rempli par le réseau d'un médecin. Cette étude permettra aux relations empiriques définies qui seront inclus dans le système de modélisation pour accéder à un facteur de risque. Ce système sera inclus dans la qualité de l'air française système PREV'AIR et la preuve de concept sera évalué. Le consortium pluridisciplinaire sera basée sur un institut de recherche publique, les opérateurs de surveillance de la qualité de l'air et deux entreprises privées et le leader mondial de l'immunothérapie qui vous aidera à définir les besoins des utilisateurs.

Les changements environnementaux sont globaux, et c’est donc globalement qu’ils impactent la dynamique et la santé des écosystèmes et des personnes. Le réchauffement climatique et l’urbanisation sont incontestablement les changements globaux les plus influents de par leur impact direct sur les biotopes. Cependant, ils altèrent aussi les patterns géographiques d’éclairement et de température auxquels les espèces étaient jusques là adaptées. Les changements environnementaux peuvent ainsi imposer aux espèces de redéfinir de nouveaux emplois du temps à travers lesquels elles pourront exploiter les nouvelles opportunités et mitiger les risques délétères de leur nouveau scenario environnemental. Ainsi, plutôt que de considérer les pressions de sélection qui s’exercent sur les mécanismes directs de résistance/tolérance physiologique aux changements environnementaux, nous nous focaliserons sur la dimension temporelle indirecte permettant l’adaptation des populations à leur nouvel environnement. Nous développerons nos hypothèses de travail dans le cadre de l’émergence et la réémergence, en Europe et partout dans le monde, des maladies à transmission vectorielle et à leur risque pandémique associé. Pour ce faire, nous travaillerons sur le cas concret de l’émergence et la ré-emergence du paludisme au Burkina Faso, dans des espaces et à des moments jusqu’ici préservés. En Afrique, l’adaptation des vecteurs majeurs du paludisme aux nouveaux périmètres agricoles irrigués, aux grandes villes polluées et aux insecticides couramment utilisés a permis une avancée significative des fronts de colonisation de ces moustiques. En soutenant une hypothèse résolument chronobiologique et une approche comparative, nous avons pour but de déterminer dans quelle mesure de nouveaux emplois du temps exprimés à l’échelle d’un individu ou d’une population, présentent une valeur adaptative dans le contexte des changements globaux. En utilisant des approches synergiques et complémentaires d’écologie comportementale, de physiologie évolutive, de physiologie moléculaire et de biologie moléculaire fonctionnelle, nous caractériserons les rythmes biologiques des populations d’Anopheles gambiae s.l. aux fronts de colonisation en considérant les variables environnementales auxquelles elles sont soumises dans leurs nouveaux territoires. Ainsi, notre projet a pour objectif (1) d’identifier dans quelle mesure les rythmes biologiques des moustiques sont altérés lorsque soumis aux changement environnementaux (2) de déterminer si ces modifications impactent la capacité vectorielle des moustiques à travers la mesure des coûts ou bénéfices associés (3) de mesurer dans quelle mesure les interactions Anopheles-Plasmodium influent sur les changements de rythme, et (4) de déterminer les bases physiologiques et moléculaires des rythmicités altérées. Cette approche multidisciplinaire et intégrative génèrera des données originales et nouvelles permettant de mieux appréhender le potentiel d’adaptation extraordinaire des populations d’Anopheles à leur nouvel environnement, à la base de leur caractère invasif. Au niveau appliqué, nous génèrerons des données spécifiques d’une niche spatiale et temporelle associée, permettant d’améliorer les modèles épidémiologiques prédictifs actuels dans le contexte des changements globaux. Notre approche permettra de mettre en relief la nécessité de prendre en compte le rôle fondamental des rythmes biologiques dans l’adaptation des vecteurs a leur environnement changeant. A travers notre approche pluridisciplinaire, nous serons en mesure de proposer de nouvelles cibles physiologiques, moléculaires ou comportementales à considérer pour l’implémentation de méthodes de lutte alternative. Nos données, notre approche et les protocoles associés seront transposables à l’étude de virtuellement tous les vecteurs de maladie, et dans tous les contextes environnementaux.

Ordonner les événements dans le temps est inhérent à toutes les fonctions cognitives et sociales, notamment par l’intermédiaire des jugements de causalité. Or la capacité à ordonner les informations est perturbée dans la schizophrénie. Cependant, il n’est pas certain que l’ordonnancement temporel des événements soit fait automatiquement, sans effort : une simple succession de percepts pourrait ne pas suffire pour en dériver l’ordre. Par des voies différentes, nos 4 équipes convergent vers une hypothèse de travail forte: si certaines propriétés temporelles sont extraites automatiquement, comme la durée, des processus additionnels seraient nécessaires à la perception consciente de durée et d’ordre. Les processus impliqués dans la perception de l’ordre temporel restent mal connus. Or, seul l’ordonnancement temporel conscient est corrélé aux symptômes cliniques de la schizophrénie, suggérant que les processus temporels conscients et automatiques sont dissociés. La structure temporelle consciente des événements pourrait être inférée a posteriori, par la création d’une carte temporelle qui reconstruit la séquence entière des événements. Nous testerons un modèle en 2 étapes (extraction automatique puis construction d’une représentation interne de la structure temporelle) et des hypothèses spécifiques concernant les structures cérébrales et les activités neuronales impliquées. Dans ce but, nous combinerons des expertises en psychologie expérimentale, IRMf, MEEG, électrophysiologie et schizophrénie, avec des études chez l’homme et l’animal. Nous innoverons en développant un paradigme unique, commun à nos différentes équipes, pour contraster le traitement de l’ordre et de la durée. Le paradigme tire parti de la tâche classique de manipulation de périodes de préparation, qui permet d’examiner comment une information de durée (accumulation automatique vs. indice attentionnel) permet d’anticiper l’occurrence d’un événement. Le paradigme est également basé sur des tâches d’apprentissage associatif pour examiner l’extraction automatique vs. consciente de l’information d’ordre temporel. Pour comprendre comment le codage du moment d’occurrence des événements permet l’émergence d’une représentation d’ordre et de durée, nous explorerons les oscillations neuronales et les changements de couplage inter-fréquence liés au traitement de durée et d’ordre. Ces données seront acquises chez l’homme sain (M/EEG), et, pour explorer les structures cérébrales profondes et les effets de drogues psychotomimétiques, chez le rat. Le paradigme sera également appliqué auprès de patients schizophrènes (comportemental, IRMf et EEG), ainsi que auprès de leurs parents du 1er degré, afin de tester l’hypothèse selon laquelle les troubles de l’extraction automatique d’informations temporelles représentent un endophénotype de la schizophrénie. Chez les patients et leurs parents du 1er degré, nous explorerons également l’impact de l’ordre temporel sur les jugements de causalité, dont la perturbation pourrait sous-tendre le délire. Ceci nous permettra de déterminer si les troubles du traitement automatique de l’information temporelle représentent un facteur de vulnérabilité pour le délire. Ce projet permettra de comprendre comment l’extraction automatique de la structure temporelle des événements mène à une représentation d’ordre et de durée. La compréhension de ces mécanismes permettra d’identifier des mécanismes susceptibles de jouer un rôle clef dans l’émergence des symptômes cliniques majeurs de la schizophrénie. En cela, notre projet donnera des outils empiriques pour caractériser des perturbations qui ont un impact majeur sur la structure temporelle de la conscience elle-même. Au total, c’est la collaboration entre une équipe spécialisée dans la recherche en psychiatrie et des équipes multidisciplinaires en neurosciences fondamentales, qui permettra de renouveler notre compréhension à la fois du traitement temporel et de la physiopathologie de la schizophrénie.

La maladie de Parkinson (PD) est une maladie neurodégénérative liée à l'âge qui affecte 1% de la population âgée de plus de 60 ans et 4% au-delà de 80 ans. Plus de 100 000 personnes souffrent de cette maladie en France et le nombre de cas devrait augmenter considérablement avec le vieillissement de la population. A ce jour, les traitements ne sont que substitutifs et ne permettent pas d’empêcher la neurodégénérescence massive qui entraîne une perte progressive d'autonomie et finalement le décès. PD peut présenter différents sous-types cliniques et son évolution/gravité est très variable d’un patient à l’autre. Pour une pathologie complexe, comme PD, il n’existe pas de bio-marqueurs objectifs. L’intégration et la combinaison d’un grand nombre et aussi de différents types de variables est requise pour aller au-delà de la simple stratification empirique des patients. Toutefois, cette haute-dimensionnalité et ce mélange de types de données soulève des défis considérables. Nous proposons donc une étude exploratoire de différents modèles mathématiques et statistiques dans une grande cohorte longitudinale de PD (données cliniques, d’évolution et de traitement recueillies sur 5 ans et données pan génomique). Nos objectifs sont d’évaluer les performances de ces méthodes pour identifier/démembrer des sous-ensembles de patients où l’étiologie pourrait être plus homogène et pour lesquels la prévision génomique s’avérerait plus pertinente et précise. En outre, afin de mieux comprendre les améliorations qui pourraient être apportées, les méthodes proposées seront testées par validation croisée et simulations. Au total, ce projet présente à la fois - un but cognitif : intégrer et structurer des données hétérogènes (cliniques, biologiques, génomiques, mined data), complexes et massives pour identifier différents processus biologiques et, en particulier composantes génétiques, sous-tendant l’hétérogénéité de la maladie ; - un but de recherche translationnelle et de santé publique, avec le souci de définir des critères/marqueurs d’évolution et/ou de sévérité de PD pouvant également être intégrés dans une stratégie de ciblage thérapeutique.

L'identification de molécules biochimiques est un enjeu majeur pour plusieurs applications, allant de la biologie, le contrôle sanitaire, la médecine, le suivi de la qualité de l'air ou la détection d'agents NRBC-E. La spectroscopie infrarouge est une technique à fort potentiel pour identifier de manière spécifiques ces molécules, et en particulier les explosifs, car elles présentent des bandes d'absorptions caractéristiques dans l'infrarouge liées à des modes rotationnels ou vibrationnels. Les dispositifs de détection d'explosifs se composent généralement d'une partie qui collectent l'air environnant et pré-concentrent les molécules explosives, dans un deuxième temps un capteur va détecter les molécules relâchées, et enfin il y a une dernière étape d'analyse et de rapport des résultats. Le projet HORUS se concentre principalement sur la partie capteur d'explosifs et dans une moindre mesure de l'analyse des résultats. Les techniques les plus répandues et les plus fiables commercialement sont la spectrométrie de masse et la spectrométrie de mobilité ionique, mais aussi les chiens. Cependant, aucune de ces techniques n'est bas coût, et elles ont des contraintes d'opérabilité additionnelles, qui limitent leurs utilisations à quelques sites stratégiques. Pour ce qui concerne les techniques de spectroscopie infrarouge, elles font face à plusieurs défis : 1) Le signal infrarouge lié à l'absorption des molécules est très faible. 2) Plusieurs molécules ont des signatures proches et peuvent déclencher des fausses alarmes. 3) Il y a plusieurs familles d'explosifs qu'il est important de pouvoir détecter. De nombreux travaux ont proposés l'utilisation de nanostructures périodiques pour augmenter le signal infrarouge de molécules en surface (SEIRA – surface enhanced infrared absorption), mais les preuves de concepts se limitent à l'exaltation à une longueur d'onde limitant de facto la specificité et la versatilité. Par ailleurs, elles nécessitent des grandes surfaces du fait de la périodicité, et le signal reste faible. Le point clé du projet HORUS est d'utiliser un nouveau concept de nano-antenne, appelé résonateur optique de Helmholtz par analogie avec l'acoustique, pour exalter les signatures SEIRA de molécules d'explosifs (TNT) et de proposer un capteur à la fois sensible, spécifique et versatile. Les propriétés clés du résonateur de Helmholtz pour la détection SEIRA sont les suivantes : i) Il augmente le champ électrique de six ordres de grandeur dans un volume chaud. C'est 2 ordres de plus que les autres antennes qui se limitent souvent à une exaltation à des points chauds. ii) Un résonateur unique peut absorber tout le flux d'un faisceau focalisé à la limite de diffraction, il n'y a pas nécessité d'une périodicité, et on peut juxtaposer des résonateurs à des longueurs d'onde différentes pour améliorer la spécificité et la versatilité du détecteurs. iii) Lorsque les molécules sont déposées sur le résonateur, il donne un signal sur fond sombre. iv) Le résonateur de Helmholtz ne présente pas de résonances harmoniques, évitant tout signaux parasites à d'autres longueurs d'onde. v) La longueur d'onde de résonance peut être modulé à partir des paramètres géométriques latéraux. Les critères de succès du projet sont: 1) Fabrication d'un résonateur de Helmholtz avec une fente de 10 nm, 2) Obtenir une absorption totale, sous onde plane et champ focalisé, 3) Démontrer une sensibilité de quelques centaines de zeptomoles de TNT, 4) Démontrer la spécificité et la versatilité du capteur basé sur une matrice de résonateurs sur plusieurs familles d'explosifs. Le développement de ce capteur ouvre des perspectives importantes vers d'autres applications (contrôle de la combustion COx et NOx, qualité de l'air dans l'habitat.) D'un point de vue plus fondamental, il promet des avancées sur le concept de résonateur de Helmholtz ainsi que sur le traitement d'informations d'une matrice de capteurs.

La collecte et l’analyse des preuves sur une scène de crime constituent un élément essentiel pour l’identification des suspects. L’amélioration des protocoles existants est ainsi l’objet d’intenses recherches dans le domaine des sciences forensiques. L’un des outils les plus efficaces pour cette identification des criminels est la dactyloscopie, la science de l’analyse des empreintes digitales. Cependant, les technologies actuelles sont limitées pour révéler les traces latentes (invisibles) sur les scènes de crime. Dans ce contexte, la fumigation du cyanoacrylate est la méthode la plus largement employée par les forces de l’ordre. Cependant, cette méthode nécessite un environnement confiné et contrôlé (une chambre de fumigation) qui limite son utilisation à de petits objets. La société Crime Science Technology et le Laboratoire PPSM ont récemment développé un cyanoacrylate fluorescent, le Lumicyano™, qui constitue une avancée technologique dans ce domaine. En effet, grâce à sa fluorescence intrinsèque, ce produit permet une détection plus facile des empreintes latentes déposées sur des objets sans aucune modification des protocoles existants et sans recourir à des post-traitements par des produits chimiques toxiques. De plus, le Lumicyano™ est compatible avec les analyses ADN. Toutefois, la fumigation du cyanoacrylate reste difficilement applicable aux grands volumes comme une pièce entière même si des empreintes pourraient être présentes sur les murs, les portes, les fenêtres… Le projet CYANOSPRAY propose de développer une méthode de révélation d’empreinte plus efficace et plus simple en remplaçant la fumigation du cyanoacrylate par sa brumisation. Le but de ce projet est de produire un dispositif transportable, simple, sûr et économe, permettant la révélation d’empreintes digitales fluorescentes directement sur scène de crime. Pour cela, une étude fondamentale du mécanisme de fumigation sera tout d’abord réalisée afin d’en définir les paramètres cruciaux et proposer une méthode alternative : un spray de cyanoacrylate. La brumisation du cyanoacrylate à température ambiante génère des gouttelettes qui se déposent sur les surfaces et révèlent les empreintes latentes. Grâce à cette approche, il sera possible d’inclure dans la formulation du cyanoacrylate des fluorophores de couleurs variées afin d’optimiser le contraste entre l’empreinte et le support. Une tâche sera dédiée à la préparation et à l’étude des fluorophores et à leur compatibilité avec l’analyse ADN. Dans un second temps, sur la base des résultats fondamentaux obtenus, différents dispositifs seront conçus et fabriqués pour répondre aux exigences techniques. Ces dispositifs seront testés en laboratoire sur des échantillons modèles pour la validation technique. Enfin, les dispositifs seront confiés aux utilisateurs finaux (les forces de l’ordre françaises) pour une validation opérationnelle. Pour accomplir ce projet ambitieux, un consortium de haut niveau combinant toutes les compétences nécessaires a été formé. L'étude du mécanisme de fumigation et l'exploration de divers processus de brumisation en spray seront réalisées par des chercheurs du Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris au Collège de France (UMR 7574). La synthèse des fluorophores et les tests sur les dispositifs impliqueront une équipe de recherche du laboratoire de Photophysique et Photochimie Macromoléculaires et Supramoléculaires à l’ENS Cachan (UMR 8531). Le PPSM coordonnera le projet. La fabrication et la validation technique des démonstrateurs seront réalisées par le département R&D de Crime Science Technology (TPE de Villeneuve D’Ascq). Enfin, la validation opérationnelle sera effectuée par des utilisateurs finaux : l’Institut National de Police Scientifique et l’Institut de Recherche Criminelle de la Gendarmerie Nationale.

Les équations d'évolution, ou plus généralement les systèmes dynamiques, forment une classe importante de modèles mathématiques et sont utilisées aussi bien en physique qu'en biologie ou en sciences sociales. L'étude des propriétés qualitatives des équations d'évolution occupe une place de choix en mathématiques et donne lieu à des questions cruciales et passionnantes. Dans ce projet, nous voulons étudier les propriétés dynamiques, non seulement d'équations aux dérivées partielles (EDPs) telles que les équations paraboliques, hamiltoniennes ou hyperboliques, les EDPs dispersives non linéaires ou encore les EDPs définies sur des graphes... mais aussi de certaines classes de systèmes d'équations différentielles ordinaires : équations hamiltoniennes, flot géodésique, réseau de cellules couplées... Cette étude revêt diverses formes, dont : - la classification des dynamiques globales typiques et la description de leur complexité, - l'étude de trajectoires particulières (orbites homoclines, fronts, ondes progressives, solutions explosives) et la description de phénomènes de bifurcation, - le contrôle de la dynamique par une force extérieure ou par une modification de certains paramètres internes, - la description de la dynamique dans le cas où on ne dispose que de données d'observations partielles (observations sur le bord d'un domaine, pour un nombre fini de temps, sur certaines cellules d'un réseau...). Un tel programme nécessite des experts de divers domaines mathématiques : systèmes dynamiques, équations aux dérivées partielles, théorie du contrôle, géométrie, analyse fonctionnelle... Dans le même temps, la tendance actuelle en mathématiques est à la spécialisation et l'interaction entre les spécialistes de ces différents domaines n'est pas assez développée et demande à être renforcée (particulièrement en France). Le but principal de ce projet est de créer et de consolider de telles interactions. Nous voulons non seulement approfondir notre compréhension de la dynamique des équations d'évolution en développant les interactions entre les spécialistes de ces différents domaines, chacun avec ses points de vue, ses problèmes propres, ses outils et ses techniques, mais nous espérons aussi que de nouvelles questions importantes émergeront de l'interaction entre ces domaines. Les principales thématiques de ce projet comprennent : Tâche 1 : systèmes dynamiques et EDPs Tâche 2 : contrôle et dynamique générique Tâche 3 : dynamique globale et contrôle Tâche 4 : dynamique hamiltonienne en dimension infinie