Projets

L’objectif du projet SiGeSPIN est de développer la spintronique dans le silicium et le germanium. La première étape consiste à injecter de façon efficace une population d’électrons polarisés en spin dans ces matériaux. Pour cela, une grosse partie de ce projet sera consacrée à l’étude détaillée des mécanismes microscopiques impliqués dans l’injection électrique de spins d’un matériau ferromagnétique dans un canal de silicium ou de germanium. Cette étude représente un véritable enjeu en science et ingénierie des surfaces puisque le transport de spins est entièrement déterminé par la présence ou non d’états d’interface, par la rugosité de surface et l’alignement des bandes électroniques entre le matériau ferromagnétique et le semi-conducteur. Seule une connaissance approfondie de ces paramètres nous permettra de contrôler l’injection de spins dans le silicium et le germanium et de proposer de nouveaux modèles de transport. Dans cette partie, nous utiliserons différentes techniques de croissance comme la pulvérisation cathodique et l’épitaxie par jets moléculaires ainsi que différentes barrières tunnel et matériaux ferromagnétiques (métaux et films de germanium dopés manganèse). Les différents paramètres d’interface seront déduits de mesures électriques et spectroscopiques de résonance paramagnétique électronique. Toutes les mesures électriques d’injection, détection et manipulation de spins seront effectuées sur des vannes de spin latérales fabriquées par lithographie optique et électronique. Un feedback constant entre croissance et caractérisation doit nous permettre de sélectionner le meilleur injecteur de spins dans Si, Ge. La deuxième partie de ce projet consiste à manipuler le signal de spin à température ambiante en modifiant la géométrie du canal, en appliquant un champ électrique ou des pulses radio-fréquences. Tout d’abord, en réduisant la taille du canal de conduction à des dimensions comparables à la longueur de diffusion de spin, nous chercherons à maximiser le signal électrique d'accumulation de spin. En particulier, nous étudierons le transport de spin unidimensionnel dans des nanofils de Si et Ge fabriqués par des méthodes "top-down" utilisant la lithographie électronique associée à une gravure réactive ou bien une implantation masquée de dopants, mais aussi par des méthodes "bottom-up" comme la croissance catalysée de type Vapor-Liquid-Solid (VLS). Grâce à l’utilisation de substrats de SOI (resp. GOI) nous appliquerons une tension de grille au canal de Si (resp. Ge) pour modifier le profil de bandes dans le semi-conducteur mais aussi induire la précession de spin par effet Rashba. Enfin, pour des temps de vie de spin suffisamment longs, le spin des électrons dans le canal de Si ou Ge pourra être manipulé à l'aide de pulses radio-fréquences.

Dans ce projet nous développerons un nouveau type de source laser hybride métal/semiconducteur exploitant les potentialités des modes Tamm optiques. Ces modes de surface mis en évidence récemment dans le domaine optique apparaissent à l’interface entre une couche métallique et un miroir de Bragg. Ils présentent de nombreux avantages qui pourront être exploités aussi bien pour la réalisation de sources photoniques que plasmoniques. En effet, du fait de leur nature hybride métal/diélectrique ils peuvent se coupler soit au mode optique dans le cône de lumière soit directement au plasmon de surface métal/air. Ils présentent par ailleurs des pertes plus faibles que les plasmons conventionnels et peuvent être contrôlés et confinés latéralement par une simple structuration de la couche métallique. Enfin cette dernière permet d’envisager l’injection électrique des structures pour la réalisation de sources photoniques ou plasmoniques intégrables. D’un point de vue fondamental cette étude s’insèrera dans une tendance générale de la plasmonique qui vise à rechercher des modes à pertes réduites tout en conservant les propriétés clés des plasmons (localisation spatiale, renforcement de l’émission spontanée, effet laser). Trois axes de recherches seront poursuivis en parallèle : • Le premier axe aura pour objectif final la réalisation d’une source laser confinée latéralement et injectée électriquement. Nous nous attacherons tout d’abord à la mise en évidence et à l’optimisation de l’effet laser sous pompage optique dans une structure à Tamm confinée par un disque métallique. L’amélioration des propriétés optiques de la structure du fait du confinement (facteur de qualité, facteur beta renforcé, seuil laser) sera étudiée expérimentalement et par des modélisations théoriques. Un design pour l’injection électrique de ces structures sera développé en parallèle. Dans un deuxième temps, le degré de liberté offert par la facilité de structuration du métal sera utilisé pour concevoir des géométries permettant un contrôle de la polarisation de l’émission, ou encore l’exploitation des modes de galerie présents dans ces structures. • Le deuxième objectif est de former une bande interdite dans la relation de dispersion du mode Tamm en structurant uniquement la couche métallique de manière périodique. Des cavités à cristaux photoniques seront réalisés dans le but d’augmenter le confinement du champ sans augmenter les pertes, de contrôler la directivité de l’émission et de réduire la taille des dispositifs. Cette approche s’appuie sur des procédés technologiques très bien maitrisés, et n’implique aucune dégradation de la couche active lors de la gravure (seul le métal est structuré). Des structures Tamm périodiques seront modélisées et caractérisées afin d’évaluer l’impact de cette structuration sur les propriétés d’émission du système, et d’aller vers une émission laser optimisée en terme de seuil et de directivité d’émission. • Enfin, nous exploiterons le caractère hybride métal/diélectrique des Tamm ainsi que leur compatibilité avec une excitation électrique pour la réalisation de sources à plasmons de surface. Deux directions seront poursuivies : le couplage Tamm/plasmon par réseau gravé sur le métal ou le couplage direct entre ces deux modes. Des modélisations et des caractérisations optiques seront mise en œuvre pour mettre en évidence et optimiser le couplage Tamm/plasmon dans ces deux configurations, afin dans un deuxième temps de l’exploiter pour la réalisation de sources à plasmons. La réalisation de ce projet permettra non seulement une meilleure compréhension des effets physiques associés à ces nouveaux modes à la frontière entre plasmon et photon, mais également d’ouvrir la voie d’une part au développement d’un nouveau type de structure laser dont les propriétés pourront être contrôlées par des techniques simples technologiquement, et d’autre part à des dispositifs permettant de transformer une excitation électrique en plasmon de surface.

La spintronique est basée sur le contrôle des courants de spin, qui permettent de porter et manipuler une information. Ainsi, les effets de Magnétorésistance Géante et Tunnel, qui sont utilisés dans divers types de dispositifs spintroniques comme les disques durs et les mémoires magnétiques de type MRAM, sont étroitement liés à la façon dont les courants de spin se propagent dans des hétéro-structures magnétiques. Au-delà des effets de magnétorésistance, les courants de spin peuvent également produire un couple sur l’aimantation, par effet de transfert de spin. Ils peuvent ainsi permettre de manipuler l’état magnétique de nano-objets, en utilisant seulement des courants électriques. Les acteurs majeurs dans le domaine des mémoires et des dispositifs spintroniques se livrent actuellement à une véritable course pour le développement industriel de dispositifs basés sur le transfert de spin, avec notamment d’importants programmes de R&D sur la SST-RAM, une MRAM basée sur l’écriture par transfert de spin (Samsung, Hitachi, IBM,…). L’ambition générale du projet SOspin est d’étudier et de maximiser les effets liés au couplage spin-orbite qui permettent de détecter et de générer des courants de spin. L’idée maîtresse est de contrôler les différentes sources de courants de spin, que l’on peut séparer en effets de volume (effet Hall de spin ou SHE) et effets d’interfaces (de type Rashba). Ces développements doivent permettre de réaliser des sources innovantes de courants de spin, utilisable notamment pour produire des couples de transfert de spin. Dans un premier temps, nous allons étudier la possibilité d’augmenter le SHE en utilisant des résultats obtenus sur un alliage à base d’Au. Nous avons récemment montré que lorsque le SHE est dominé par le mécanisme dit de « Side Jump », l’angle de Hall (et donc l’efficacité de l’effet) augmente avec la concentration en impureté. L’idée centrale est d’augmenter la concentration en impuretés jusqu'à la limite de solubilité du couple hôte – impureté, pour ainsi maximiser l’angle de Hall. Parallèlement, nous allons étudier des effets d’interface de type Rashba. Des résultats préliminaires sur le système Ag/Bi, que nous souhaitons étendrons au système Ag/Au, montrent qu’il existe un effet de conversion de courant de spin en courant de charge par effet Rashba inverse. La compréhension théorique de ce phénomène nous permettra d’étudier les systèmes de type Ta/Co et Pt/Co, constitués par une interface entre un matériau non magnétique et un matériau ferromagnétique. En effet, de très importants effets de transfert de spin ont été observés dans ces systèmes, mais l’origine de leur efficacité, qui peut être liée aux effets d’interface (Rashba) ou de volume (SHE), fait aujourd’hui l’objet d’un débat scientifique de premier plan dans notre communauté. Finalement, nous allons chercher à combiner ces deux effets (de volume et d’interface) pour maximiser la production de courant de spin et le transfert de spin. Pour la réalisation de ce projet, nous utiliserons différentes techniques de mesures complémentaires (statiques et dynamiques) afin de caractériser les courants de spin et les couples de transfert de spin produits. Nous réaliserons également des développements théoriques nécessaires à la compréhension et l’analyse de ces effets.

Ce projet est dédié à l’élaboration de nano-objets associant nanoparticules (NP) d’or et polymères thermosensibles, puis à l'analyse de la conversion énergétique de lumière en chaleur dans ces nano-hybrides et son application à des fins biomédicales. Les NP métalliques sous rayonnement électromagnétique ont en effet la capacité de se comporter comme des sources nanométriques de chaleur grâce à une succession d'échanges énergétiques internes. Ce processus de conversion est très efficace lorsque la fréquence du rayonnement lumineux correspond à la résonance de plasmon de surface (RPS) des NP qui permet une injection d’énergie optimale. Il peut être mis à profit dans divers domaines, en particulier pour la réalisation de fonctions optiques, chimiques ou biologiques. De plus, les propriétés optiques de NP peuvent être utilisées comme sondes des variations locales d’énergie thermique dans un milieu ou des modifications locales de la morphologie de ce dernier. Il est ainsi possible d’envisager des matériaux ou dispositifs dont la fonctionnalité est activée et contrôlée uniquement par la lumière. Nos nano-hybrides sont constitués de NP d’or sur lesquelles sont greffées des chaînes de polymère thermosensible. Ce type de polymère présente, en solution aqueuse, une transition de phase hydrophile-hydrophobe lorsque la température du solvant s’élève au-dessus d’une certaine valeur. Dans nos nano-hybrides, suite à l’absorption d’une impulsion lumineuse à la RPS, les NP s’échauffent puis la chaleur est transférée à travers leur surface vers la couronne polymérique, dont les chaînes s’effondrent autour des NP. Le caractère hydrophobe acquis par celles-ci lors de ce processus leur confère, d’une part, de bonnes propriétés d’adhésion cellulaire, et d’autre part favorise leur auto-agrégation en assemblages denses. Ce mécanisme permet donc de fixer un grand nombre de nanoparticules sur la membrane de cellules biologiques, à la suite de quoi il est possible de détruire ces cellules par nano-hyperthermie photo-induite. Le ciblage d’une tumeur puis sa régression peuvent donc être induits par son irradiation lumineuse. Nous souhaitons ainsi exploiter les propriétés photo-thermiques de nos nano-hybrides à des fins biomédicales. Les objectifs de ce projet s’articulent en quatre grands points. (1) Synthèse des nano-hybrides basés sur des NP d’or sphériques ou anisotropes. (2) Validation de la biocompatibilité de ces objets. (3) Détermination des caractéristiques de la conversion lumière-chaleur et du transfert thermique aux petites échelles, de leurs conséquences sur l’hydrophobicité des nano-objets et leur auto-assemblage. (4) Ciblage photo-induit de cellules tumorales in vitro puis in vivo par les nano-hybrides et optimisation d’un protocole optique séquencé pour la thérapie par hyperthermie locale. Pour cela, nous réunissons les compétences complémentaires de quatre partenaires : • Partenaire 1 : l’Ecole Centrale Paris, avec deux équipes spécialisées en nano-optique et nano-thermique, • Partenaire 2 : le Laboratoire de Chimie Physique (CNRS-Université Paris Sud) expert, pour le projet, en synthèse de nanoparticules métalliques et en biophysique, • Partenaire 3 : l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles (UPMC, Ville de Paris, CNRS) pour son expertise en synthèse de nano-hybrides particules métalliques-polymère, • Partenaire 4 : l’U728 (INSERM, Université Paris Diderot) possédant une expertise dans les modèles animaux et l’analyse des lésions cellulaires et tissulaires induites par la chaleur.

L’objectif de ce projet de 42 mois est de développer de nouveaux catalyseurs permettant le contrôle des propriétés électroniques des Nanotubes de Carbone dès l’étape de synthèse par des méthodes de Dépôt chimique en phase vapeur conventionnelles. Ceci permettra leur utilisation effective dans différents dispositifs électroniques, sans passer par une étape de tri. Ce projet se base sur une série de résultats expérimentaux récents obtenus par deux des partenaires (ICMMO et LPICM), qui indiquent très clairement que cet objectif est parfaitement réaliste sur la durée du projet. Un nouveau procédé, combinant chimie de surface et chimie de coordination, qui permet de synthétiser des nanoparticules, souvent bimétalliques, servant de catalyseur de taille et de composition bien contrôlée est à la base de ce projet. Le projet SYNAPSE se propose de combiner expériences et modélisation/simulation numérique pour améliorer la sélectivité de la synthèse vers un type de nanotube déterminé (métallique ou semi conducteur). Il s’attachera à comprendre les raisons de cette sélectivité dans le but d’améliorer les résultats préliminaires très encourageants obtenus. Dans ce but, une partie importante du travail expérimental sera consacrée à l’étude structurale des nanoparticules, des nanotubes et de leur relation, en utilisant une panoplie puissante de techniques d’investigation (HR-TEM, STEM, HREELS and XPS). Ces résultats seront corrélés avec les propriétés des nanotubes obtenus. Les mécanismes de croissance seront étudiés par simulation numérique. De nouveaux outils seront développés pour pouvoir simuler les catalyseurs bimétalliques dont l’utilisation semble cruciale pour la synthèse de nanotubes à propriétés spécifiques. Ce projet contribuera ainsi à éliminer l’un des obstacles majeurs vers une utilisation à grande échelle des nanotubes de carbones dans diverses applications en micro/nano électronique.

Les cellules germinales (CG) sont essentielles chez les espèces sexuées car elles assurent le maintien de l’espèce et la transmission du patrimoine génétique à la génération suivante. Afin de garantir ce rôle, les CG doivent être en mesure de se diviser pour maintenir une population de cellules souches tout en produisant des CG capable de se différencier jusqu’au stade de gamètes. Pour cela elles doivent aussi être capables de réaliser la méiose, étape indispensable à la division de moitié du patrimoine génétique. Nos connaissances sur l’initiation de la méiose ont beaucoup progressé ces dernières années avec l’accumulation d’indices tendant à assigner un rôle clé à l’acide rétinoïque (AR) dans ce processus, même si les mécanismes moléculaires sous-jacents restent peu connus. Cependant, le concept que l’AR est le facteur induisant la méiose vient d’être remis en question récemment. Enfin, la plupart des connaissances accumulées jusqu’alors dérive du modèle murin qui présente des divergences notables lors des processus de différenciation des CG en comparaison à d’autres modèles mammifères, homme compris. C’est dans ce contexte que le projet ARGONADS propose d’élucider les mécanismes impliqués dans le devenir des CG, et leurs conservations chez différents mammifères. Concernant les CG mâles chez la souris, nous avons démontré que les récepteurs de l’AR sont exprimés dans les spermatogonies au cours de leur phase d’amplification mitotique (les spermatogonies A alignées, indifférenciées), stade précédent leur sortie de l’état « souche ». Conséquemment, une carence en vitamine A (précurseur de l’AR), ou une ablation des gènes impliqués dans la synthèse de l’AR, se traduisent par une accumulation de ces CG indifférenciées dans les testicules après la naissance. Nous avons identifié les quelques gènes contrôlés par l’AR concomitamment à la différenciation des CG. Concernant les CG femelles chez la souris, nous avons montré l’implication de la voie Wnt/béta-caténine (CTNNB1) au cours de la période d’amplification et d’initiation de méiose dans l’ovaire fœtal. Selon le modèle de conservation parcimonieuse, il serait logique que les mécanismes impliqués dans le destin des CG soient identiques dans les deux sexes. De ce fait, le projet ARGONADS propose de tester si (i) l’AR joue, comme dans la gonade mâle, un rôle dans la différenciation des GC dans la gonade femelle ; et (ii) réciproquement, la voie CTNNB1 joue un rôle dans la prolifération des GC et l’initiation de la méiose dans la gonade mâle, comme dans la gonade femelle. Dans la mesure où le paradigme que l’AR est un acteur majeur de la méiose a été remis en cause en 2011, nous proposons aussi de mettre à profit la collection unique de modèles génétiques dont nous disposons et la complémentarité de nos expertises respectives pour réévaluer le rôle orchestré par l’AR, et sa conservation entre espèces, dans l’engagement de la méiose par les GC. Le but d’ARGONADS est donc de déterminer/réévaluer, dans un contexte physiologique in vivo, le rôle joué par l’AR et CTNNB1 dans les différentes étapes de la différenciation des CG, conduisant de leur sortie de l’état « souche » à leur division méiotique. Ces processus seront étudiés non seulement chez la souris mais également chez le lapin, une espèce à méiose « retardée » comme l’espèce humaine et la grande majorité des mammifères. Pour atteindre ce but, ARGONADS combine différentes approches innovantes telles que la mutagénèse conditionnelle, la cartographie du devenir cellulaire, le séquençage à haut débit (transcriptome) et la purification de protéines par affinité suivi de leur identification par spectrométrie de masse. Comprendre les signaux qui déterminent le devenir des CG est une étape indispensable avant d’envisager de futures applications cliniques utilisant l’insoupçonnable potentiel de ce type cellulaire en médecine régénérative.

Le microbiote intestinal est composé de bactéries en grande quantité et en grande diversité (les Bacteroidetes et Firmicutes sont les phyla prédominant) et également de d’autres microorganismes comme les levures. Chez l’homme, les interactions entre les microorganismes commensaux et les cellules de l’hôte jouent un rôle bénéfique dans le métabolisme et la défense de l’hôte. Le microbiote intestinal est notamment capable de réguler la virulence de bactéries intestinales pathogènes, dont Citrobacter rodentium. Cependant, tous les commensaux ne sont pas capables de maintenir l’immunité intestinale quiescente et protectrice. La compréhension des processus impliqués et de leurs mécanismes est donc nécessaire. Le gène nucleotide-binding oligomerization domain containing protein 2 (Nod2) est fortement suspecté de jouer un rôle décisif mais complexe dans le maintien de la tolérance vis-à-vis du microbiote et dans la défense de l’hôte, via deux protéines adaptatrices, Ripk2 et Card9. De manière intéressante, des variants genetiques de Nod2 et Card9 ont été associés avec la maladie de Crohn (MC). Plus récemment, des données fonctionnelles ont montrés le rôle clé de Nod2 dans l’apparition d’une dysbiose prédisposant à l’inflammation intestinale (Couturier-Maillard, et al JCI 2013). Plus important, l’inactivation génétique de Nod2 (données préliminaires du Partner 2) ou de Card9 (données préliminaires du Partner 1, en révision pour publication potentielle dans Gastroenterology) induit une réponse anormale contre C. rodentium. Etant donné ce contexte, le modèle de colite induit par C. rodentium est d’un grand intérêt car la réponse approprié à ce pathogène intestinal nécessite de nombreux processus biologiques impliqués dans le maintient de l’homéostasie intestinale et qui sont altérés dans la MC. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels Nod2 et/ou Card9 pourraient contrôler la virulence de ce pathogène en modelant un microbiote non permissif n’ont pas encore été investigués. A travers une approche multidisciplinaire, l’objectif principal de notre projet est donc de déchiffrer les mécanismes dépendants et indépendants du microbiote par lesquels la virulence de pathogènes intestinaux est régulée. Pour atteindre notre objectif, nous avons élaboré une approche intégrée “microbiote/immunologie” utilisant des animaux gnotoxeniques, la technologie cre-lox, le séquençage à haut débit, et des modèles statistiques multidimensionnels pour déchiffrer la balance dynamique établie entre le microbiote et le système immunitaire de l’hôte. Nous utiliserions notamment des modèles transgéniques de microbiotes dysbiotiques (souris invalidées pour Nod2 et Card9) et C. rodentium comme modèle expérimental de pathogène intestinal. Alors que la plupart des études sur le sujet jusqu’à présent ont analysées soit le microbiote intestinal soit la réponse de l’hôte, notre stratégie ambitieuse repose sur l’analyse concomitante du microbiote (bactérien, mais aussi fongique) et de l’hôte. Dans son ensemble, notre projet est hautement innovant car il explorera le dialogue hôte-microbiote dans une nouvelle dimension en intégrant la réponse spatio-temporelle de l’hôte via la combinaison de technologies modernes telles que des souris génétiquement modifiées et gnotoxeniques, la transcriptomique, le séquençage à haut débit et la biologie des systèmes. Déchiffrer les interactions complexes entre le microbiote intestinal et son hôte améliorera notre compréhension de la pathogenèse des nombreuses maladies humaines pour lesquelles le microbiote a été identifié comme un acteur principal (incluant les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, la polyarthrite rhumatoïde, la sclérose en plaque, le diabète de type 1, l’obésité et la stéato-hépatite non-alcoolique) et fera découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques.

Le cytosquelette est constitué de trois réseaux (les microtubules, les microfilaments et les filaments intermédiaires), interagissant directement ou indirectement par l'intermédiaire de protéines associées. Il joue un rôle central dans la génération et la transmission des forces mécaniques à travers la cellule. Dans le muscle, il est bien établi que les filaments intermédiaires (FI) de desmine sont essentiels pour le maintien de l'intégrité cellulaire en réponse au stress mécanique. En particulier, l'équipe de P. Vicart a identifié des mutations dans le gène de la desmine à l'origine des desminopathies, des myopathies squelettique et cardiaque conduisant à une faiblesse musculaire lentement progressive et des troubles cardiaques, associée à la formation d'agrégats contenant la desmine. La stimulation mécanique joue probablement un rôle dans l'apparition de la maladie, car les patients les plus sportifs présentent des symptômes sevères à un âge plus précoce. Les différents mutants de desmine ont déjà été étudiés dans des lignées cellulaires pour leur capacité à former ou non un réseau avec ou sans formation d'agrégats. Cependant, la contribution du réseau de FI dans le comportement des cellules musculaires en présence d'une contrainte mécanique demeure largement inconnue. Dans ce contexte, notre projet vise à déterminer si les propriétés mécaniques des cellules musculaires (myoblastes, myotubes et fibres musculaires) et leur réponse aux stimulations mécaniques sont altérées par des mutations de la desmine associées à des desminopathies. Nous allons développer deux aspects complémentaires: i) la caractérisation des propriétés mécaniques des cellules musculaires, dans des contextes normaux et pathologiques, ii) évaluer les effets du stress mécanique sur les filaments de desmine et des voies de signalisation associées. Cette approche nécessite une étroite collaboration entre biologistes (l'équipe de P. Vicart) et biophysiciens (l'équipe de S. Hénon, et l' équipe de F. Briki). Nous allons utiliser des outils dédiés à la micromécanique et à la génération de stress, soit sur une population de cellules, ou sur cellules uniques (myoblastes, myotubes ou myofibrilles): d'une part, l'équipe de S. Hénon a mis au point des approches expérimentales permettent de quantifier la déformabilité cellulaire sous contrainte (rhéologie) et de mesurer les forces développées par la cellule (contractilité cellulaire), en appliquant une contrainte mécanique contrôlée à une cellule soit localement (pinces optiques et magnétiques) ou globalement (rhéomètre sur cellule unique); d'autre part, l'appareil de traction développé par l'équipe de F. Briki permet d'appliquer des étirements périodiques ou croissants sur une population de cellules. A l'aide de cesoutils spécifiques, nous caractériserons les propriétés mécaniques des cellules, l'altération morphologie cellulaire sous stimulation mécanique, la formation d'agrégats et l'activation des voies de signalisation, des cellules exprimant la desmine de type sauvage ou mutants pathogènes développées dans l'équipe de P. Vicart. De plus, nous pourrons à terme envisager de tester dans nos système l'effet anti-aggrégatif de diverses molécules d'intérêt en réponse au stress mécanique. Notre projet vise à mettre en évidence la fonction desmine dans la réponse des cellules musculaires à des contraintes mécaniques, et nous fournira une meilleure compréhension des événements moléculaires et cellulaires conduisant à une myopathie myofibrillaire.

Les sites fragiles communs (SFC) sont des loci de plusieurs mégabases mis en évidence par la cytogénétique conventionnelle comme des régions chromosomiques prédisposées aux cassures dans des cellules soumises à un stress réplicatif. L'intérêt pour les SFC vient de leur rôle clef dans la genèse de dommages de l'ADN et des réarrangements chromosomiques qui en découlent. L’instabilité des SFS a notamment été corrélée à l’apparition de certaines maladies neurologiques et à celle de réarrangements chromosomiques pendant la progression tumorale. Leur instabilité pourrait aussi participer à l’évolution des chromosomes entre espèces. Nous avons montré récemment que l'instabilité des SFC majeurs résulte de leur pauvreté en évènements d'initiation qui laisse ces sites incomplètement répliqués suite à un ralentissement des fourches de réplication. Diverses études ont maintenant établi que le programme de réplication est dépendant du type tissulaire, ce qui explique nos résultats montrant que la carte des SFC diffère selon les types cellulaires. De plus, les données disponibles montrent qu'au moins 80% des SFC sont co-localisés avec de très grands gènes mais nous n'avons trouvé aucune corrélation entre l'instabilité et l'état transcriptionnel. Cette association très étroite plaide cependant en faveur d'un rôle causal de la présence de ces gènes dans la fragilité. Nous proposons que l'établissement des SFC dépende de grands domaines chromatiniens mis en place par l’association dépendante de tissu d’éléments régulateurs de la transcription, comme les insulateurs, les promoteurs et les séquences stimulatrices (enhancers) des gènes associés. Pour vérifier cette hypothèse, nous nous proposons de (i) cartographier les domaines chromatiniens renfermant des grands gènes associés à des CFS dans les différents types cellulaires chez lesquels nous avons cartographié ces sites, (ii) déterminer si ces domaines correspondent à des boucles de chromatine, (iii) rechercher des éléments, tels que des régulateurs de la transcription, qui pourraient marquer les frontières entre domaines et/ou boucles de chromatine, (iv) manipuler ces éléments pour confirmer leur rôle dans l'établissement et l'organisation tridimensionnelle des domaines chromatiniens, et élucider leur fonction moléculaire. Nous aborderons ces questions en utilisant les ensembles de données pan-génomiques disponibles, une combinaison de modèles cellulaires et de nouveaux outils nous permettant de réorganiser les domaines chromatiniens. Ainsi, nous pensons obtenir une vision mécanistique approfondie de la façon dont la chorégraphie de régulateurs transcriptionnels impacte le programme de réplication, et, en conséquence, l'établissement des SFC dans les différents types cellulaires.

Les produits naturels (PN), désignés sous le terme de métabolites secondaires, sont des composés chimiques de faible poids moléculaire produits par des organismes vivants et possédant des activités biologiques ou pharmacologiques. Ils sont une source majeure de molécules thérapeutiques, constituent des sondes biologiques permettant de mieux appréhender les fonctions cellulaires et sont source d’inspiration[p1] dans le domaine de la chimique analytique et de synthèse. Les enzymes responsables de leur synthèse peuvent également avoir des applications en chimie verte. Une part importante des PN est produite par des microorganismes et les avancées en génomique ont révélé qu’un nombre important de PN reste à découvrir. Un microrgansime connu pour produire un nombre limité de PN a en fait la capacité d’en synthétiser un grand nombre. C'est notamment le cas chez les bactéries du genre Streptomyces, largement utilisées pour la production de métabolites secondaires. De ce fait, des efforts considérables sont actuellement fournis pour accéder aux 90% de molécules "cryptiques", c’est-à-dire non synthétisées en condition de laboratoire. La majorité des approches repose sur le séquençage des génomes de nombreuses espèces et l’identification des clusters par similarité avec les gènes de biosynthèse connus. Bien que ces méthodes aient démontré leur efficacité pour la découverte de nouveaux métabolites, les données publiées et nos résultats préliminaires indiquent que la synthèse de certains PN est dirigé des groupes de gènes que ne parviennent pas à détecter les méthodes basées sur la recherche d’homologues. Nous proposons donc de développer une méthode pour découvrir de tels groupes de gènes en se basant sur la détection d’îlots génomiques (IG) présents dans des souches apparentées. En effet, il a été observé que de tels îlots étaient souvent enrichis en gènes du métabolisme secondaire. Une fois les IG identifiés, l’étape suivante consiste à établir un lien entre ces îlots et les PN isolés par métabolomique (analyses LC-MS) ou par la détection de leurs activités biologiques. Les nouveaux groupes de gènes peuvent par la suite être caractérisés et les voies de biosynthèse élucidées. Afin de démontrer la validité de notre approche, nous l’appliquerons à trois souches de Streptomyces ambofaciens (S. ambofaciens ATCC23877, DSM40697 et M1013) pour lesquelles des séquences génomiques complètes (ATCC23877) ou partielles (DSM40697 ou M1013) sont disponibles. Dans un premier temps, nous nous concentrerons sur la souche ATCC23877 pour laquelle nous disposons de données préliminaires. En effet, le métabolisme secondaire de cette souche est étudié par les partenaires 1 et 2 depuis plusieurs années. Ils ont identifié les groupes de gènes de biosynthèse de NP détectables par recherche d’homologie et ont caractérisé plusieurs métabolites produits par la souche : les antibiotiques spiramycine, congocidine et kinamycine, ainsi qu’un nouveau macrolide possédant des propriétés antiprolifératives prometteuses, la stambomycine. Une souche ne produisant plus ces molécules a été construite. Par ailleurs, les partenaires 1 et 2 ont identifié plusieurs composés dont la synthèse n’a pu être reliée à l’un des groupes de gènes de NP identifiés par recherche d’homologie. Enfin, une comparaison du génome de la souche ATCC23877 avec celui de l’espèce proche Streptomyces coelicolor a permis l’identification de certains IG et un lien a pu être établi entre un IG et un des composés isolés. La démarche proposée est donc valide, et garantit les meilleures chances de succès au projet. En conclusion, ce projet devrait permettre de valider une méthode innovante d’identification de nouveaux clusters de gènes de NP et de leur produit, méthode qui sera transposable pour l’exploration d’autres génomes bactériens. Il contribuera à la caractérisation de nouveaux PN, de nouveaux groupes de gènes et éventuellement de nouvelles familles de gènes /enzymes.

De nombreux travaux théoriques ont montré que la virulence des maladies devrait augmenter en conditions d’infections multiples. En particulier, une certaine plasticité devrait pouvoir évoluer pour adapter le niveau de virulence aux conditions locales d’infections multiples et d’apparentement. Les raffinements théoriques suggèrent cependant que le niveau de la virulence dépend de la nature de la compétition dans l'hôte, ainsi que du degré d’apparentement entre les parasites en compétition. Par exemple, les infections multiples peuvent diminuer la virulence totale pour l’hôte, quand il existe de l’interférence entre individus par inhibition compétitive. Cette inhibition devrait être d’autant plus faible que les individus parasites au sein d’un hôte sont apparentés. Jusqu'ici, très peu de données sont disponibles pour tester ces prévisions théoriques, en particulier concernant l’influence du degré d’apparentement entre les parasites en compétition. Ici nous proposons un ensemble d'expériences dans ce cadre, en serre ou dans des populations expérimentales, en utilisant trois associations d’hôtes-parasites différentes: Hyaloperonospora, un parasite oomycète d'Arabidopsis thaliana, Microbotryum, basidiomycète responsable de la maladie du charbon des anthères des Caryophyllaceae, et Cryphonectria, ascomycète responsable de la maladie du chancre du châtaignier, qui est lui-même est parasité par un virus responsable d’hypovirulence. Ces trois associations sont des systèmes modèles pour lesquels une batterie d’outils génétiques est disponible. Toutes présentent des infections multiples dans les populations naturelles et toutes sont bien adaptées à ce genre d’expériences. Nous effectuerons des inoculations expérimentales avec des mélanges de souches et nous suivrons la dynamique des infections multiples pour déterminer si les différents génotypes de parasite peuvent coexister sur le long terme. Nous comparerons la virulence mesurée en infections simples versus multiples, et en particulier pour des infections multiples qui varient pour le degré d’apparentement entre parasites, pour déterminer s’il existe une plasticité de la réponse des parasites au degré de compétition et d’apparentement dans l’hôte, et/ou s’il existe de l’interférence. Il est important d’obtenir des tels résultats expérimentaux car le rôle de l’apparentement dans l’évolution de la virulence de certains pathogènes est actuellement l'objet d'une certaine polémique. Nous souhaitons contribuer à élucider ce problème, en obtenant des données sur la façon dont les parasites apparentés interagissent, en comparaison avec des non apparentés. En dépit des différences biologiques de nos systèmes, la plupart de nos questions pourront être abordées dans les trois systèmes. Ce travail devrait aider à comprendre les effets de la compétition entre parasites dans les hôtes, et en particulier entre génotypes plus ou moins apparentés. Nos résultats aideront à concevoir des programmes de gestion des pathogènes qui prennent en compte les effets à long terme de ces actions sur la compétition et donc sur la virulence. Notre projet est un projet de recherche fondamentale qui a néanmoins des implications importantes pour la santé publique, l’agronomie et la gestion des forêts.

La ghréline est une hormone peptidique aux effets biologiques pleïotropes. A côté de sa fonction orexigène, elle influence de nombreuses voies neuroendocriniennes, extraendocriniennes et métaboliques. Elle contrôle aussi les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent différentes formes de comportements addictifs tels que la consommation compulsive de nourriture et l’addiction aux drogues et à l’alcool. L'ensemble des effets induits par la ghréline résulte de sa liaison à un récepteur membranaire, le GHS-R1a, qui appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Du fait des effets biologiques multiples de la ghréline, le GHS-R1a est une cible privilégiée pour le développement de molécules à visée thérapeutique avec des applications potentielles dans le traitement de la cachexie, de l'obésité, du diabète ou de l'addiction. La diversité des effets biologiques induits par la ghréline trouve son origine dans la multiplicité des voies de signalisation pouvant être activées par son récepteur. En effet, le GHS-R1a, comme la plupart des RCPG, peut engager plusieurs partenaires intracellulaires pour orchestrer une signalisation dépendante ou indépendant des protéines G. La dimension plurielle de l’efficacité de signalisation du GHS-R1a offre de nouvelles opportunités pour le développement de médicaments qui cibleraient sélectivement les voies de signalisation importantes pour leur action thérapeutique et présenteraient, de ce fait, une efficacité accrue et des effets indésirables réduits. Cependant, la conception de ces molécules de nouvelle génération reste limitée par une connaissance incomplète de la nature des déterminants moléculaires responsables de la sélectivité de signalisation. Le modèle actuellement proposé pour rendre compte de la plasticité fonctionnelle des RCPG suppose que ces récepteurs oscillent entre plusieurs conformations qui présenteraient plus ou moins d’affinité pour les diverses voies de signalisation. La stabilisation de ces conformations nécessiterait les contraintes allostériques fournies à la fois par la liaison du ligand et les protéines de signalisation. Nous proposons ici d'apporter une démonstration expérimentale à ce modèle dans le cas du récepteur de la ghréline. Une telle analyse demande la mise en place de stratégies expérimentales élaborées. En effet, seule la combinaison de plusieurs méthodes biophysiques avec des résolutions spatiales et temporelles variées et complémentaires pourra apporter une description complète de l'espace conformationnels que peut explorer un récepteur. Nous mettrons donc en œuvre une approche multidisciplinaire inédite associant les techniques de chimie, de biochimie, de biophysique en solution et de cristallographie. La dynamique conformationelle sera ainsi explorée en combinant la fluorescence en molécule unique et la RMN en solution. Ces techniques seront appliquées au GHS-R1a purifié et reconstitué dans un environnement membranaire modèle, les nanodisques lipidiques, en absence et en présence de ligands de nature pharmacologique variée et des différentes protéines de signalisation purifiées (protéines G, arrestines, GRKs, µ-AP2). En parallèle, nous chercherons à déterminer, par cristallographie aux rayons X, la structure du récepteur de la ghréline stabilisé dans sa conformation inactive par le antagonistes et/ou agonistes inverses originaux dont nous disposons. Associée aux méthodes de modélisation moléculaires que nous mettrons en œuvre pour prédire les variations de la structure du GHS-R1a le long de son chemin d'activation, cette étude par radiocristallographie devrait nous permettre de replacer les observations de dynamique dans un contexte structural précis. L'ensemble de ces travaux apportera ainsi une description détaillée des évènements moléculaires reliant la stabilisation d’une conformation particulière du récepteur à l'activation sélective d'une voie de signalisation et, par conséquent, à la sélection d’une réponse biologique.

La surexpression du récepteur ErbB2 entraine l’activation constitutive de voies de signalisation associées à son activité tyrosine kinase. Plusieurs études ont montré qu’ErbB2 était capable d’induire plusieurs des caractéristiques des cellules cancéreuses, dont la prolifération, la résistance à l’apoptose et l’augmentation de la mobilité cellulaire. Les études précédentes se sont concentrées sur les domaines extracellulaires et transmembranaires de la protéine et ont en conduit à la mise en place d’une thérapie efficace contre le cancer du sein. Cependant, seuls 30% des tumeurs répondent au traitement au trastuzumab, et celles qui y sont sensibles deviennent résistantes au bout de trois ans de traitement. Notre objectif est ici de se concentrer sur le domaine cytoplasmique C-terminal de ErbB2 (CtErbB2), dont l’implication dans les processus de signalisation est avérée mais mal comprise. L’un des chalenges relevé dans ce projet est de caractériser en détail la structure et la dynamique d’une large domaine intrinsèquement déplié libre et lié à certains de ses partenaires. Nous analyserons plus particulièrement l’impact des prolines, qui sont sur représentées dans la séquence, sur la structure, la dynamique et la fonction du domaine. Une approche pluridisciplinaire combinant la biologie structurale (principalement la RMN, mais aussi le SAXS, la modélisation, et des approches biophysiques) et la biologie cellulaire sera à la base du projet. Les très nombreuses connaissances biologiques sur les interactions impliquant ErbB2, trouvées dans la littérature, et l’accès à des tests biologiques in vivo de prolifération et de migration cellulaires permettront d’intégrer les données structurales dans un contexte biologique bien établi. Le succès de cette approche multidisciplinaire repose sur une forte complémentarité et une coordination efficace entre trois équipes recouvrant les domaines de la biologie cellulaire, de la biophysique et de la RMN structurale. Les responsables de ces trois équipes sont hautement qualifiés et experts dans la signalisation associée à ErbB2, la caractérisation biophysique et la structure de complexes macromoléculaires et enfin la RMN des protéines intrinsèquement désordonnées. Afin d’atteindre les objectifs fixés, le projet est décomposé en cinq parties. Les tâches 1 et 2 cibleront des études structurales de complexes formés entre de petits peptides dérivés du domaine C-terminal d’ErbB2 et des modules de fixation de protéines associées à ce domaine non-structuré. Les objectifs de cette partie du projet étant i) d’identifier les spécificités de ces partenaires modulaires pour les différentes phosphotyrosines afin d’en déterminer leur importance et la nécessité d’une telle redondance, ii) de mettre en évidence l’importance des résidus proline dans les processus de reconnaissance et dans la flexibilité de ce domaine. Les tâches 3 et 4 portent sur l’analyse de l’influence de la liaison des différentes protéines à plus longue distance le long de tout le domaine C-terminal de ErbB2. Le but est de s’attaquer à l’analyse de la coopérativité et de l’affinité globale des interactions impliquant plusieurs sites ou plusieurs modules de fixation. Enfin, la tâche 5 se consacrera à une étude cellulaire de mutants du domaine C-terminal et sera conduite en parallèle et en étroite interaction avec les tâches 1 à 4. L’influence de ces mutations sur la fixation des protéines adaptatrices, sur les voies de signalisation et sur les fonctions cellulaires telles que la prolifération cellulaire ou la migration cellulaire sera alors établie. L’ensemble de nos travaux devrait aboutir à un modèle structural intégré des complexes formés par le domaine C-terminal d’ErbB2.

La mitochondrie est le site majeur de l’assemblage des centres fer-soufre (Fe-S) nécessaire à la maturation des protéines Fe-S mitochondriales, cytosoliques et nucléaires. Chez les mammifères, ces protéines sont impliquées dans de nombreuses fonctions biologiques, incluant la respiration oxydative, la synthèse et la réparation de l’ADN et la régulation de l’expression des gènes. Un défaut d’assemblage des centres Fe-S conduit à des pathologies sévères (myopathies, ataxies, anémies et encéphalopathie infantile). Récemment, une petite protéine mitochondriale, appelée mitoNEET dont la fonction reste à ce jour inconnue, a été identifiée comme étant la première protéine à centre Fe-S localisée à la membrane externe mitochondriale. Sa localisation et la liaison labile de son centre Fe-S particulier lié à trois cystéines et une histidine, en font le candidat idéal pour participer au transfert des centres Fe-S hors de la mitochondrie et ainsi maturer les protéines Fe-S extra-mitochondriales. Nos données préliminaires corroborent cette hypothèse en montrant une implication de mitoNEET dans la maturation de l’Iron Regulatory Protein-1 (IRP1), une protéine cytosolique à centre Fe-S qui contrôle l’homéostasie du fer intracellulaire. De plus, il a été identifiée comme une nouvelle cible de la pioglitazone, un antidiabétique de la famille des thiazolidinediones. Cette classe de molécules exerce un effet stimulant sur l’activité de l’insuline par des mécanismes encore mal connus. Des premières études suggèrent que la pioglitazone stabilise le centre Fe-S de mitoNEET, impliquant une action directe sur mitoNEET. Ce projet vise (i) - à préciser la fonction de mitoNEET dans l’assemblage des protéines Fe-S extra-mitochondriales et, en aval, sur le métabolisme du fer intracellulaire régulé par l’IRP1, par des approches de perte de fonction, allant de la cellule à l’animal, (ii) - à caractériser la fonction de mitoNEET dans un processus de transfert de Fe-S vers des accepteurs physiologiques, en particulier l’IRP1 et (iii) - à définir le mécanisme d’action de la pioglitazone sur la stabilisation du centre Fe-S de mitoNEET. Les deux dernières parties du projet se feront par des approches de biophysique, impliquant spectroscopies RMN, Raman et Mössbauer, et par des approches de biologie moléculaire et cellulaire pour valider l’approche in vitro dans un contexte physiologique.

Les canaux ioniques activés par les ligands (LGICs) sont des acteurs majeurs de l’excitabilité cellulaire, de la communication neuronale et de la computation dans le cerveau. Cependant, ces protéines membranaires intégrales sont difficiles à produire et à manipuler au plan biochimique, et les mécanismes moléculaires sous-tendant leur fonction restent mal connus. Alors que la structure tridimensionnelle des classes majeures de LGICs a été résolue par cristallographie des rayons X, il reste à comprendre comment les LGICs effectuent la transduction du signal et notamment comment les neurotransmetteurs provoquent l’ouverture de leur canal. Notre projet porte sur les LGICs pentamériques (pLGICs) qui assurent la neurotransmission dans le cerveau par l’acétylcholine, la sérotonine, le GABA et la glycine. Ces récepteurs constituent des cibles thérapeutiques majeures, notamment pour les anxiolytiques, les sédatifs, les anesthésiques généraux, les facilitateurs cognitifs, le neuroprotectants (maladies d’Alzheimer et de parkinson) et les composés anti-tabac. Dans les dernières années, nous avons été à l’avant garde de la recherche sur ces protéines avec la découverte d’homologues bactériens des pLGICs, ouvrant la voie à la résolution structurale de leur conformation active ainsi qu’à l’identification des sites de liaison pour les anesthésiques généraux et pour l’éthanol. Nous cherchons maintenant à surmonter le défit suivant : comprendre les mécanismes moléculaires de l’activation et de la désensibilisation. En effet, les pLGICs sont des protéines allostériques en constante interconversion entre différentes conformations, un état de repos, un état actif caractérisé par un canal ouvert, et un ou plusieurs états désensibilisés. Dans ce but, nous focaliserons notre étude sur un homologue bactérien issu de la cyanobactérie Gloeobacter violaceus nommé GLIC. Nous utiliserons GLIC comme un prototype de l’ensemble de la superfamille des pLGICs. Nous avons une connaissance approfondie de cette protéine, et nous avons notamment montré qu’elle fonctionnait comme un canal activé par les protons. Nous avons par ailleurs résolu sa structure dans deux conformations à des résolutions jamais égalées parmi les pLGICs. Nous proposons de développer une approche multidisciplinaire large. Nous effectuerons une recherche extensive de ligands et de mutations stabilisant les différentes conformations allostériques de GLIC, en combinant synthèse chimique, mutagénèse dirigée, résonance plasmonique de surface et électrophysiologie. Nous ferons également de l’ingénierie pour générer de novo des sites de modulations au zinc et aux acides aminés. Les mutants de GLIC et les complexes GLIC-ligands sélectionnés seront engagés dans des expériences cristallisation pour la résolution de nouvelles conformations. En retour, la contribution de ces nouvelles conformations au fonctionnement de la protéine sera explorée par le marquage de GLIC par des rapporteurs conformationnels fluorescents. Des expériences à l’équilibre et résolus en temps sur GLIC reconstitué en liposome permettront d’assigner des conformations cristallographiques à des état allostériques, qu’il soient de repos, actifs, désensibilisés, ou même intermédiaires. Enfin, les mécanismes moléculaires sous-tendant les réorganisations allostériques seront explorés par des simulations de dynamique moléculaire sur GLIC inséré dans une membrane lipidique explicite. Notre approche vise donc à comprendre les mécanismes fondamentaux de la transduction du signal opéré par les pLGICs. Cette connaissance permettra l’identification de nouveaux sites de liaison potentiels, ainsi que leur réorganisation lors de l’activation et de la désensibilisation, ouvrant la voie à la conception de nouvelles classes de médicaments ciblant ces récepteurs du cerveau.

Le concept de la DOHaD (Origines Développementales de la Santé et des Maladies) est basé sur le fait sue des stress exogènes durant la période de développement peuvent altérer le développement foetal et augmenter le risqué de développer des maladies non transmissibles chez l'enfant et l'adulte. Les altérations des marques épigénétiques sont l'un des mécanismes par lesquels ces stress peuvent avoir un impact à long terme. A l'heure actuelle, les recherches chez l'animal ont été surtout focalisées sur l'impact de l'ingestion de de contaminants. Peu de travaux ont pris en considération les polluants atmosphériques. En revanche, chez l'homme, les études épidémiologiques conduites par l'un des partenaires (INSERM-Grenoble) suggèrent que l'exposition à la pollution atmosphérique durant la vie intra-utérine peut altérer le développement foetal et avoir un impact sur l'issue de la grossesse. Cependant, les études effectuées chez l'homme ne permettent pas d'étudier les mécanismes biologiques et les conséquences à long terme de cette exposition. Le but du projet EPAPP est de caractériser les effets de la pollution liée au trafic routier (gaz d'échappement de moteurs diesel) sur le développement embryonnaire, foeto-placentaire et post-natal dans un modèle animal. Nous allons exposer quotidiennement des lapines testantes à un air contaminé par des gaz d'échappement de moteur diesel grâce à un équipement spécialement conçu à cet effet (Laboratoire mobile MAPCEL). Le modèle lapin est particulièrement pertinent du fait de ses caractéristiques anatomiques et physiologiques (taille permettant le suivi de la croissance foetale par échographie, taille des narines et des voies aériennes supérieures, structure et fonction placentaire...). L'approche expérimentale sera focalisée sur l'embryon, le placenta, le développement foetal, la lactation, la santé de l'adulte, le développement gonadique et la fertilité. L'impact de la,pollution de l'air due au trafic routier sera sur l'expression des gènes dans l'embryon, le placenta et la gonade sera étudié par une approche transcriptomique. De plus, une un microarray spécifique du placenta du lapin sera mis au point pour pouvoir étudier et comparer le méthylome dans le modèle animal et dans les placentas déjà collectés issus d'une cohorte humaine. Plus généralement, une comparaison systématique des résultats obtenus chez l'animal et de ceux observés chez l'homme (croissance foeto-placententaire, données à la naissance...) sera effectuée. Les résultats obtenus dans cette étude auront des conséquences importantes pour la recherche sur les effets de l'environnement sur la santé, la DOHaD, la toxicologie, pour la santé publique et la réglementation sur la pollution atmosphérique.

Lors de leurs phases de prolifération, les cyanobactéries perturbent le fonctionnement des plans d’eau ainsi que leurs usages, car elles sont capables de synthétiser des toxines dangereuses pour la santé. C’est pourquoi de nombreux pays ont mis en place des programmes pour leur surveillance afin de limiter les risques d’exposition humaine à ces toxines. La principale difficulté dans cette surveillance est liée à l’hétérogénéité de la distribution spatiale des cyanobactéries. A l’échelle verticale, ces microorganismes peuvent occuper différentes strates dans la colonne d’eau et à l’échelle horizontale, les cellules peuvent s’accumuler en certains points des écosystèmes, sous l’effet des vents ou des courants. Pour tenter d’améliorer cette surveillance, de nombreux programmes de recherche ont été engagés dans le but de développer de nouveaux outils, à l’instar des bouées mises au point lors du programme PROLIPHYC (ANR PRECODD). Si cet outil s’est révélé performant, il ne permet pas cependant d’évaluer la distribution horizontale des cyanobactéries et le coût de ces équipements est très élevé. De plus, si l’utilisation de la télédétection par satellite s’est révélée concluante pour estimer la biomasse et la distribution horizontale des cyanobactéries dans un plan d’eau, le coût de cette technologie et le manque de disponibilité des satellites ne peuvent encore en faire un outil de suivi en routine. Dans ce cadre général, notre projet OSS-CYANO a pour objectif de développer et de valider un nouveau capteur aérien de faible coût, destiné à être utilisé en point fixe, seul ou en réseau, pour détecter la présence de cyanobactéries dans un écosystème. Par ailleurs, OSS-CYANO a également pour but de développer un système drone capable d’embarquer ce capteur pour réaliser des mesures spatiales à l’échelle de grands plans d’eau ou des tronçons de rivière, et d’autres instruments pour faire des prélèvements ou des mesures avec des sondes dans la colonne d’eau. Notre projet sera organisé en cinq tâches. La Tâche 1 est dédiée (i) à la coordination du projet, (ii) à son animation scientifique et au dialogue avec les utilisateurs finaux à travers la constitution d’un comité de suivi et enfin (iii), à la diffusion des résultats, notamment par l’organisation, en fin de projet, d’un workshop international dédié aux nouveaux outils de surveillance. La deuxième tâche permettra de mieux identifier les utilisateurs finaux potentiels et de préciser leurs attentes vis-à-vis des outils développés. La Tâche 3 centrale à ce projet, concernera les développements techniques du capteur (choix des longueurs d’onde, étude de l’influence de certains processus naturels sur la mesure…) et du système drone (réalisation d’une plateforme porteuse d’instruments interchangeables). Ces développements s’appuieront en grande partie sur les facilités offertes par la plateforme PLANAQUA qui bénéficie du label « Investissements d’Avenir » et qui offre tous les équipements nécessaires à la réalisation de tests du capteur sur des systèmes aquatiques allant du microcosme jusqu’au macrocosme. La quatrième tâche permettra de tester en conditions réelles d’application, et sur le long terme, le capteur et le système drone sur différents lacs et sur une rivière représentatifs des systèmes impactés par les cyanobactéries. Enfin la dernière tâche se rapportera (i) aux méthodologies de traitement et d’intégration des données, (ii) à la mise en œuvre d’un modèle hydrodynamique tri-dimensionnel exploitant les données du capteur et/ou du drone pour faire des prévisions à court terme sur l’évolution de la dispersion spatiale des cyanobactéries dans un plan d’eau, et (iii) de définir les futures caractéristiques d’un système d’alerte. Ce projet repose sur la participation de six laboratoires de recherche et d’une société privée. Toutes ces équipes possèdent les compétences nécessaires à l’ensemble des travaux envisagés et elles ont déjà collaboré sur d'autres projets de recherche.

La recherche proposée ici vise à interroger les interactions entre prostituées migrantes et institutions chargées de leur contrôle et/ou prise en charge au regard des mécanismes de catégorisation institutionnelle s’y déployant. Il s’agit notamment de s’intéresser au rôle particulier que revêt, dans ces interactions et les catégorisations qui s’y opèrent, la qualification de « victime de la traite » au prisme de laquelle il semble que la prostitution de femmes étrangères soit souvent envisagée par les discours médiatiques et politiques dominants. La mise en perspective de deux régimes différenciés de régulation de la prostitution (réglementariste en Allemagne et abolitionniste en France) doit permettre, dans un contexte de recherche souvent prisonnier de débats nationaux très clivés autour des politiques de régulation du commerce sexuel, d’interroger le poids du cadre légal sur les pratiques d’administration mises en œuvre localement. L’équipe interdisciplinaire du projet, composée de chercheurs et post-doctorants français et allemands spécialistes des questions de traite et de prostitution, entend contribuer à enrichir les travaux disponibles à travers une démarche méthodologique originale alliant analyse du cadre légal national et international d’une part et ethnographie des pratiques étatiques et associatives de contrôle et/ou de prise en charge des prostituées étrangères d’autre part. La confrontation entre discours et pratiques visera notamment à mettre à jour la manière dont sont (ou non) mobilisées, dans les interactions quotidiennes avec les « publics » visés, les catégories prévues par le cadre légal, et notamment ici celle de « victime de la traite ». Le cas particulier de la traite, et la dichotomie entre victime / coupable qui traverse son appréhension par les institutions, permettra alors d’affiner la compréhension des mécanismes d’administration de la preuve (entre dossiers recevables et irrecevables) à travers la mise en évidence du caractère souvent contradictoire des critères/normes/règles sur lesquels un street level bureaucrat peut simultanément ou successivement s’appuyer pour opérer ce travail de tri. Ce faisant, il s’agira, au-delà du cas particulier de la traite, de chercher à saisir les évolutions de l’action publique (envisagées ici dans le domaine de la sécurité) et d’inscrire ainsi les analyses déployées dans un ensemble de recherches plus vaste articulé autour de la sociologie de l’Etat et de ses agents.

Le projet TSUNAMY adresse la problématique de la manipulation sécurisée des données personnelles et privées au sein d’architectures manycore. Les enjeux économiques et sociétaux associés sont nombreux dans la mesure où ce type d’architecture sera massivement déployé à l’avenir aussi bien dans des infrastructures du type « cloud computing » (objet principal de ce projet) qu’au sein de systèmes embarqués plus contraints en ressources et en performance. Il est indispensable d’adresser la question de la définition de ces architectures sous l’angle non pas uniquement de la performance mais également de la sécurité afin de garantir une adoption de ces technologies par les utilisateurs finaux. L’absence de confiance sera un frein au développement économique, les enjeux sont donc immenses. Afin de proposer une solution efficace et sécurisée il est nécessaire de proposer des architectures matérielles couplant de façon étroite des ressources de traitement hétérogènes (dédiées aux traitements des données en clair et aux traitements des données protégées). Il est également indispensable de repenser les liens entre le logiciel et le matériel de manière à garantir une protection en profondeur. Aujourd’hui ces questions sont trop souvent délaissées aboutissant à des solutions élaborées en fin de cycle de conception. Il est indispensable de proposer une rupture dans ces approches de conception afin d’offrir des architectures de confiance par construction matérielle et logicielle. Le projet TSUNAMY vise donc à proposer une solution de confiance par construction permettant d’exécuter de nombreuses applications indépendantes en parallèle, en toute sécurité et en garantissant le respect de la vie privée des utilisateurs, sur une architecture manycore. Pour cela, plusieurs contributions significatives sont proposées : 1) développement d’un cluster de traitement permettant d’exécuter à la fois des algorithmes de traitement de l’information et des algorithmes de cryptographie (avec un niveau de couplage fort pour des raisons de performance mais tout en garantissant l’absence de fuite d’information), 2) développement d’une architecture manycore sécurisée intégrant des clusters hétérogènes cryptographiques, 3) développement de mécanismes d’isolation logique (au niveau logiciel) et physique (au niveau matériel) afin de garantir une exécution cloisonnée des applications, 4) développement conjoint des couches logicielle (pilote, API…) et matérielle afin d’offrir une chaine de confiance globale et 5) développement de stratégies permettant de répartir dynamiquement les applications sur l’architecture manycore. L’ensemble de ces contributions seront validées en simulation à travers une modélisation SystemC CABA. L’environnement SoCLib ainsi que l’architecture TSAR et le système d’exploitation ALMOS serviront de vecteur de test afin de valider le projet TSUNAMY. Le projet TSUNAMY vise à offrir à la communauté scientifique académique et industrielle des modèles d’architectures et des bibliothèques de logiciel permettant de déployer de façon efficace des applications sur des architectures manycore.

Une découverte majeure a marqué la physique des matériaux électroniques les derniers années. Le point de départ a été la prédiction théorique d'une catégorie nouvelle des isolateurs topologiques (TI) tridimensionnelles, caractérisées par une bande interdite ouverte dans le volume mais développant les états de surface de type cônes de Dirac avec bande interdite nulle et loi linéaire de dispersion E(k) d'énergie en fonction de moment k. La masse effective des porteurs sur ces états de surface est nulle et le spin est figé et opposé pour les deux branches formant le cône. Ces états sont insensibles à la perturbation représentant la symétrie d'inversion de temps et la diffusion des porteurs de mémé énergie de k à -k est impossible. Si réalisées, ces systèmes ont potentiellement une application dans le domaine de spintronique et dans le calcul quantique. En pratiqué l'accès aux états 2D est rendu difficile par le fait que le volume de TI est généralement conducteur. Plusieurs méthodes d'élimination de conductivité dans le volume, par nano structuration, dopage, variation de composition ou le polarisation électrostatique n'ont pas été couronnées de succès. Nous proposons un approche nouvelle par utilisation de l'irradiation pour création des défauts charges et compensation de la conductivité "intrinsèque" dans le volume. Utilisant les électrons et protons dans la gamme d'énergie inferieure à 3MeV nous allons créer les défauts élémentaires (lacunes et interstitiaux) et (a) ajuster la concentration de porteurs et déplacer le niveau de Fermi vers le point de Dirac (b) réduire la conductivité dans volume par l'effet de localisation Anderson. Le premier effet va compenser les porteurs de charge mobiles dans le volume, le second va nous permettre de tester les concepts théoriques récents de l'Effet Quantique de Hall Anormal (QAHE). Identification de contributions de volume et de surface dans les échantillons dopes par irradiation va être réalisée par combinaison de mesures de transport électronique en champ magnétique intense, en particulier des oscillation quantiques de Shubnikov – de Haas (SdH) et de mesures de Spectroscopie de Photoémission Résolu en Angle (ARPES). Fabrication des TI donc la conductivité en volume soit éliminée est le but primaire de notre projet. Le second objectif du projet est élucidation de l'effet de désordre sur les canaux de conduction de surface des TI. Désordre est un élément crucial dans la description de matière condensée quantique, il est a l'origine des effets tels que la transition métal isolant, effet Hall quantique entier et fractionnel. On sait que le dopage introduit le désordre aléatoire, mais les effet des dopants charges et avec un spin à longue portée dans les isolateurs topologiques restent à élucider. En variant la dose d'irradiation nous pouvons obtenir l'augmentation de résistivité par plusieurs ordrés de magnitude quand le potentiel chimique approches le point de Dirac. Dans ce régime nous espérons de vérifier le concept récent de Isolateur Topologique d'Anderson, une état quantique exotique caractérisée par valeurs de conductivité discrètes prévus dans un métal désordonnée à forte interaction spin-orbite. Le troisième objective de projet est fabrication par implantation ionique (protons) des structures p-n-p ou n-p-n sous la surface des TI. Ces structures sont le prototype de dispositif spintronique ajustable, ouvrant la perspective des applications nouvelles. Le projet est basée sur une collaboration internationale entre deux équipes CNRS hébergées par l'Ecole Polytechnique et par l'Université d'Orsay et une consortium coordonnée par City College de New York (CUNY) incluant les chercheurs de Université de Columbia et centre de Recherche IBM Yorktown Heights. La synergie des compétences des équipes françaises en matière de l'irradiation des matériaux et ARPES avec l'expertise dans la matière de croissance de matériaux et mesures de transport électronique de l'équipe américaine.

L’exploitation de la lumière naturelle qui nous parvient du Soleil est un des enjeux majeurs de notre époque. D’autre part, une des limitations actuelles de la majorité des moyens de production de l’électricité est son stockage. Le projet SNON s’inscrit dans cette démarche – permettre d’améliorer le stockage de l’énergie tout en améliorant le rendement par une activation photocatalytique. L’objectif du projet SON est de concevoir et optimiser un dispositif de laboratoire qui servira de banc de test pour des nouveaux matériaux de la famille des oxy-nitrures à base de Ta, Ti, Zn qui seront développés et désignés à l’échelle nanométrique. Les recherches menées dans les laboratoires Roumains et Français partenaires dans ce projet convergent vers l’utilisation d’une décharge magnétisée basse pression de type magnétron mais excitée à l’aide d’une alimentation haute puissance pouvant délivrer 50kW pendant l’impulsion (~100 µs). Il devient ainsi possible de stabiliser des matériaux qui ne peuvent pas être obtenus par des procédés magnétron conventionnel. De plus, ce même procédé peut être couplé à la lithographie colloïdale pour générer des couches nano-texturées. Une recherche exploratoire sera menée dans le domaine de la pyrolyse laser afin de synthétiser ce type de matériaux. Le projet SON concerne des travaux expérimentaux de R&D autour d’une famille de matériaux, les oxy-nitrures des métaux de transition qui présentent des propriétés photoelectriques très attrayantes. Plusieurs procédés de synthèse de ces matériaux seront développés et comparés dans ce projet – les magnétrons HIPIMS (LPGP, France), la lithographie colloïdale (UAIC, Roumanie) et la pyrolyse laser (CEA/IRAMIS, France). Notons que le meilleur matériau candidat doit avoir, outre la bonne stoechiométrie lui assurant un gap optique dans le visible, une bonne stabilité chimique, et uns taille nanométrique. Afin de caractériser l’ensemble de ces propriétés, il est nécessaire de déployer une large gamme de moyens de caractérisation de pointe des surfaces et matériaux à l’échelle nanométrique disponible dans les laboratoires partenaires (RBS, NRA, XPS, AFM, etc.) et la photoconduction et les propriétés électroniques (LGEP). Issue de cette synergie entre les participants, le meilleur matériau sera par la suite intégré dans une cellule de test photoélectrolytique. Le projet SNON se propose de valider un concept de matériau allant de sa réalisation et caractérisation à sa mise en forme qui bien que nanométrique doit couvrir des électrodes de grandes tailles, et à sa qualification dans un prototype de laboratoire pour son rendement de conversion d’énergie pour l’électrolyse de l’eau et la production d’hydrogène.

Les instabilités de combustion sont un problème majeur pour la conception des nouvelles générations de chambres de combustion aéronautiques et des turbines à gaz pour la production d’énergie. Un moyen de supprimer les fortes oscillations de pression associées à ces instabilités thermoacoustiques est de contrôler la dynamique du système. Des travaux antérieurs ont montré l’efficacité de différentes méthodes comme par exemple le forçage acoustique ou l’injection de carburant. Toutefois, ces méthodes sont peu utilisées dans des moteurs de taille réelle, principalement pour des raisons de performances limitées et de robustesse des actionneurs. En 2012, les deux partenaires impliqués dans le projet DRACO, à savoir EM2C (France) et TUB (Allemagne) ont montré expérimentalement que des décharges plasmas hors-équilibre pouvaient contrôler la dynamique de flamme [Lacoste2013, Moeck2013]. Cette étude de faisabilité a démontré que les décharges Nanosecondes Répétitives Pulsées (NRP) pouvaient être utilisées comme actionneur pour le contrôle actif des instabilités de combustion, sans les défauts des actionneurs classiques, tels que les haut-parleurs ou les valves d’injection de carburant. Toutefois, même si les résultats de cette étude préliminaire ont été très encourageants, ils ont également montré que les mécanismes physico-chimiques de couplage entre le plasma et la dynamique de flamme sont incompris. Dans ce contexte, le projet DRACO va se concentrer sur (1) l’étude fondamentale du couplage de la dynamique de combustion et des décharges plasmas hors équilibre, (2) l’évaluation expérimentale du potentiel des décharges plasmas NRP pour le contrôle actif des instabilités de combustion. Les expériences seront réalisées en France et en Allemagne afin de bénéficier de l’expérience complémentaire des deux partenaires. Dans un premier temps, des études fondamentales sur les interactions plasma/acoustique et plasma/flamme seront réalisées, à pression atmosphérique, dans des réacteurs dédiés. En s’appuyant sur des simulations numériques de l’interaction plasma/flamme, un modèle phénoménologique de l’effet des décharges NRP sur la dynamique des flammes pauvres pré-mélangées sera développé. Dans un deuxième temps, l’influence des décharges NRP sur la dynamique des flammes swirlées sera étudiée. L’effet de l’hydrodynamique générée par le plasma et son impact sur la combustion sera particulièrement examiné. Enfin, un actuateur plasma sera testé sur un banc de combustion swirlée de 100 kW. Le contrôle actif de flammes instables de prémélange gaz naturel / air par plasma sera étudié avec l’aide de systèmes de contrôle optimisés. Ce travail permettra d’évaluer et de quantifier le potentiel des décharges plasmas NRP. A chaque étape du projet, des diagnostics optiques avancés seront utilisés, en s’appuyant sur le savoir-faire des deux partenaires. En plus des objectifs scientifiques ambitieux, le projet DRACO pourra avoir de larges retombées scientifiques et techniques. En particulier, une meilleure compréhension des phénomènes fondamentaux permettant le contrôle des instabilités de combustion par décharges plasma hors-équilibre aidera le développement de la recherche en combustion assistée par plasma, en France et en Allemagne. Potentiellement, ce projet pourrait avoir un grand nombre d’applications variées comme le contrôle de la dynamique de flamme dans des réacteurs à haute pression, la réduction de bruit de combustion ou bien la réduction de la consommation de carburant et des émissions polluantes. En faisant des réunions régulières, en favorisant la participation des étudiants et des chercheurs du projet à des conférences scientifiques françaises, allemandes et internationales et en publiant les résultats dans des journaux scientifiques reconnus, les résultats obtenus seront rapidement présentés à la communauté scientifique internationale.

Ce projet vise à élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents à la régulation de la virulence par les protéines de la famille H-NS chez les bactéries pathogènes. H-NS est une protéine qui contribue à structurer le nucléoide bactérien et qui participe à la régulation de l’expression génique. En particulier, elle inhibe la transcription de gènes de virulence (silencing). Les protéines homologues à H-NS, StpA, Hha, YdgT et Ler (spécifique des pathogènes), modulent ces régulations. Pour ces protéines, nous étudierons(i) leur fonction physiologique dans le silencing des gènes portés par les îlots de pathogénie ; (ii) nous identifierons leurs sites spécifiques/modes fixations sur l’ADN et les ARN ainsi que les conséquences sur la structure du nucléoïde et les régulations transcriptionnelles et post-transcriptionnelles (avec une attention particulière pour les gènes de virulence) ; (iii) leur rôle dans la modulation de la terminaison de transcription Rho-dépendante par la formation de structure nucléoprotéique avec l'ADN et l'ARN naissant. Par ce travail, nous apporterons un regard nouveau sur la régulation sophistiquée accomplie par le jeu des protéines de la famille H-NS dans l'adaptation à l'environnement de bactéries pathogènes des humains et des mammifères.

Contexte Le virus respiratoire syncytial (VRS ou RSV) est le principal agent responsable de maladies respiratoires sévères (bronchiolites, pneumonies) chez l'enfant nouveau-né ainsi que chez les veaux. Les enfants de moins de 6 mois sont la cible majeure des bronchiolites sévères. Après plus de 50 ans de recherche, il n'existe toujours pas de vaccin pour l'homme. Si des vaccins bovins sont commercialisés, ils sont peu efficaces. Dans ce contexte, il apparait clairement que le développement d'antiviraux spécifiques du RSV serait une alternative précieuse. A l'heure actuelle, il n'existe que la ribavirine, très peu utilisée car tératogène et toxique, et un anticorps monoclonal extrêmement couteux, le Motavizumab, efficace à 50% et utilisé seulement en préventif chez les enfants à risque. Le VRS appartient à la famille des Paramyxovirus dans l'ordre des Mononegavirales. C'est un virus enveloppé d'environ 200 nm, possédant un génome à ARN simple brin de polarité négative non segmenté. Deux glycoprotéines transmembranaires, F (fusion) et G (glycoprtéines) sont présentes à la surface des particules virales. Le génome à ARN simple brin du VRS est encapsidé par la nucléoprotéine N. Ce complexe N-ARN sert de substrat à la polymérase pour la réplication et la transcription des gènes viraux. L’ARN polymérase virale est un complexe composé des protéines N, L (pour Large, sous-unité catalytique), P (pour phosphoprotéine, cofacteur essentiel de L), M2-1 et M2-2 qui sont de cofacteurs de transcription/réplication. L'infection des cellules par le virus induit la formation de corps d'inclusion cytoplasmiques, centres de réplication et de transcription des ARNs viraux. Leur structure n'est pas connue, mais des protéines cellulaires telles que HSP70 y sont associées. La seule expression de N et P suffit à induire leur formation. A la fin du cycle viral, la nucléocapside virale est emmenée vers la membrane plasmique grâce à la protéine de matrice Mpar des mécanismes inconnus et embarquée dans les particules néo-formées bourgeonnant à la surface cellulaire des cellules épithéliales. Objectifs Ce projet a été initié par une collaboration entre le Dr AM Ventura, Université de Sao Paulo, et le Dr Eléouët, INRA Jouy-en-Josas. L'objectif de ce projet est d'identifier des partenaires cellulaires pour les protéines cytoplasmiques du VRS, en particulier celles du complexe polymérase et la protéine M, et de déterminer leur rôle dans le cycle viral. Notre but est de caractériser des interactions virus-cellule au-niveau moléculaire, de caractériser la structure, organisation, dynamique des corps d'inclusion où la synthèse d'ARN viral a lieu, et de définir des cibles pour des molécules pouvant interférer avec ces interactions et potentiellement antivirales. Des expériences préliminaires faites par l'équipe brésilienne ont permis d'identifier déjà 5 protéines cellulaires partenaires des protéines N, P et M du VRS. Dans un prmier temps, en utilisant des protéines recombinantes, des délétions et de la mutagenèse dirigée, nous identifierons des domaines et résidus impliqués dans ces interactions. L'effet de mutations sur ces résidus sur la synthèse d'ARN viral, l'assemblage des particules viralessera analysée en utilisant un "miniréplicon" viral, dela microscopie et titrage du virus fluorescent recombinant déjà disponible au laboratoire. La structure atomique des complexes sera étudiée par cristallographie aux rayons X et RMN. Des données structurales et fonctionnelles précieuses concernant les interactions entre protéines virales cytoplasmiques et protéines cellulaires seront collectées. Elles permettront d'une part de mieux comprendre les mécanismes de réplication du VRS, mais serviront également de plateforme pour la conception de molécules thérapeutiques basées sur les structures atomiques.

Le microbiote intestinal humain est un écosystème complexe dont de nombreux constituants sont encore peu étudiés du fait à la fois de l’incapacité à les cultiver ainsi que de l’absence de modèles de référence permettant d’étudier leurs fonctions avec précision. Les membres de la famille des Coriobacteriaceae font partie de ces bactéries intestinales dominantes qui sont encore peu connus, bien que responsables de fonctions métaboliques primordiales pour l’hôte, telles que la conversion des acides biliaires, des stéroïdes ou des phyto-estrogènes. De récents travaux sur modèles expérimentaux ont permis de montrer que la prévalence des séquences d’ADNr 16S assignées à la famille des Coriobacteriaceae est fonction du génotype de l’hôte et positivement corrélée aux taux de triglycérides hépatiques ainsi qu’aux niveaux plasmatiques de cholestérol non-HDL. Bien qu’encore peu étudié, le métabolisme des acides biliaires par les microorganismes intestinaux est considéré comme un facteur influençant fortement le métabolisme lipidique de l’hôte. Nous avons récemment démontré, à l’aide d’expériences de transfert de microbiote dans un modèle murin, le rôle clef joué par le microbiote intestinal dans le développement de pathologies hépatiques (stéatose hépatique non alcoolique). Cependant, les mécanismes moléculaires associés à cet effet sont encore peu décrits. De plus, le métabolisme des corticostéroïdes endogènes par les bactéries intestinales reste lui aussi mal connu. Il semble donc crucial d’appréhender plus en détails les interactions microbiote-hôte dans le contexte du métabolisme lipidique de l’hôte. L’objectif principal du projet CorioFunc est d’étudier l’impact de la conversion bactérienne des composés dérivés du cholestérol sur le métabolisme lipidique de l’hôte et le développement de la stéatose hépatique non alcoolique par les bactéries de la famille des Coriobacteriaceae. Nous étudierons la réponse de l’hôte (foie et intestin) suite à la colonisation d’animaux axéniques par un consortium de quatre souches de référence de la famille des Coriobacteriaceae. La modulation du métabolisme des produits dérivés du cholestérol sera appréhendée par la prise de régimes expérimentaux spécifiques. De plus, l’adaptation fonctionnelle des Coriobacteriaceae à l’intervention nutritionnelle sera étudiée par une approche intégrée combinant métatranscriptomique et métabolomique, dans le but d’identifier des fonctions bactériennes d’intérêt particulier. Pour aborder l’impact des cibles fonctionnelles d’importance dans un contexte écologique, les Coriobacteriaceae commensales seront également étudiées après isolement par tri cellulaire de l’intestin d’animaux conventionnels (SPF) en suivant un protocole expérimental similaire à celui mis en place pour les animaux axéniques et colonisés. Enfin, la pertinence des cibles moléculaires identifiées (gènes et métabolites) sera étudiée par quantification spécifique dans les fèces de patients atteints de stéatose hépatique non alcoolique. Ainsi, la combinaison d’expertises spécifiques aux équipes Françaises et Allemandes impliquées dans le projet CorioFunc nous permettra de caractériser l’importance écologique et patho-physiologique des Coriobacteriaceae au sein de l’écosystème intestinal et plus globalement à l’échelle systémique.

ARTISTICC’s goal is to apply innovative standardized transdisciplinary approaches to develop robust, socially, culturally and scientifically, community centred adaptation strategies as well as a series of associated policy briefs. The approach used in the project is based on the strong understanding that adaptation is: (a) still "a concept of uncertain form”; (b) a concept dealing with uncertainty; (c) a concept that calls for an analysis that goes beyond the traditional disciplinary organization of science, and; (d) an unconventional process in the realm of science and policy integration. The project is centered on case studies in France, Greenland, Russia, India, Canada, Alaska, and Senegal. In every site we analyze how natural science can be used in order to better adapt in the future, how society adapt to current changes and how memories of past adaptations frames current and future processes. ARTISTICC is thus a project fundamentally centered on coastal communities. These analyses allow for a better understanding of adaptation as a scientific, social, economic and cultural practice in coastal settings. In order to share these results with local communities and policy makers, this in a way that respects cultural specificities while empowering stakeholders, ARTISTICC translates these “real life experiments” into stories and artwork that are meaningful to those affected by climate change. ARTISTICC is thus a research project that is profoundly culturally mediated. The scientific results and the culturally mediated productions will thereafter be used in order to co-construct, with NGOs and policy makers, policy briefs, i.e. robust and scientifically legitimate policy recommendations regarding coastal adaptation. This co-construction process will be in itself analyzed with the goal of increasing science’s performative functions in the universe of evidence-based policy making. The project involves scientists from natural sciences, the social sciences and the humanities, working in France, Senegal, India, Russia, Greenland, Alaska, and Canada.

Notre projet concerne la topologie de contact et la topologie symplectique. Le premier but principal de cette collaboration est d'essayer de généraliser à la géométrie de contact, en partant des invariants spectraux de contact introduits récemment par Sandon, ce qui est connu concernant les invariants spectraux en topologie symplectique et en dynamique hamiltonienne (en particulier, ce qui a été étudié par Leclercq et Mazzucchelli) et utiliser ces propriétés pour en déduire des applications concernant les phénomènes de rigidité de type contact tels que le non-écrasement, et l'ordonnabilité, les points translatés, les métriques bi-invariantes et les quasimorphismes du groupe des contactomorphismes. Notre second but principal est de trouver de nouvelles interactions entre les phénomènes de rigidité évoqués ci-dessus (qui peuvent être vus comme des phénomènes de rigidité globale des contactomorphismes) et les phénomènes de rigidité des sous-variétés legendriennes tels qu'étudiés récemment (entre autres) par Chantraine. Dans le but de réaliser ce programme, nous comptons utiliser le cadre fourni par les fonctions génératrices et/ou les techniques de courbes holomorphes, tout en essayant de profiter également des interactions entre ces deux méthodes. Dans une autre partie importante de ce projet, nous désirons également continuer l'étude des invariants spectraux symplectiques et leurs applications aux propriétés géométriques et dynamiques des difféomorphismes hamiltoniens ainsi qu'à l'étude de la géométrie des ensembles de sous-variétés lagrangiennes des variétés symplectiques. Au-delà de son intérêt intrinsèque, nous considérons cette partie aussi comme un environnement commun et une source d'inspiration pour les deux buts principaux décrits ci-dessus.

L'application des techniques d'absorption laser à la géochimie des isotopes stables a progressé rapidement ces dernières années. Ces nouveaux instruments offrent des avantages spécifiques comme la capacité à distinguer des isotopologues isobares (ex : 16O-13C-16O et 16O-12C-17O). Cependant leur précision reste généralement inférieure à celle des spectromètres de masse modernes. Notre projet a pour ambition de développer un spectromètre laser capable de mesurer les rapports d'abondance des isotopologues du CO2 avec une précision interne de l'ordre de 0,01 ‰, et qui permettrait de déterminer précisément la composition triple de l'oxygène dans le CO2 atmosphérique ou les minéraux carbonatés. L'anomalie d'oxygène-17 déduite de ce type de mesures (Delta-17O) est un traceur géochimique important de la chimie atmosphérique et de la paléo-hydrologie. Si l'on sait aujourd'hui mesurer Delta-17O dans d'autres échantillons (O2, H2O), l'analyse du CO2 par spectrométrie de masse pose des problèmes importants d'interférence isobarique. Le développement que nous proposons repose sur une collaboration poussée entre géochimistes et spectroscopistes, issus du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE) et du Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy). Dans le prolongement de nos travaux antérieurs et d'expériences préliminaires menés en 2012, nous proposons de réaliser le premier prototype d'une nouvelle génération de spectromètres laser ultra-précis fondés sur le principe de la CRDS ("cavity ring-down spectroscopy"), et de coupler cet analyseur à un système d'introduction de gaz de type "dual-inlet" inspiré de ceux utilisés en spectrométrie de masse. Afin d'atteindre l'extrême niveau de précision mentionné ci-dessus, notre stratégie est de tirer profit des propriétés d'"optical feedback" d'un laser DFB fonctionnant dans l'infra-rouge proche (1,6 microns), qui sera "verrouillé" à un mode propre d'une cavité optique ultra-stable de notre invention. La source ainsi obtenue présentera un spectre extrêmement étroit et stable, et servira ensuite à l'injection d'une ou de deux cavités de "ring-down" contenant l'échantillon et/ou le gaz de référence. La conception l'assemblage et la configuration initiale du prototype se feront au LIPhy avant validation, optimisation et premières applications géochimiques au LSCE. Ce processus fournira le cadre d'un projet de thèse, sous la supervision d'E. Kerstel (LIPhy) et de M. Daëron (LSCE). L'aboutissement du projet se traduira par l'installation définitive du spectromètre laser au LSCE, ce qui ouvrira la voie à d'importantes nouvelles observations géochimiques, avec des applications atmosphériques et paléo-climatiques importantes. Les progrès technologiques élaborés dans le cadre de ce travail bénéficieront à la fois aux itérations futures de ce nouvel instrument, et seront certainement transférables à une large gamme de mesures isotopiques par spectrométrie laser.

Les transferts d’électrons et de protons (resp. ET et PT) sont des actes chimiques élémentaires omniprésents en phase condensée et le plus souvent étroitement liés dans un grand nombre de processus physicochimiques. Des effets quantiques de type effet tunnel peuvent également y sont généralement impliqués. La théorie de Marcus (MT) a inspiré tout un corpus de théories cinétiques pour interpréter des transferts de protons, d’électrons ou des transferts couplés. Cependant, les descriptions physicochimiques communément utilisées ne sont pas totalement satisfaisantes : un cadre unifié pour rationaliser tout type de processus de transferts, synthétisés sous le terme PET (pur transfert d’électrons RT, pur transfert de protons PT, transferts successifs (EPT) ou couplés (PECT)), est à concevoir, ce qui constitue un défi à la fois théorique et expérimental. L’objectif principal du projet IEPH est donc de lever les limites d’étude et d’analyse actuelles pour atteindre une compréhension de toutes les situations de réactions de transferts dans des systèmes de complexité chimique variée. Notre approche est construite sur la synergie des outils théoriques et expérimentaux les plus avancés dans ce domaine. Nous avons récemment développé au laboratoire un montage expérimental basé sur les techniques de radiolyse pulsée afin de caractériser la capture d’électrons solvatés par des molécules organiques et inorganiques. Par rapport aux approches actuelles, cette expérience offre la possibilité nouvelle i) d’atteindre des temps très courts (< 100 ps) et ii) d’étudier des transferts de protons ou d’électrons à l’état fondamental. Nous sommes donc en mesure de fournir des données expérimentales uniques pour des actes élémentaires de type PET avec une grande résolution temporelle. Un programme ambitieux sera mis en place visant à mesurer les vitesses de réaction entre des atomes d'hydrogènes solvatés et des molecules organiques ou inorganiques. Nous considérerons des réactions de transferts d'électrons purs, d'addition d'atomes d'hydrogène ou d'arrachages d'atomes d'hydrogène. Pour ces réactions les vitesses de transferts de proton et/ou d'électrons sont compétitives avec la limite de diffusion de H• se sorte que la plupart de ces cinétiques des processus de transfert en eux-mêmes sont inconnus. Notre appareillage expérimental devrait permettre d'aller au-delà de cet état de l'art. Les données expérimentales seront interprétées à l'aide de calculs de chimie théorique. Les développements théoriques et calculatoires combineront deux approches récentes : les méthodes de ‘Nuclear Electronic Orbital DFT’ (NEO-DFT) et de ‘DFT contrainte’ (cDFT).La NEO-DFT permet de décrire les protons et les électrons sur un pied d’égalité, c’est-à-dire au niveau quantique. La méthode cDFT est une des rares méthodes de chimie quantique capable de représenter des états non-adiabatiques correspondant à ceux sur lesquels se fondent la théorie de Marcus. Ces méthodes innovantes seront implémentées dans les programmes de DFT deMon2k en utilisant le formalisme des densités auxiliaires, grâce à la forte expérience du coordinateur du projet dans les techniques DFT (notamment la DFT contrainte et les densités auxiliaires). Afin de disposer d'un protocole de simulation incluant les effets d'environnement de manière explicites ainsi que la prise en compte de la dynamique des systèmes étudiés, l'approche NEO-DFT sera combinée à l'approche de mécanique moléculaire (approches hybrides de type QM/MM). Cette implémentation sera réalisée en collaboration avec J. Rezac qui dispose des outils idoines. Ainsi, en s’appuyant sur une forte synergie entre expérience et théorie au sein du laboratoire, les développements méthodologiques du projet IEPH devraient ouvrir une nouvelle voie dans l’interprétation des imbrications entre transferts de protons et d’électrons avec les meilleures résolutions spatiales et temporelles.

Convergence : un projet commun pour maîtriser le déluge de données et de calculs exaflopiques (1018) en sciences du climat. L’étude du climat, de ses mécanismes et des interactions entre ses composantes s’appuie sur la simulation numérique qui permet ainsi d’estimer les changements des climats passé et futurs. La tendance actuelle en modélisation du climat est d’inclure plus de composantes physiques, chacune avec des mailles de plus en plus fines et de réaliser de vastes ensembles de simulations pour répondre aux nombreuses questions scientifiques. En effet, les simulations climatiques peuvent se différencier par leur état initial, leurs paramétrisations, leurs représentations des processus physiques, leur résolution spatiale, leur complexité et leur degré de réalisme ou d’idéalisation. De plus, le besoin impératif d’évaluation, d’amélioration et de suivi du réalisme des modèles de climat, s’appuie aussi sur l’utilisation d’ensembles toujours plus vastes de diagnostics et sur une comparaison systématique entre les sorties de modèles de climat et les données d’observations. Le calcul haute performance atteindra prochainement l’exascale (1018) qui a le potentiel de répondre à ces besoins accrus en taille et nombre de simulations. Toutefois, les outils actuels de post-traitements, d’analyses et d’exploration des données générées ont atteint leur limite et il y a un besoin fort d’en développer de nouveaux capables de gérer la taille et la complexité croissantes des simulations et des résultats. Les simulations à l’échelle exascale nécessitent de nouveaux outils scalables pour générer, gérer et exploiter ces simulations et leurs résultats pour en extraire les informations pertinentes préparant les prises de décisions adaptées. Le principal objectif de ce projet est de développer une plate-forme permettant d'exécuter de grands ensembles de simulations basés sur une série de modèles cohérents, de manipuler les jeux de données complexes et volumineux produits, de faciliter l’évaluation et la validation de ces modèles et tout cela à différentes résolutions. Nous nous proposons de rassembler des compétences interdisciplinaires pour concevoir un environnement de programmation adaptés et efficaces pour les simulations et les analyses sur supercalculateurs. Nous utiliseront une approche dite de développement par composante, en incluant de nouvelles techniques de déploiement adaptées aux systèmes de calcul haute performance. CONVERGENCE, en rassemblant des experts en informatique et en calcul haute performance, permettra à la communauté nationale de recherche en climatologie de contribuer et de tirer avantage des innovations en sciences de l’information. Notre méthodologie consiste à développer un ensemble d’éléments génériques nécessaires pour faire tourner, de façon sûre et efficace, les modèles de climat français avec des maillages et des résolutions variés, pour gérer de grands volumes de données et pour permettre l’analyse des résultats et l’évaluation précise de ces modèles. Ces éléments incluent la définition des structures de données, la gestion des Entrées/Sorties, le couplage de codes ainsi que les environnements d’exécution et de pre/post traitements. Une structure de données et de méta-données commune permettra de garder la cohérence des informations échangées entre les différents éléments. Les modèles climat développés sont déjà impliqués dans de nombreux projets internationaux. Nous participons, par exemple, au projet CMIP (Coupled Model Intercomparison Project) très exigeant mais jouissant d’un très grande visibilité : ses résultats sont très largement utilisés au niveau international et notament synthétisés dans les rapports du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat). Le projet CONVERGENCE constituera une étape inestimable pour la communauté française de recherche climatique pour préparer et contrinuer à la prochaine phase du projet CMIP.

La reconnexion magnétique est un phénomène universel transférant l’énergie magnétique en énergie cinétique et thermique du plasma, tout en changeant sa connectivité magnétique, ayant ainsi des conséquences importantes sur son transport. Parmi de nombreux systèmes dans l’univers, la magnétopause terrestre, proche et “facilement” atteignables par des missions spatiales, constitue un laboratoire fantastique pour étudier le processus de reconnexion en détail, en plus d’être, en elle seule, un vecteur important d’activité géomagnétique. Lorsqu’elle s’y produit, la reconnexion couple en effet de manière critique le vent solaire à notre magnétosphère. La magnétopause est une frontière magnétique tri-dimensionnelle et non collisionnelle séparant le vent solaire du plasma magnétosphérique et à travers laquelle le champ magnétique tourne, de l’orientation interplanétaire à celle donnée par le dipôle Terrestre. Bien qu’il soit connu que la reconnexion à la magnétopause soit fortement influencée par l’orientation du champ interplanétaire, nous ne comprenons pas comment ce paramètre impacte la microphysique locale dont résulte notre vision globale. De plus, l’asymétrie de la magnétopause la distingue de la majorité des modèles de reconnexion, se basant d’avantage sur des couches de courant symétrique, qui, strictement parlant, sont plutôt singulière même si elles guident cependant notre intuition. Ce projet de trois ans propose de s’attaquer au problème crucial de l’impact des propriétés environnementales méso-échelle sur la reconnexion magnétique non collisionnelle, en ce concentrant sur l’impact i) d’une variation de l’angle de cisaillement magnétique, ii) d’une variation lente du degré d’asymétrie et iii) de variations tri-dimensionnelles. Nous utiliserons des simulations 2D cinétiques et hybrides cinétiques, plus tard confrontées à des simulations 3D cinétiques et fluides, et toujours en proche relation avec des observations multi-missions, de la magnétopause terrestre et du vent solaire, faisant une utilisation intense des outils à l’état de l’art développés à l’IRAP, les améliorant et en développant de nouveaux. En octobre 2014, la NASA va lancer la mission d’envergure “Magnetospheric Multiscale” (MMS) pour étudier la microphysique de la reconnexion jusqu’aux échelles électroniques. Notre projet ambitieux et compétitif est très cohérent avec les objectifs scientifiques de la mission. Ceux-ci seront atteints via le rassemblement de forces complémentaires de la communauté plasmas spatiaux Française en théorie, modélisation numérique et observations spatiales, avec les experts mondiaux en théorie et modélisation de la reconnexion magnétique, dans une nouvelle et forte collaboration internationale sur un sujet largement reconnu comme l’un des plus importants de la physique expérimentale, spatiale et astrophysique, des plasmas. Ce projet sera réalisé à l’IRAP, mais impliquera également des chercheurs du Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP) et NASA Goddard Space Flight Center (GSFC). Si ce dernier, construisant les quatre satellites de MMS, est évidemment fortement engagé dans la mission, le l’IRAP et le LPP y sont également fortement impliqués en participant à son instrumentation. Ce projet est au coeur des objectifs scientifiques du groupe Géophysique Planétaire et Plasmas Spatiaux, auquel il apportera, ainsi qu’à la communauté plasma Française, une expertise très désirable en modélisation numérique de la reconnexion magnétique non collisionnelle. Il sera découpé en cinq tâches basées sur une forte synergie observations/théorie/simulation, conçues pour aboutir à des résultats clé sur la physique de la reconnexion, et pour offrir à la communauté des bases des données originales et des codes innovants d’analyse de données.

Le stockage d'énergie est l'un des plus grands défis sociétaux de ce siècle. Malgré les progrès réalisés, ses dernières années, par la technologie lithium-ion basée sur l’utilisation d’un électrolyte liquide, leur instabilité intrinsèque pose des problèmes de sécurité indéniable. L’utilisation d’électrolytes polymères secs est une solution parfaite en termes de sécurité, d’intégration et d'amélioration de la densité d'énergie. Toutefois, comme pour les électrolytes liquides, la fraction de charge portée par Li+ est faible (<20%), ce qui limite les performances électriques. En outre, les électrolytes polymères secs fonctionnent à 80 ° C, à une température où les propriétés mécaniques sont insuffisantes et leur fenêtre de stabilité électrochimique est limitée. Le lithium métal est l'électrode négative de plus forte capacité et est le seul choix pour profiter des capacités élevées des positives des technologies lithium-air et lithium-soufre. Dans ce contexte, les principaux objectifs de notre projet est de développer une batterie « lithium métal polymère » (LMP) capable de fonctionner à 40 ° C sur un grand nombre de cycles (> 1000). Nous avons développé, dans le cadre de COPOLIBAT, des copolymères à blocs (BCE) à conduction cationique, comprenant des blocs polystyrène avec des fonctions bistrifluorométhanesulfonyl imidure de lithium (TFSILi) greffées et un bloc central PEO. Ils permettent de répondre à la plupart des limitations indiquées ci-dessus, avec un transport cationique, d'excellentes propriétés mécaniques et une fenêtre de stabilité électrochimique jusqu’à 5 V vs Li+/Li. Les batteries réalisées présentent des performances supérieures à l’état de l’art, notamment en offrant de très bonnes performances à 60 ° C. Ce projet COPOLIBAT2 vise à poursuivre notre effort sur ces familles d’électrolyte très prometteuses et à développer des prototypes pré-industriels. Deux aspects principaux seront étudiés pour répondre aux objectifs du projet: 1 - Diminution de la température de fonctionnement, amélioration des performances en termes de puissance, limitation de la croissance dendritique: ? Nous envisageons la modification du bloc POE central afin d’obtenir un caractère amorphe à température ambiante permettant un fonctionnement des batteries à 40 ° C. L’addition d’une faible quantité de plastifiants sera également étudiée. ? Nous voulons développer de nouveaux monomères anioniques permettant d’augmenter la dissociation et ainsi augmenter la conduction. En outre, nous voulons analyser l’effet de la position des anions sur le squelette macromoléculaire sur les propriétés physico-chimiques et notamment le transport ionique. ? Ces électrolytes à conduction cationique évitent la formation de gradient de concentration lors du fonctionnement, ce qui est très bénéfique pour les performances en puissance, de plus ils devraient empêcher la germination des dendrites de lithium. Ces aspects sont essentiels pour le développement des LMP. L'interface lithium/polymère sera tout particulièrement étudiée pour analyser la nature des dépôts de lithium et calculer le rendement faradique et ainsi évaluer le nombre de cycles pouvant être atteint. 2 – Réaliser un démonstrateur pré-industriel pour qualifier les nouvelles formulations de BCE en fonctionnement réel: ? Les premiers prototypes utiliseront LiFePO4 comme matière active de positive en utilisant les copolymères développés au cours de COPOLIBAT. Le procédé industriel d'extrusion sera utilisé pour obtenir les BCE en film mince et des électrodes composites. Cela permettra une comparaison directe avec la technologie actuelle du partenaire industriel. ? Au cours du projet, de nouvelles chimies de BCE seront disponibles et directement utilisables pour réaliser des prototypes ? Enfin, du fait du greffage des anions, les BCE semblent stables jusqu'à 5 V vs Li+/ Li, les prototypes seront étudiés en utilisant un matériau actif possédant un potentiel plus élevé (4-4,2V vs Li+/Li)

L’entérocolite ulcéronécrosante (ECUN) est une pathologie digestive préoccupante touchant les grands prématurés et prématurissimes avec une morbi-mortalité élevée. Malgré de nombreuses études sa physiopathologie reste mal connue. Néanmoins, la colonisation intestinale bactérienne anormale de l’enfant prématuré est reconnue comme un facteur de risque. L’implication des bactéries intestinales dans le développement de l’ECUN est étayé par la survenue d’épidémies, l'isolement fréquent d’agents infectieux, ou encore la diminution de l'incidence de l’ECUN résultant d'une antibiothérapie préventive. La fermentation du lactose non digéré dans l’intestin grêle en raison de l’immaturité intestinale du prématuré (déficience en lactase intestinale) par bactéries coliques conduiraient à une hyper-production de métabolites impliqués dans la genèse des lésions. Si aucun agent spécifique n’a été à ce jour incriminé, les signes cliniques de l’ECUN sont cohérents avec une étiologie clostridienne. Parmi les clostridies, Clostridium butyricum, Clostridium perfringens et Clostridium paraputrificum ont été isolés à partir d’échantillons biologiques provenant de prématurés souffrant d’ECUN. En modèle animal de l’ECUN, l’implication de ces espèces dans la genèse des lésions digestives a été spécifiquement montrée. Ces lésions ont été reliées à l’hyperproduction d’acide butyrique, produit majeur de fermentation du lactose. Dans ce contexte nous nous proposons de confirmer l’implication biologique des clostridium dans l’étiologie de l’ECUN et de rechercher des biomarqueurs de pathogénicité specifique à ce micro-organisme. Dans cet objectif, nous associerons à une étude clinique à une approche fondamentale. L’étude clinique s’appuiera sur un réseau français de 15 centres de Néonatologie créé dans le cadre du projet EPIFLORE. Nous nous proposons d’inclure sur une période de 1 ans tous les prématurés avec un diagnostic d’ECUN confirmée (stade II ou III de Bell) appariés avec un groupe contrôle de prématurés sains. Les données cliniques seront renseignées de la naissance jusqu’à la sortie du service. L’analyse microbiologique des échantillons des cas d’ECUN et du groupe contrôle sera effectuée par culture et par pyroséquençages du gène codant l’ARN 16S. Elle permettra l’isolement et la quantification des principaux micro-organismes aérobies du microbiote intestinal dominant et sous-dominant. Cette étude cas-témoins nous permettra de réunir un nombre significatif de cas d’ECUN afin de valider l’interprétation des données cliniques et microbiologiques. Nos résultats permettront de confirmer l’implication bactérienne dans la physiopathologie de l’ECUN et d’incriminer un microorganisme en particulier, i.e clostidies. L’étude fondamentale consiste à construire des mutatnts d’isolats cliniques de C. butyricum, C. perfringens, et C. paraputrificum incapablent de produire du butyrate. Nous utiliserons le système de mutagenèse dirigée Clostron qui a été récemment développé pour fonctionner chez les clostridia. La pathogénicité des mutants et des souches parentales sera évaluée dans notre modèle animal d’ECUN, i.e. caille gnotobiotique. Ce travail nous permettra de vérifier l’hypothèse de l’implication des Clostridium dans l’ECUN via la production de métabolites issus de la fermentation du lactose. Ce travail sera complété par une caractérisation phénotypique et une analyse par protéomique des souches cliniques isolées précédemment en vue de mettre en évidence un biomarqueur de pathogénicité. Si différentes stratégies de prévention ont été proposées, l’absence de connaissance exacte de la physiopathologie de cette maladie, participe à l’absence d’un consensus. Le projet proposé apportera de nouvelles informations cliniques et mécanistiques susceptible de mieux comprendre l’ECUN. En particulier, la mise en évidence de marqueurs biologiques associés à l’ECUN contribuera à l’amélioration de sa prise en charge et de sa prévention.

L’objectif du programme de recherche DECRET est double et vise à : • apporter une solution nouvelle, spécifique et de sensibilité améliorée à la détection des éléments radioactifs : césium et uranium, • assurer une décontamination efficace de toutes surfaces contaminées par ces métaux radioactifs, notamment par application sur les surfaces contaminées d’une composition sous forme de mousse contenant des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées par des agents séquestrants hautement spécifiques et élimination de ces nanoparticules par moisson magnétique au moyen d’un électroaimant industriel, ou par utilisation de substrats poreux fonctionnalisés par ces mêmes agents séquestrants. Ce programme de recherche a pour objectifs : 1) de construire deux systèmes de détection rapide pour le césium et l’uranium. Ces systèmes seront fondés sur des dispositifs microfluidiques équipés d’un détecteur spécifique pour chacun des deux métaux. Ces dispositifs seront à base de calixarènes fluorescents. 2) d'élaborer de nouvelles molécules susceptibles de complexer ces métaux en explorant deux pistes technologiques : (a) séquestrants à ossature d'acides pulviniques (sous-unités de la norbadione, séquestrant naturel du césium dans certains champignons) et (b) calixarènes (complexants à structure cyclique) 3) de sélectionner les plus performantes vis-à-vis de la complexation du césium et de l’uranium. 4) de les greffer sur des matériaux supports tels que des nanoparticules magnétiques (matériaux doublement fonctionnalisés) ou matériaux mésoporeux (type éponge et/ou feutrine). 5) d’intégrer ces nanoparticules magnétiques dans la formulation d’une base moussante de décontamination des surfaces, à haut pouvoir mouillant favorisant le contact entre les nanoparticules et les sédiments contaminés par le césium ou l’uranium ; on vérifiera que les différents composants de cette mousse aqueuse sont compatibles, tout en assurant la dispersion stable et le maintien en suspension des nanoparticules greffées. La forme mousse permettra une utilisation facile sur le terrain en cas de contamination accidentelle. 6) de récupérer les éléments radioactifs, par passage d’un électroaimant sur la mousse chargée de nanoparticules magnétiques. 7) parallèlement au greffage sur nanoparticules magnétiques, les molécules élaborées en (2) seront greffées sur la surface des substrats mésoporeux préalablement modifiés, en utilisant le monomère méthacrylate fonctionnalisé par un groupe calixarène ou par un dérivé d’acide pulvinique. Ces structures permettraient notamment de réaliser des filtres ou éponges éliminant de manière efficace et sélective les radioéléments césium et uranium potentiellement présents en milieu aqueux. A ce stade, les essais seront réalisés sur des métaux « froids ». Les essais de génération de mousse seront menés sur un pilote conçu par le CEA-DEN (Marcoule). Les essais de décontamination seront réalisés d’une part à l’aide des nouvelles molécules chélatantes et d’autre part à l’aide de formulations complètes et opérationnelles dérivées de ces molécules. Ces formulations intègreront les solvants, additifs et supports appropriés pour faciliter l’extraction du métal à partir du substrat contaminé. En application sur le terrain, les deux systèmes suivants seront combinés : • un système comprenant un matériau mésoporeux à métaux obtenu en greffant les brosses de polymère fonctionnalisées par ces nouveaux chélatants. • et un système de génération de mousses chargées de nanoparticules magnétiques permettant une décontamination rapide par « moisson magnétique ». Le premier système est plus adapté à la décontamination d’effluents (par filtrage) ou de surfaces dures et faiblement poreuses (par épongeage) et le second à la décontamination opérationnelle de grandes surfaces (bâtiments, terrains).

Le projet vise à la détection et l’identification précise de composés présents à l’état de traces sur des surfaces en associant la spectrométrie de masse avec ionisation chimique pour déterminer les signatures moléculaires et la désorption par microjets de plasma pour faire passer en phase gazeuse les substances présentes sur la surface à analyser. Les points clés sont de permettre une analyse haut débit grâce à la spectrométrie de masse, de préserver l’information moléculaire grâce à l’ionisation chimique et d’aller décoller les substances prohibées sans endommager les surfaces grâce aux plasma froids Le projet se situe dans la thématique « recherche de rupture en sécurité » ainsi que dans la thématique « protéger le citoyen et les infrastructures » car la mise en évidence, avec une grande précision et une grande sensibilité, des composés présents à l’état de trace sur des surfaces peut être un élément clé pour détecter des actions malveillantes, lutter contre la criminalité, le terrorisme ou le trafic de stupéfiants. Il est souvent difficile, après avoir manipulé des substances prohibées comme des explosifs ou des narcotiques, de ne pas en laisser des traces sur des surfaces. La faible volatilité de ces substances les rend difficiles à détecter mais assure aussi qu’elles restent présentes assez longtemps. Notre projet associe pour réaliser ses objectifs une équipe spécialiste des plasmas froids, une autre spécialisée en chimie des ions et développement expérimentaux en spectrométrie de masse et une start-up qui commercialise des spectromètres haute performances ainsi qu’un instrument de désorption thermique. Un des objectifs du projet est d’optimiser les différents éléments de la chaine analytique pour aboutir à un instrument précis sensible et compact : prélèvement, mode d’ionisation et analyse. Le mode de prélèvement est crucial. Les avantages que présentent les plasmas froids pour réaliser une désorption douce et peu couteuse énergétiquement font que leur utilisation dans le domaine de l’analyse est en croissance très rapide. Notre système devra permettre l’analyse haut débit de surfaces assez grandes. Le mode d’ionisation ne doit pas détruire l’information par une technique trop brutale. Il faut ioniser sans dissocier et c’est ce que permet l’ionisation chimique. Elle permet, de plus, d’ioniser spécifiquement les analytes recherchés sans ioniser le gaz porteur ce qui est essentiel pour avoir une bonne sensibilité. Une source originale sera développée pour la formation des ions précurseurs, à base de MHCD (Micro Hollow Cathode Discharge). La réaction avec le gaz prélevé aura lieu dans des conditions de pression et de renouvellement assurant sensibilité et temps de réponse rapide et un dispositif radiofréquence assurera une bonne transmission des ions produits de réaction L’analyse doit permettre d’identifier précisément les substances prohibées recherchées, sans risque de confusion. Pour cela la masse nominale n’est pas une information suffisante. La mesure de la masse exacte est une façon d’identifier précisément et de différencier suivant des molécules de formules chimiques différentes. Mais les instruments « haute résolution » ne se prêtent pas à une miniaturisation. C’est pourquoi nous développerons un analyseur basé sur un piège radiofréquence dans lequel nous mettrons en œuvre la fragmentation d’ions sélectionnés (technique MS/MS) pour identifier précisément les molécules.

Ce projet vise à interroger les catégories qui informent nos perceptions des changements environnementaux comme des dynamiques qui répartissent continuités et discontinuités entre l’homme et son environnement. L’objectif principal est donc de dépasser le dualisme entre changement environnemental et changement social et culturel, qui informe les ontologies occidentales, en comprenant comment celui-ci est produit et, dès lors, peut être recomposé. En d’autres termes, comment ces catégories sont-elles produites par des êtres humains, négociant et luttant avec des acteurs humains et non-humains autour de la manière dont cet environnement doit être possédé et compris, et définissant leurs notions de communauté politique et culturelle, le tout dans un contexte de contraintes environnementales et économiques en mouvement ? L’originalité du consortium consiste à associer des communautés de recherche disciplinaires, qui disposent déjà d’une réelle expérience et maturité sur les enjeux environnementaux, pour, non seulement développer une approche interdisciplinaire, mais surtout composer un espace commun qui n’existe pas encore et aura des effets durables sur l’organisation de la recherche. Aucun des projets de recherche financés par le programme « CEP&S » puis par SOC&ENV, n’a encore associé historiens, philosophes, politistes, agro-écologue et américanistes, dans une structure de recherche interdisciplinaire (l’Observatoire de Versailles-Saint-Quentin-en-Yvelines, hôte du projet) capable de les faire dialoguer avec les spécialistes des changements environnementaux et climatiques issus des sciences de la nature. La méthodologie d’analyse des fondements historico-philosophiques du concept de nature repose sur 4 approches complémentaires : 1/ Quelles sont les catégories éthiques et philosophiques qui structurent la relation Homme / Nature ? L’originalité de cette question, qui dispose d’un vaste état de l’art, est de proposer de desserrer l’étau du dualisme nature/culture en explorant des couples de tensions légèrement décalés : nature/artifice, sauvage/domestique. 2/ Comment ces catégories se sont-elles incarnées dans des formes culturelles propres aux différences sociétés ? L’originalité est d’aborder de manière comparative ces formes d’arrangements historiquement situés entre humains et non-humains, à partir de trois formes proches car occidentales mais fortement dissemblables : la wilderness (Etats-Unis), la terra nullius (Australie), le paysage (France). 3/ De quelle manière ces catégories sont-elles traduites en gouvernement et mises à l’épreuve par l’événement extrême dans un contexte de changements environnementaux ? La souveraineté est ici abordée à partir de l’hypothèse d’un droit biotique qui conduit à refonder la cosmopolitique de la nature. Cette hypothèse de théorie politique sera testée à partir de la forme la plus extrême de changement environnemental, la catastrophe naturelle comprise comme un laboratoire, un cauchemar/un rêve pour le gouvernement de la nature, et le gouvernement en général. 4/ Quelle est la capacité des chercheurs à inventer et explorer de nouveaux modes d’écriture contribuant à construire des communautés plus soutenables, débordant les frontières de la recherche académique ? L’exposition itinérante (dans le prolongement de Terre Natale, Ailleurs Commence Ici de la Fondation Cartier), l’écriture numérique de l’histoire (le programme Narrativesofchange, UVSQ-UNESCO-MEDDE) et la galerie d’histoire naturelle (le Musée National de Canberra, l’Australian Museum de Sydney et le Museum d’Histoire Naturel de Lille) seront ici convoquées. Le résultat final de COSMONAT sera de contribuer à ouvrir des perspectives pour faire de la nature notre demeure, à partir de catégories philosophiques mobilisables par des communautés dont le sens du lieu, renouvelé par la prise en compte des enjeux environnementaux, les rendra plus aptes à affronter les enjeux à venir.

Des suies sont formées lors de la combustion dans la plupart des chambres de combustion utilisées en transport. Elles sont règlementées pour les moteurs Diesel, et le seront bientôt pour les moteurs essence et les turbomachines aéronautiques. Ces règlementations vont non seulement concerner la masse, mais aussi le nombre de particules. Cela implique que les motoristes automobiles et aéronautiques doivent disposer d'outils expérimentaux et de modélisation fiables, capables de prédire la distribution de tailles de particules. D'autre part, il apparait comme important de pouvoir évaluer l'impact de la formulation des carburants sur les émissions, en vue d'une future diversification de leurs sources. L'objectif du projet ASMAPE est le développement de modèles CFD validés et prédictifs pour la formation et l'évolution des suies à la fois dans les moteurs à piston (MAP) et les turbines à gaz (TG). L'ambition est de couvrir les trois principaux carburants commerciaux actuels: L'essence, le gasoil et le kérosène. Ces modèles devront prédire à la fois la masse totale de suies (SVF) et la fonction de densité de probabilité de nombre de suies (SNDF). D'autres aspects majeurs, comme leur évolution dans les systèmes de post-traitement automobiles, ou leur fort impact sur les transferts de chaleur radiatifs, ne feront pas l'objet de ces travaux. L'originalité d'ASMAPE est de proposer un travail de recherche innovant visant à traiter de verrous scientifiques majeurs pour atteindre les objectifs ambitieux du projet, à travers une approche intégrée combinant des diagnostics optiques avancés, de la cinétique chimique, de la combustion turbulente, ainsi qu'un travail sur des méthodes numériques, appliqués à un large spectre d'études allant des flammes laminaires aux chambres de combustion complètes de MAP et de TG. Le point de départ sera l'acquisition d'une base de données expérimentale de la production de suies dans une flamme laminaire à l'aide de diagnostics avancés, et son analyse pour en extraire une compréhension détaillée de la chimie de formation des HAP (hydrocarbures aromatiques polycycliques) et de la nucléation de suies, et la formulation de schémas cinétiques capables de les prédire. L'étude de carburants modèles spécifiquement sélectionnés va permettre de traiter la combustion de carburants commerciaux. La compréhension améliorée et la modélisation de la cinétique de la phase gaz des suies va ensuite être exploitée pour formuler des modèles améliorés de suies basés sur deux modèles avancés, dont l'un basé sur une méthode sectionnelle, pour la phase solide disponibles dans les codes CFD du projet. Pour l'instant, ceux-ci reposent sur des cinétiques ad-hoc pour la phase gaz et sont en conséquence fortement limités en termes de prédictivité. ASMAPE propose de corriger cela en développant des méthodes de couplage adaptées entre la cinétique de la phase gaz des suies et les modèles de combustion turbulente utilisés pour les différentes applications du projet. Ces travaux concerneront à la fois un cadre RANS pour les MAP et les TG, et un code LES utilisé dans ces applications. D'autre part, l'acquisition de deux bases de données expérimentales pour des flammes turbulentes va fournir des éléments fiables pour une validation extensive des modèles de suies du projet. La capacité de ces modèles à prédire la formation et l'évolution des suies dans des chambres de combustion de MAP et TG va être démontrée à la fin du projet. Enfin, des travaux vont être initiés pour étendre les prédictions à la forme des particules et à leur composition, tout en réduisant le temps de calcul nécessaire, grâce au développement d'une approche par méthode des moments. A l'issue du projet, les modèles de suies seront exploités par les industriels français de l'automobile et de l'aéronautique pour aider à des travaux de conception visant à limiter la production de suies à la source.

De nombreuses études sur différentes espèces ont montré un effet des variations cytoplasmiques (génomes mitochondrial, mt et chloroplastique, pt) dans les réponses adaptatives des plantes à leur milieu. Par ailleurs, la co-évolution des compartiments génétiques a conduit à une co-adaptation nucléo-cytoplasmique dont la rupture peut avoir des conséquences majeures sur le phénotype des plantes. Toutefois, les bases génétiques, moléculaires, et physiologiques de l’implication des génomes mt et pt dans ces adaptations sont très peu étudiées. Ce projet aborde ces deux phénomènes étroitement liés (adaptation au milieu, co-adaptation des génomes), chez l’espèce modèle Arabidopsis thaliana. Nous avons récemment décrit la diversité cytoplasmique au sein d’une collection d’accessions d’origines géographiques variées, et montré qu’il existe une co-adaptation nucléo-cytoplasmique au sein de la diversité naturelle chez cette espèce (Moison et al, 2010, Plant J 63:728-38). Par ailleurs, des variations génétiques corrélées à l’adaptation au climat ont récemment été décrites chez A. thaliana, certaines d’entre elles étant impliquées dans des processus biologiques où interviennent le chloroplaste et la mitochondrie (photosynthèse, métabolisme énergétique) (Hancock et al, 2011, Science 34:83-86 ; Fournier-Level et al, 2011, Science 34:86-89). Enfin, des caractères potentiellement adaptatifs comme l’efficacité d’utilisation de l’eau (WUE), la dormance et la vigueur germinative sont modifiés par des variations cytoplasmiques chez cette espèce (McKay et al, 2008, Evolution 62:3014-26 ; Corey et al, 1976, Genetics 82:677-83 ; nos résultats non publiés). Dans ce projet, nous exploitons une ressource génétique inédite : une collection de 56 cytolignées (lignées possédant le génome nucléaire d’une accession et les génomes cytoplasmiques d’une autre) produites à partir des 8 accessions de la plus petite core-collection du Centre de Ressources de Versailles (McKhann et al, 2004, Plant J 38:193-202). Ces nouvelles combinaisons génétiques seront utilisées pour : 1. Identifier des gènes nucléaires et cytoplasmiques impliqués dans la co-adaptation entre compartiments génétiques, en exploitant une combinaison génétique particulière dans laquelle la rupture de cette co-adaptation provoque une stérilité mâle. 2. Evaluer l’impact phénotypique des variations génétiques cytoplasmiques et des interactions noyau-cytoplasme à différents niveaux d’intégration pour des traits potentiellement adaptatifs à des changements environnementaux. 3. Etablir des corrélations entre traits mesurés à différents niveaux d’intégration. 4. Identifier dans les différents compartiments génétiques des régions génomiques susceptibles d’être impliquées dans l’adaptation des plantes à leur milieu et/ou dans la co-adaptation nucléo-cytoplasmique.

L'importance des caractères de ROBUSTESSE dans les objectifs de l’élevage prend une place prépondérante avec la perspective d’obtenir un niveau de production élevé dans un large éventail de conditions climatiques et de systèmes d’élevage, tout en assurant un haut niveau de bien-être des animaux. Les stratégies actuelles afin d'accroître la robustesse comprennent la sélection pour les caractères dits ‘fonctionnels’, tels que l'intégrité du squelette et du système cardiovasculaire, la résistance aux maladies ou la longévité productive. Il est également possible d'utiliser l'évaluation globale de la sensibilité à l'environnement (analyse des normes de réaction, canalisation) mais ces techniques sont difficiles à mettre en œuvre dans la pratique. Le STRESS est défini comme la réponse non spécifique des organismes à toute stimulation. Chez les espèces animales vertébrées destinées à l'alimentation humaine, l’axe corticotrope est le plus important système neuroendocrinien de réponse au stress. Le cortisol produit par le cortex surrénal exerce un large éventail d'effets sur le métabolisme, le système cardiovasculaire, les processus inflammatoires et le fonctionnement du cerveau, par exemple. De grandes variations individuelles ont été décrites dans l'activité de l'axe corticotrope avec des conséquences physiopathologiques importantes. En termes de production animale, des niveaux plus élevés de cortisol ont des effets négatifs sur la croissance et l'efficacité alimentaire et augmentent le ratio gras/maigre des carcasses. Au contraire, le cortisol a des effets positifs sur les caractères liés à la robustesse et à l'adaptation. La sélection intense pour la croissance des tissus maigres durant les dernières décennies a concomitamment réduit la production de cortisol, qui peut-être être responsable des effets négatifs de cette sélection sur les caractères de robustesse. La stratégie que nous proposons est de modifier l'équilibre entre les caractères de production et de robustesse en sélectionnant des animaux avec une activité de l’axe corticotrope plus élevée (Mormède et al. Animal 5:651, 2011). Le but premier du présent projet SUSoSTRESS est de produire des preuves expérimentales en appui de cette stratégie par l'étude de la production et des caractères de robustesse dans deux lignées de porcs sélectionnées de façon divergente pour leur réponse de cortisol à la stimulation par l'ACTH. L'avantage essentiel de cette stratégie pour l'élevage des animaux est qu'elle repose sur un système physiologique unique et bien défini pour accroître la robustesse et l’adaptabilité, rendant la sélection génétique plus facilement accessible ainsi que la généralisation de l'espèce d'étude, le porc, à d'autres espèces d’élevage. De nombreux gènes candidats et polymorphismes moléculaires ont été décrits et expliquent les différences individuelles d’activité corticotrope d’origine génétique (Mormède et al. ANYAS 1220:127, 2011). Afin d'utiliser cette information moléculaire pour la sélection génétique, nous devons développer une approche intégrée de génétique de système. Le deuxième objectif du projet est l'élaboration d'un modèle d’architecture génétique de l'axe corticotrope et de son activité physiologique à l'égard de la performance des animaux pour les caractères de robustesse et de production, comme base de la sélection génomique. Le troisième objectif du projet est d'offrir des informations pratiques pour la sélection génomique d’animaux plus robustes, par intégration du modèle génétique, de l'analyse bioinformatique approfondie des composants de l’axe corticotrope et de ses cibles fonctionnelles, et du génotypage à haute densité des animaux sélectionnés. Ce projet est donc un modèle de recherche fondamentale avec application très claire à la sélection des animaux de production.

Les agents pathogènes des plantes évoluent rapidement et sont capables de contourner ou d’éroder les résistances de leur hôte. Cependant, les bases moléculaires et processus de cette adaptation restent encore mal compris. Les gènes des champignons pathogènes peuvent déterminer qualitativement si un génotype de la plante peut être infecté ou non (cad spécialisation d'hôte et/ou virulence vs avirulence) ou peuvent déterminer quantitativement la capacité du champignon à surmonter les défenses basales de la plante-hôte (cad agressivité). Il a été proposé que ces traits, apparemment distincts chez les champignons, pourraient en fait être gouvernées par les mêmes déterminants génétiques. L’identification des polymorphismes adaptatifs dans les populations de champignons pathogènes permettra d’élucider les processus évolutifs qui sous-tendent l'adaptation à la plante-hôte. Tirant parti des nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, le projet GANDALF se propose d'utiliser une approche de génomique des populations et d’ écologie-inverse (cad sans a priori sur les gènes impliqués dans l'adaptation d'hôte) pour étudier les processus d'adaptation dans un continuum écologique allant de la spécialisation plante-hôte (qualitative) jusqu’à l’agressivité (quantitative). GANDALF rassemble des scientifiques d’unités et d'institutions différentes ayant une expertise reconnue internationalement en pathologie végétale, génomique, bioinformatique, génétique évolutive et modélisation (équipes classées A par l'AERES, 4 étant A+). Ce consortium nous permet d’unifier nos approches en choisissant neuf espèces de champignons phytopathogènes modèles, couvrant un large éventail de traits d'histoire de vie (biotrophe ou nécrotrophe, champignon ou oomycète, etc.) et présentant tous des génomes disponibles. La première étape du projet vise à phénotyper un grand nombre de souches de chaque espèce, issues de croisements contrôlés ou de populations naturelles, pour les traits d’histoire de vie associés à l'adaptation à la plante hôte (Tâche 1). Plusieurs dizaines de souches de ces pathogènes seront ensuite re-séquençées en utilisant les nouvelles technologies de séquençage à haut-débit, afin de révéler le polymorphisme au niveau intra- et inter-populations des pathogènes étudiés (Tâche 2). Les polymorphismes détectés à l’échelle du génome seront ensuite analysés en utilisant soit une approche de génétique d’association (Tâche 3) soit une approche de ‘genome scan’ (Tâche 5). La cartographie des traits d’histoire de vie sera réalisée à partir de l’analyse de descendances ou de populations panmictiques présentant des phénotypes tranchés. Pour le ‘genome scan’ nous développerons une nouvelle méthode d’analyse. En effet, les champignons pathogènes étant soumis à d’importantes variations démographiques, nous avons besoin de développer une méthode capable d'inférer ces paramètres démographiques afin de détecter la sélection sous des modèles de démographie complexe (Tâche 4). Cette méthode sera ensuite utilisée pour conduire la recherche des loci sous sélection dans les génomes des espèces qui auront été re-séquencés (Tâche 5). La validation des loci candidats se fera par génotypage de populations naturelles ou de collections d’isolats complémentaires dans le but de confirmer l’association génotype/phénotype détectée dans les tâches 3 et 5. Enfin, les bases génétiques de l'adaptation à la plante-hôte seront comparées entre les espèces de champignons et le long du continuum spécialisation écologique / virulence / agressivité. Ce projet permettra une avancée sans précédent dans la compréhension des processus d’adaptation chez les eucaryotes et des bases génomiques de l’évolution des champignons phytopathogènes. Il permettra en outre de développer de solides compétences pour l’utilisation des nouvelles technologies de séquençage dans de nombreuse équipes françaises, et ainsi de renforcer leur excellence scientifique au niveau international.

Organismes statiques, les végétaux sont le plus souvent limités en minéraux. La possibilité de remobiliser l’azote organique des feuilles sénescentes, vers les organes en croissance où cet azote sera réutilisé, est un processus essentiel pour assurer leur productivité et leur adaptation à un environnement fluctuant. En situation de limitation en azote, la sénescence foliaire est accélérée et l’efficacité de remobilisation de l’azote est accrue. L’azote n’est pas le seul élément remobilisé, mais c’est le plus étudié. La protéolyse qui est une étape clef dans les processus de recyclages cellulaires est sans doute très importante pour la remobilisation des nutriments lors de la sénescence. Toutefois les processus sont encore mal connus. L’autophagie, qui est une forme de digestion cellulaire existant chez tous les eucaryotes, pourrait être un élément clef de la remobilisation des nutriement et dans l’adaptation des plantes à leur environnement. L’autophagie implique une machinerie spécifique basée sur l’expression des gènes ATG et sur la formation de vésicules à doubles membranes appelées autophagosomes. Le processus d’autophagie existe à un niveau basal dans toutes les cellules eucaryotes. Chez la levure et l’animal elle est impliquée dans la survie cellulaire en favorisant l’élimination des protéines oxydées, des organites abîmés et autres éléments toxiques. Parallèlement, l’autophagie permet le recyclage des composés cellulaires et la fourniture de nouveaux nutriments. La régulation fine du niveau d’autophagie est essentielle au maintien de l’homéostasie cellulaire. Chez tous les organismes, l’autophagie est induite par les carences en acides aminés ou en sucre. Chez les plantes l’existence de « vacuoles autophagiques » a été démontrée en microscopie électronique dans les années 70 par le travail pionnier de Francis Marty, professeur à l’Université de Bourgogne. Les évènements moléculaires sous-jacents à cette dynamique cellulaire sont cependant restés pendant longtemps inconnus. Depuis une dizaine d’années, 25 gènes AtATG orthologues de gènes de levure ont été identifiés, provoquant un regain d’intérêt pour cette fonction cellulaire. L’autophagie est vraisemblablement exprimée à un niveau basal dans toutes les cellules de plantes et elle pourrait comme chez l’animal assurer la longévité des cellules, l’élimination des déchets et le recyclage des nutriments. Son rôle dans le recyclage et la remobilisation de l’azote est suggéré par le fait que (i) plusieurs gènes d’autophagie sont surexprimés au cours de la sénescence foliaire et également en situation de carence azotée, (ii) les mutants d’autophagie ont un phénotype de sénescence foliaire précoce particulièrement en situation de limitation en azote et (iii) la formation d’autophagosomes (vacuoles d’autophagie à double membrane) est nécessaire pour diriger les « Rubisco Containing Bodies » (RBC) vers la vacuole centrale (iv) le marquage à l’azote 15N montre un déficit de remobilisation de l’azote dans les mutants. Le but de ce projet est d’étudier différents aspects du rôle physiologique de l’autophagie dans le recyclage et la gestion de l’azote et du souffre au niveau plante entière, au niveau de la feuille sénescente et au niveau de la grain, notamment en situation de limitation en azote ou en souffre. Ce projet inclut l’effet de l’autophagie sur les flux d’azote au niveau plante entière et en particulier vers le grain, l’étude du protéome et de ses altérations, l’étude des enzymes protéolytiques. A notre connaissance ces aspects n’ont jamais été abordés par les groupes s’intéressant à l’autophagie.

Le stress hydrique affecte négativement la croissance des plantes et leur productivité et cette situation risque d’empirer avec le changement climatique global. Cette situation nous contraint à améliorer nos connaissances pas seulement sur les stratégies d’adaptation des plantes mais aussi sur l’impact du stress hydrique au niveau des différents produits issus des végétaux. Un des produits majeur transformable est représenté par la paroi cellulaire végétale composé de cellulose, hémicellulose et dans certains cas, de lignine. Cette ressource ligno-cellulosique trouve des applications dans la transformation en biocarburant ainsi que dans les bio-matériaux. L’objectif de ce projet est d’obtenir des informations sur l’impact du stress hydrique via les analyses à grande échelle, en se focalisant sur la paroi cellulaire de deux espèces : le lin et le Brachypodium. Nous avons choisi ces deux espèces plutôt que la plante modèle Arabidopsis, pour comprendre l’effet du stress hydrique directement sur deux types majeurs de structure de paroi cellulaire valorisable: le lin pour l’utilisation des longues fibres cellulosiques dans la fabrication des matériaux composites et textiles, et le Brachypodium pour ses qualités de plante modèle pour l’obtention du biocarburant. Le projet NoStressWall se propose: 1) de générer un grand volume de données transcriptomiques, métabolomiques et protéomiques, ainsi qu’une analyse de la structure des parois cellulaires et des modifications induites par le stress hydrique, 2) d’utiliser un criblage basé sur la génétique reverse pour identifier des mutants spécifiques dans des populations de mutants chimiques de lin et de Brachypodium, et 3) d’initier une caractérisation fonctionnelle des mutants sélectionnés. Un des plus importants produits finaux de ce projet sera la construction de la base de données NoStressWall pour inclure les données des analyses à grande échelle, les analyses des parois cellulaires, les informations sur les mutants et les résultats des analyses fonctionnelles sur le lin et Brachypodium. Des approches de biologie computationnelle seront appliquées sur l’ensemble de ces données pour obtenir un maximum d’informations sur les effets du stress hydrique dans les deux espèces, sur la physiologie de la réponse au stress et les stratégies d’adaptation. L’identification et la caractérisation fonctionnelle des gènes impliqués dans la réponse au stress hydrique chez le lin et Brachypodium, associées aux nombreuses ressources génétiques et outils développés dans d’autres projets, vont permettre l’accélération des programmes d’hybridation et le développement d’autre stratégies comme la cartographie d’association sur l’ensemble du génome ou ciblée. Bien que fondamental, ce projet peut intéresser les améliorateurs, les agriculteurs et les utilisateurs des fibres (matériaux composites, textiles) et de biomasse, car le stress hydrique impacte directement la qualité des fibres de lin et la production de biomasse chez le Brachypodium.

Le groupe Bacillus cereus sensu lato est composé de bactéries très proches sur le plan génétique, dont certaines possèdent des propriétés phénotypiques distinctes. Présentes de manière ubiquiste dans le sol sous forme de spores, ces bactéries sont capables de se développer dans le système digestif de certains insectes, et un certain nombre d’études récentes indiquent que la colonisation d'invertébrés, comme les insectes ou les vers, pourrait permettre d’accélérer l'émergence de nouveaux pathogènes de mammifère. En effet, plusieurs facteurs d’hôte (tissus et système immunitaire) sont semblables chez les vertébrés et les invertébrés. Cependant, les mécanismes moléculaires et physiologiques d'une telle adaptation ne sont pas connus. En particulier, on ignore dans quelle mesure un environnement hostile, comme le tube digestif d’un insecte, peut influer sur le potentiel d'adaptation des bactéries. Nous déterminerons si le passage de B. cereus dans un tube digestif d'insecte peut accélérer l'évolution des bactéries et conduire à l'apparition de nouveaux pathotypes. L’objectif est de cartographier, en utilisant la méthodologie de séquençage à très grande échelle (plate-forme SOLiD créée récemment dans l’unité MICALIS au CRJ INRA Jouy-en-Josas), les mutations ou divergences génétiques dans les bactéries au cours de leur passage dans l’hôte. Par ailleurs, dans le contexte de recherches sur des bactéries pathogènes d’intérêt potentiel pour les industriels il est également important d’être en mesure de détecter et de caractériser les gènes responsables de phénotypes complexes tels que la capacité des bactéries à se multiplier à basse température (psychrotolérance). L’objectif sera ici de répondre à la question: comment des bactéries de ce groupe ont-elles été capables de s’adapter pour pouvoir se multiplier au froid? Nous chercherons donc à identifier des mutants de souches ayant acquis une plus grande psychrotolérance afin d’évaluer le potentiel génétique d’adaptation de ces bactéries à des chutes de température. D’autre part, il a été montré que les plasmides et phages présents chez B. cereus pouvaient influencer l'évolution bactérienne et l'adaptation. Un autre objectif de ce projet sera de caractériser les dynamiques de transfert de plasmides de référence au sein du groupe B. cereus dans des contextes génomiques préalablement identifiés. Cette étude sera réalisée dans un microcosme naturel associé à B. cereus : l’insecte hôte. En effet, il a été montré que le transfert des plasmides était plus efficace chez l’insecte que dans des environnements artificiels de laboratoire. Cela suggère que les conditions rencontrées par les bactéries dans l’insecte (tube digestif ou hémocœle) influencent fondamentalement les dynamiques de transfert de plasmides. Différentes conditions environnementales et physiologiques seront testées pour analyser leur effet sur le transfert entre espèces de plasmides de type pXO1 et pXO2 et l'induction de prophages. Nous chercherons également à mettre en évidence et à caractériser d’éventuels comportements différentiels des plasmides en fonction des divers « background » des souches, mais aussi dans des situations de compétitions mutuelles. La recombinaison joue un rôle essentiel parmi les différents types d'événements catalysant des changements dans la structure des génomes bactériens. Les recombinases codées par les plasmides et les phages seront également caractérisées afin d’élucider leur rôle dans la plasticité génomique. La spécificité de ces recombinases ainsi que l’efficacité de la recombinaison en fonction du niveau de similarité de l’ADN et leurs conséquences sur la transduction sera mesuré. Ce projet vise donc essentiellement à identifier les gènes impliqués dans l'adaptation de bactéries au cours de l'interaction avec l'hôte. Le résultat majeur attendu est la découverte de nouvelles fonctions génétiques, qui pourraient être des marqueurs d’adaptation pour l'apparition de nouveaux pathogènes.

Jusqu’à récemment, la génétique a considéré les mutations de la séquence de l’ADN comme l'unique source ou presque de variations phénotypiques héritables, ce qui a eu pour conséquence que l'adaptation est vue comme étant strictement dépendante des variations de la séquence de l'ADN. Cependant, ce postulat est actuellement remis en cause, notamment suite aux observations que des changements d'états chromatiniens, qui sont fondamentaux pour le contrôle de l'activité du génome chez les eucaryotes, peuvent être en partie induits par l'environnement et transmis au travers des générations, indépendamment de toute variation de séquence de l’ADN. Cette héritabilité épigénétique, très largement documentée chez les plantes, implique le plus souvent des variations de méthylation de l'ADN au niveau des séquences répétées, et concerne particulièrement les éléments transposables. Néanmoins, aucune étude à ce jour n'a exploré de manière systématique la stabilité et les conséquences phénotypiques des variations épigénétiques induites par l'environnement, ni testé leur signification écologique ou évolutive. Ces variations pourraient offrir une voie plus rapide et réversible pour l’adaptation. Nous proposons ici de tester cette hypothèse dans le cadre d’un projet interdisciplinaire ambitieux, reposant sur la combinaison de ressources et d'expertises uniques. Les principaux objectifs sont 1) de déterminer l'ampleur des variations épialléliques et leur stabilité au travers des générations chez la plante modèle Arabidopsis, en utilisant des approches de séquençage de nouvelle génération (Next Generation Sequencing, NGS), 2) d'examiner les conséquences phénotypiques et le potentiel adaptatif des variations épigénétiques induites par le stress en utilisant une plate-forme automatisée pour le phénotypage d'Arabidopsis, 3) de comparer les variations phénotypiques et épigénétiques induites par le stress à celles présentes dans une population de lignées recombinantes de même génotype mais présentant des profil de méthylation de l'ADN très contrastés sur l'ensemble du génome (epiRILs), et 4) de développer des modèles de systèmes évolutifs prenant en compte l'architecture épigénétique. La nature intégrative de ce projet entrainera des avancées majeures dans notre compréhension de l’importance écologique et évolutive des variations épigénétiques induites par des changements de l’environnement. Ces nouvelles connaissances offriront de nouvelles perspectives dans la prédiction et la maitrise de l'adaptabilité des plantes en réponse aux changements climatiques actuels.

Dans un contexte de la recherche de solutions pour une réduction des intrants en agriculture, il est urgent de trouver des options de gestion qui augmentent les services écosystémiques dans les agro-écosystèmes. C’est l’objet de l’intensification écologique. La régulation des bioagresseurs par les auxiliaires naturellement présents dans les cultures est un des services visés afin de diminuer la dépendance de nos systèmes de production aux pesticides et de réduire les indices de fréquence de traitement (IFT), notamment dans le cadre du plan Ecophyto 2018. Bien que ces auxiliaires des cultures, prédateurs ou parasitoïdes, soient souvent mis en avant, le lien entre mode de gestion des cultures, niveau de contrôle des ravageurs par les auxiliaires et rendement des cultures est encore peu compris. Le projet PEERLESS cherche à identifier des stratégies de gestion des cultures qui augmentent le service de régulation de ces bioagresseurs par la biodiversité fonctionnelle avec l’objectif d’optimiser les systèmes de culture, à l’échelle locale et à celle du paysage, sur la base de critères économiques, écologiques et agronomiques. PEERLESS regroupe six équipes qui ont une forte expertise dans les domaines de l’agronomie, de l’écologie spatiale, de l’écologie des interactions et de l’économie publique. Le projet combine (i) une évaluation à partir de données existantes et de suivis en parcelles commerciales de la protection apportée par les auxiliaires des cultures contre les principaux ravageurs et mauvaises herbes dans un système annuel (rotations à base de colza-blé) et un système pérenne (vergers de pommiers) dans des situations contrastées de paysages et de pratiques agronomiques (travail du sol/ enherbement) ; (ii) des essais d’ingénieurie écologique pour tester des méthodes alternatives de protection à l’échelle de la parcelle visant à améliorer l’efficacités des auxiliaires des cultures ; (iii) une analyse détaillée de la structure des réseaux trophiques incluant ces ravageurs principaux, et (iv) des analyses de dynamique des populations des principaux ravageurs et auxiliaires dans les différentes zones d’études. Ces quatre composantes serviront de base à la paramétrisation de modèles spatialement explicites de dynamiques de populations en interactions pour (v) tester l’effet de différents scénarios de déploiement spatial de pratiques alternatives sur l’utilisation de pesticides, le contrôle des bioagresseurs, le rendement des culture et les revenus des agriculteurs et (vi) identifier des stratégies de gestion des bioagresseurs à l’échelle du paysage qui permettent une réduction des pesticides tout en étant agronomiquement et économiquement viables.

Tout au long de la chaîne alimentaire, la plupart des surfaces humides sont couvertes par une pellicule biologique appelée biofilm. Ce biofilm est composé de micro-organismes spatialement organisés (comprenant éventuellement des agents pathogènes) englués dans une matrice polymérique extracellulaire. Ce ciment organique peut agir comme un "bouclier protecteur" contre l'action des agents antimicrobiens, ce qui pose de graves problèmes industriels de persistance de certains agents pathogènes et une utilisation massive de biocides chimiques polluants. Il s'agit d'un sujet sensible pour l'industriel dans une conjoncture où des influences contradictoires s’exercent : les consommateurs sont en attente de produits toujours plus sûrs (exempts d'agents pathogènes microbiens), alors que la réglementation Européenne évolue et interdira certains désinfectants dans les prochaines années (directive européenne REACH 98/8/CE biocide). Nous avons récemment découvert que certains bacilles propulsés par des flagelles étaient capable de s’infiltrer au plus profond de biofilms constitués de bactéries pathogènes. Ces nageurs « furtifs » créent transitoirement des pores dans la matrice qui augmentent les transferts moléculaire au sein du biofilm. Nous avons prouvé au laboratoire que l'irrigation du biofilm par ces bactéries motiles, en facilitant la pénétration et l'action des désinfectants, permettait d’exacerber l’inactivation des bactéries du biofilm. L'objectif de ce projet "preuve de concept" est d'aller plus loin dans l'applicabilité de ce nouveau concept en sélectionnant des cocktails synergiques de bactéries « hyper-motiles » qui pourraient très significativement augmenter l'efficacité des biocides utilisés industriellement. L’implication sociétale directe de ce procédé biologique est la réduction drastique de l'utilisation de biocides chimiques polluants pour le contrôle des agents pathogènes dans les milieux industriels. L'objectif à plus long terme est de remplacer entièrement l’utilisation des biocides chimiques par des antimicrobiens naturels et spécifiques, si possible produits in situ par les bactéries motiles. Le développement de cette approche «écologique» de l’hygiène des surfaces nécessite de nouveaux outils pour analyser de façon non invasive la dynamique d’infiltration de ces bactéries motiles dans les biofilms indésirables. Pour surmonter ce nœud méthodologique, nous avons réuni dans ce projet un consortium multidisciplinaire impliquant des microbiologistes, des microscopistes, des informaticiens, ainsi qu'un partenaire industriel impliqué dans l’utilisation biotechnologique de cocktails microbiens.

Les systèmes d’imagerie polarimétriques actifs ont montré leur efficacité dans les contextes militaire (détection d’objet, décamouflage) et civil (imagerie bio-médicale, contrôle industriel). Ils apportent une plus-value particulièrement importante dans les applications de détection/identification car ils permettent de révéler des contrastes qui n’apparaissent pas dans les images classiques, panchromatiques ou multispectrales. Un imageur polarimétrique consiste à illuminer la scène avec une lumière ayant un état de polarisation fixé et à analyser l’état de polarisation de la lumière rétrodiffusée par la scène. Dans la plupart des systèmes actuels, les états accessibles sont en nombre limité et ne peuvent être modifiés. Or des études récentes ont montré qu’il est possible d’augmenter le contraste de manière significative en adaptant les états de polarisation à la scène observée. Ces techniques d’optimisation supposent cependant connues les propriétés polarimétriques de l’objet, ce qui limite leur utilisation pratique. Afin d’exploiter pleinement le potentiel de ces techniques, il est donc nécessaire de concevoir des systèmes qui s’adaptent de manière automatique à la scène observée. Or si les caractéristiques de la scène ne sont pas connues à l’avance, l’information nécessaire ne peut venir que d’algorithmes permettant de faire l’analyse de l’image. Pour optimiser les performances d’un imageur polarimétrique, la condition essentielle est donc d’intégrer, dans un même système, des algorithmes de segmentation d’image performants et rapides, et un module d'imagerie agile permettant de générer n’importe quel état de polarisation en illumination et en réception. L’objectif du présent projet est de développer un tel système. Le démonstrateur réalisé produira des images polarimétriques à 1.55 µm grâce à une illumination laser. Il intègrera différentes stratégies (automatiques ou semi-supervisées) de pilotage des paramètres de l’instrument (états de polarisation d’illumination et d’analyse) par des algorithmes de segmentation d'images. Pour relever ce défi, le consortium met en commun les compétences d'une équipe académique et d'une équipe industrielle spécialistes d’imagerie polarimétrique, dans ses aspects théoriques et expérimentaux, ainsi que d’une équipe spécialiste des algorithmes de segmentation et de leur application à des images non-conventionnelles. Le démonstrateur réalisé au cours de ce projet sera le premier imageur polarimétrique au monde à mettre en œuvre de manière conjointe des algorithmes de segmentation d’image et un système agile en polarisation. Il permettra de résoudre des problématiques difficiles en analyse de scènes extérieures telles que le décamouflage, la détection d’obstacles ou d’objets suspects. D’un point de vue plus général, ce projet permettra de développer et de valider une méthodologie innovante de contrôle des états de polarisation par les résultats de segmentation d’image. Les applications de cette avancée s’étendront bien au-delà du domaine de la défense, à des domaines tels que l’imagerie biomédicale, la robotique ou le contrôle industriel. En fin de projet, une étude prospective évaluera ces perspectives.

L'objectif novateur du projet TRINIDAD est d'étendre à la gamme micro-onde le concept de transmission à amplification répartie, concept utilisé dans les fibres optiques dopées. Un premier objectif est de développer dans un délai de 24 mois un matériau hybride permettant la propagation d'ondes de spin par compensation de pertes. Un second objectif est de nano-structurer ce matériau en un guide d'onde de taille microscopique afin de réaliser une ligne à retard analogique de très haute qualité et intégrable dans l'électronique du futur. L'idée de base est de juxtaposer un isolant magnétique à un métal normal. Dans cette double couche, l'isolant magnétique - le grenat d'yttrium-fer (YIG) - fournit un milieu de propagation à faibles pertes, où un signal micro-ondes est converti en une onde de spin à propagation lente. Une première propriété clé du dispositif est l'utilisation de films ultra-minces de YIG en vue de réduire la vitesse de groupe de l'onde de spin en-dessous de 10 m/s. Une seconde propriété clé est que les pertes intrinsèques de l'onde de spin soient partiellement, voire entièrement, compensées afin d'augmenter la durée du retard au-delà du temps de relaxation naturelle de l'onde de spin, un verrou majeur qui limite cette technologie. Le signal oscillant est amplifié par un flux de moment cinétique (ou pur courant de spin) injecté à partir d'une couche métallique hors-équilibre produisant une accumulation de spin induite par la déflexion des électrons de conductions traversant cette couche adjacente. Le courant de spin est créé par l'effet Hall de spin (nécessitant l'utilisation de matériau à fort couplage spin-orbite, soit à partir de métaux simples ou soit d'alliages: par exemple, Pt et Ta ou CuIr et AuW). Le résultat net de ce courant de spin induit est d'amplifier (ou de réduire, en fonction du signe du courant appliqué) le signal transmis par un procédé d'émission stimulée à l'interface métal / isolant. Des retards allant jusqu'à quelques microsecondes pourraient alors être atteints sur des distances micrométriques. Dans l'avenir, cette ligne à retard pourrait être utilisée comme brique élémentaire pour d'autres dispositifs micro-ondes à haute performance: un oscillateur ultra-faible bruit de phase ou un filtre agile accordable électroniquement. Les applications ciblées se trouvent dans la technologie du radar et de la télécommunication, qui sont à la recherche de dispositifs performants à ultra-bande étroite, non réciproques, et combinant à la fois une haute agilité et une sélectivité ultra-étroite.

Le titre du projet est un jeu de mots sur la façon dont on peut comprendre l’analyse harmonique moderne. Il est bien sûr classique en analyse harmonique de définir un bord et de trouver une représentation en intégrant sur le bord. Nous voulons donc étendre le champ de connaissances interne à l’analyse harmonique. Deuxièmement, l’analyse harmonique nourrit et est nourrie par les domaines mathématiques voisins, parmi lesquels les équations aux dérivées partielles, l’analyse fonctionnelle et la géométrie. Nous regardons donc aussi à la frontière de l’analyse harmonique et de ces autres domaines. Dans tous ces domaines, ce projet va s’attaquer à des problèmes dans les thèmes parmi les plus actifs. Nous comptons parmi notre équipe des chercheurs Français de premier plan et internationalement reconnus en analyse harmonique, analyse fonctionnelle et équations aux dérivées partielles. Notre équipe compte aussi des jeunes chercheurs très actifs dans ces domaines et aussi le calcul fonctionnel et la géométrie. Nous n’oublions pas les jeunes doctorants (cinq) et post-doctorant (1) que nous formons et qui participent aussi. Les problèmes que nous avons l’ambition d’étudier portent sur des questions d’analyse harmonique (commutateurs, analyse sur les espaces non-doublants, espaces de Hardy associés aux opérateurs, transformées de Riesz, multiplicateurs de Fourier et moyennes de Bochner-Riesz, problèmes aux limites elliptiques avec coefficients peu-réguliers, théorie des opérateurs sur les espaces de tentes et applications aux problèmes de Cauchy non-autonomes), d’équations aux dérivées partielles (extensions d’estimations dispersives aux groupes, variétés et opérateurs plus généraux en relation avec la courbure, leurs applications à des problèmes non-linéaires, observabilité des systèmes linéaires), d’analyse fonctionnelle (relèvement d’applications à valeurs dans un tore, inégalités pour les systèmes de Hodge, cas limites pour l’inversion de la divergence, les lemmes div-curl sur les variétés, les espaces de Sobolev et l’interpolation dans le cadre espace métrique doublant) et de géométrie (dans le cadre sous-Riemannnien : inégalités de courbure-dimension, théorie de Harnack avec hypothèses minimales, noyau de la chaleur et transformées de Riesz d’opérateurs hypoelliptiques de grand rang ; dans le cadre Riemannien : opérateur de Hodge-de Rham). Les méthodes d’analyse harmonique sont au cœur de tous ces problèmes dont certains seront résolus d’ici 2016 et d’autres ont un caractère plus exploratoire. C’est la raison pour laquelle nous demandons un projet sur 4 ans. Cela permettra à des sous-équipes de se réunir sur des problèmes ciblés pour faire avancer techniques et idées. Notre projet contient 4 moments forts : une conférence exploratoire la première année, 2 conférences internes au projet les deuxième et quatrième années pour discuter des progrès réalisées et à venir, et une synthèse sous la forme d’un état de l’art final. Pour notre organisation interne, nous constituons trois partenaires institutionnels (Paris-Sud, Bordeaux 1, Grenoble ) qui incorporent des collègues d’universités voisines. En plus de l’aide aux missions et invitations, Paris-Sud demande un financement doctoral sur 3 ans, Bordeaux 1 un financement post-doctoral sur 1 an et Grenoble le soutien financier à des rencontres bi-mensuelles, co-organisées par les universités de Lyon1 - Grenoble et Marseille. Un site web sera dédié à ce projet. Tous les résultats escomptés seront publiés dans des revues internationales à comité de lecture et présentés dans des conférences internationales.

La plupart des équations de type ondes (hyperboliques, Schrödinger, KdV et autres modèles dispersifs nonlinéaires) issues de modèles physiques représentent des phénomènes dans un milieu qui n’est que rarement homogène, et encore moins souvent infini. Ce n’est que récemment que l’influence de la géométrie du milieu a fait son apparition, à travers l’étude en géométrie courbe, éventuellement compacte, peu régulière, des traditionnels modèles « jouet » nonlinéaires. Nous souhaitons développer nos travaux récents dans le contexte des domaines à bord, pour mieux comprendre les problématiques classiques, existence et unicité de solutions, et surtout leur asymptotique (explosion en temps fini, scattering), en lien avec la géométrie du milieu ambiant (type de bord, obstacles multiples, interfaces…). Ces questions ont été extrêmement étudiées dans le cadre de l’équation des ondes linéaire (motivées par le développement des radars/sonars, mais aussi de la tomographie), suscitant d’importants développements d’analyse microlocale. Comprendre comment utiliser au mieux ces techniques, couplées à une analyse fine et adaptée aux questions nonlinéaires des phénomènes de dispersion ou de focalisation, est une étape, parvenir à étendre à des contextes plus réalistes physiquement des outils spécifiquement nonlinéaires mais mis au point dans le cadre rigide des modèles simples est une autre étape, l’une et l’autre nécessitant des développements concertés. De plus, comprendre les propriétés fines des solutions de modèles dispersifs, incluant des modèles réalistes, ne parait plus hors d'atteinte : domaine de validité, conditions aux limites, stabilité et instabilité nonlinéaire, et plus généralement dépassement du problème de Cauchy, en relation avec la dérivation des modèles est au coeur du présent projet.

Ce projet vise à développer et étudier un système d’imagerie optique tirant profit de la diffusion multiple. L’objectif est d’obtenir des images quantitatives tridimensionnelles présentant des résolutions nanométriques bien meilleures que celles des microscopes optiques actuels. Nous considérons un Microscope Optique Tomographique Digital dont le principe consiste à reconstruire numériquement la carte de permittivité de l'échantillon à partir de plusieurs hologrammes obtenus sous diverses incidences. En régime de diffusion multiple, l’hologramme n’est plus relié linéairement à la carte de permittivité et il dépend, de manière complexe, de toutes les fréquences spatiales de l’échantillon. On peut ainsi envisager d’obtenir une résolution bien meilleure que celle établie sous l’hypothèse d’imagerie linéaire. Dans une première partie, nous développerons des approches mathématiques utilisant la décomposition en valeurs singulières et la théorie de l’estimation afin d’analyser la quantité d’information exploitable contenue dans les hologrammes en régime de diffusion multiple. Ce travail, qui mènera à l’établissement de la notion de résolution pour un système d’imagerie reposant sur un processus non-linéaire, nous permettra d’optimiser le maillage de nos méthodes de reconstruction et la configuration expérimentale. Dans une seconde partie, nous mettrons en œuvre l’étude théorique en développant un dispositif expérimental et des échantillons dédiés. Nous proposerons plusieurs techniques d'inversion permettant d’extraire, de manière itérative, les informations provenant du mécanisme de diffraction multiple et évaluerons leurs performances. L'intérêt d'utiliser des informations a priori dans l'inversion sera également évalué. Le projet aborde des aspects à la fois fondamentaux sur la formation des images en présence de phénomènes de diffusion multiple, des développements numériques pour la reconstruction des objets, des développements technologiques pour la réalisation d'échantillons calibrés et enfin des aspects instrumentaux pour le développement d'un microscope tomographique fonctionnant sur des concepts nouveaux en optique. Les partenaires du projet, l'Institut Fresnel, le LPMA, le L2S et le LPN, dont les domaines d'expertise sont complémentaires, aborderont ici des problèmes de physique avec des approches originales et en rupture avec les méthodes utilisées jusqu'ici dans le domaine de l'imagerie optique.

Les multiferroïques sont des matériaux dans lesquels plusieurs paramètres d’ordre coexistent, et les ferroélectriques magnétiques, pour lesquels les deux ordres sont couplés, en sont sans doute la classe la plus intéressante. Ces composés peuvent potentiellement révolutionner les technologies de l’information et ils ont donc été le centre d’une renaissance spectaculaire durant cette dernière dizaine d’années. La ferrite de bismuth BiFeO3 est le plus étudié de ces matériaux, étant ferroélectrique et antiferromagnétique à température ambiante et possédant en plus un couplage entre les vecteurs antiferromagnétique et de polarisation. Très récemment, les parois de domaines multiferroïques ont révélé des propriétés étonnantes comme un moment magnétique non compensé, une conductance mesurable et un effet photovoltaïque prometteur. Par conséquent, ces objets sont des solitons chargés magnétiquement et qui peuvent être créés et déplacés par un champ électrique. Ceci ouvre de nouveaux horizons dans leur contrôle et l'utilisation de leurs propriétés de conductance, ferromagnétisme ou sensibilité à la lumière. Le présent projet vise à étudier en détail, sur une paroi unique, l’ensemble de ces propriétés et leur couplage, dans le but de démontrer leur potentiel applicatif.

Le projet « UV-CHALLENGE » est un projet de 36 mois constitué par un consortium de trois partenaires académiques - Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris (LCMCP-ENSCP), Laboratoire de Matériaux Optique, Photonique et Système (LMOPS, Université de Lorraine) et Laboratoire Charles Fabry de l’Institut d’Optique (LCF à Palaiseau) - et trois partenaires industriels - EOLITE Systems à Bordeaux, CRISTAL LASER à Messein, FEE à Idar Oberstein (Allemagne) -, le partenaire industriel Allemand (FEE) ne sollicitant aucun financement de l'ANR dans ce projet. Le principal objet de ce projet est de démontrer les capacités de nouveaux cristaux non linéaires pour la génération de radiation UV par conversion de fréquences laser initialement situées dans le proche infrarouge. La mise au point de lasers solides émettant dans l’UV est fortement dépendante de la qualité et des caractéristiques de cristaux non linéaires. A ce jour un certain nombre de matériaux ont été développés et utilisés. Cependant, très peu de ces matériaux permettent d’opérer une conversion de fréquence en dessous de 270 nm. Le champ d’investigation de ce type de matériaux non linéaires reste donc ouvert au vu des nombreuses applications nécessitant des sources laser fiables émettant dans l’UV. Ainsi, notre consortium à déjà identifié, dans un précédent projet ANR nommé « UV-Borates » (2006-2010), deux familles de matériaux non linéaires pour l’UV: YAl3(BO3)4 (YAB) et Ca5(BO3)3F (CBF), qui sont plus largement les chefs de file de deux familles de matériaux. Ces matériaux présentent de réelles potentialités qu’il serait intéressant d’amener à maturité pour concurrencer les cristaux commerciaux aujourd’hui utilisés dans les systèmes laser solides : LiB3O5 (LBO) pour la Génération de Troisième Harmonique (GTH à 343 – 355 nm) et ß-BaB2O4 (ß – BBO) ou CsLiB6O10 (CLBO) pour la Génération de Quatrième Harmonique (GQH à 237 – 266 nm). Ces cristaux commerciaux présentent de sérieuses limitations dues à leur hygroscopie et leurs durées de vie limitées se manifestant par un endommagement de surface dans les systèmes laser solides. Les cristaux de la famille du YAB et du CBF sont proposés dans le cadre de ce projet comme solution qui permettrait d’opérer une rupture technologique tout en menant des études visant à mieux comprendre et à résoudre les problèmes de vieillissement de cristaux existant comme le LBO ou le BBO UV-CHALLENGE est un projet multidisciplinaire où physico-chimistes des matériaux et physiciens de l’optique et des lasers, réunis au sein d’un même creuset, mettent en commun leurs compétences pour apporter des solutions à la conception de systèmes laser solides fiables émettant dans l’UV en vu d’applications. Ce projet fait intervenir de nombreux aspects réunissant la croissance cristalline, la mise en forme de cristaux, l’optique linéaire et non linéaire, la conversion de fréquence dans l’UV ainsi que le vieillissement des cristaux durant leur utilisation laser. Le premier objectif est d’optimiser les conditions de croissance cristalline des matériaux pour une nette amélioration de leur qualité cristalline afin de minimiser les dommages photochromiques et photo réfractifs sous flux laser. Le deuxième objectif est de déterminer de façon précise et fiable les propriétés optiques de ces nouveaux cristaux non linéaires. Enfin le dernier objectif est de mesurer les efficacités de conversion de fréquence dans l’UV de ces nouveaux cristaux tout en étudiant les phénomènes de vieillissement dans un cadre élargi aux cristaux commerciaux actuels comme le LBO.

Le supercourant qui s’établit entre deux supraconducteurs connectés par un lien mésoscopique est essentiellement porté par des états localisés de quasi-particules, les « états liés d’Andreev ». Le premier objectif de ce projet est d’explorer de nouveaux phénomènes fondamentaux qui sont prédits lorsque le degré de liberté de spin joue un rôle important pour ces états liés. Ces phénomènes ouvrent un nouveau champ de recherche à mi-chemin entre le domaine de la spintronique et celui des dispositifs supraconducteurs. Nous explorerons notamment des liens faibles constitués par des nanofils semiconducteurs à fort couplage spin-orbite (tels que InAs) sous un champ magnétique axial. Ces systèmes suscitent actuellement une forte activité de par le monde, aussi bien théorique qu’expérimentale, car il est prédit que des états liés singuliers s’y forment qui se comporteraient comme des fermions de Majorana, une sorte de « particule élémentaire » qui reste insaisissable en physique des hautes énergies. Au-delà de cette quête de fermions de Majorana, ce projet considère d’autres propriétés des systèmes combinant magnétisme et supraconductivité. Nous explorerons des liens faibles faits d’aimants semi-métalliques et d’hétérostructures ferromagnétiques non-colinéaires pour lesquels on attend un type de supraconductivité inhabituel avec des paires de Cooper de spin total S=1 au lieu de S=0. Finalement, nous explorerons le spectre des états liés d’Andreev dans des points quantiques où le couplage Kondo et la supraconductivité sont en compétition. Le deuxième objectif du projet est la dynamique des états liés d’Andreev, un domaine qui reste relativement inexploré malgré l’existence de plusieurs propositions pour utiliser ces états comme base pour une nouvelle classe de bits quantiques. En particulier nous chercherons à comprendre l’observation récente et inattendue de dissipation à basse-fréquence dans des liens diffusifs, ainsi qu’à déterminer les temps de relaxation de l’énergie et de la phase des états d’Andreev dans des contacts atomiques. Enfin, il est prédit que des systèmes Josephson où coexistent effet Zeeman et spin-orbite ont également une réponse dynamique intéressante qui couple les degrés de liberté supraconducteur et magnétique. Deux grands groupes expérimentaux experts en physique mésoscopique et en supraconductivité et deux groupes de théoriciens aux compétences complémentaires, s’impliquent fortement (465 personnes-mois) dans ce projet ambitieux.

Un défi technologique majeur est trouver un matériau nouveau pour l’après CMOS de silicium. Le graphène possède les excellentes propriétés des nanotubes de carbone sans le problème de comment le placer sur la surface et de faire un nombre important de dispositifs sur la même puce. Le graphène épitaxial est, d’après l’industrie, le candidat le plus viable pour les nanodispositifs à haute vitesse et basse puissance. Les principaux challenges sont la résistance aux contacts, le maintien d'une mobilité élevée dans le graphène avec une porte supérieure (top-gate) et l’obtention du graphène avec des bords bien définis après le procédé lithographique pour obtenir le canal pour les fréquences élevées. Une autre voie presque inexplorée pour le graphène est celle de la nanoélectronique balistique. Il est connu que les nanotubes de carbone sont des conducteurs balistiques même à température ambiante. Les rubans de graphène ont des propriétés similaires et sont donc extrêmement intéressants pour des circuits « tout en graphène », car on croit qu’ils ont une meilleure mobilité et qu'ils peuvent supporter des densités de courant supérieures à celles du cuivre. Les rubans de graphène peuvent croître sur du graphène épitaxial par des techniques non-lithographiques sur les parois latérales de marches de SiC obtenues par gravure chimique (etching). Cette technique est adaptée à la fabrication massive, car 10 000 transistors ont déjà été réalisés sur le même chip. De plus, les mesures de transport sur ce type de rubans suggèrent que les bords sont bien définis car les effets du désordre (localisation, bande interdite de transport) ne sont pas observés. Ces rubans peuvent donc être une percée dans l’électronique à base de graphène, ouvrant la voie du transport balistique, des effets non-linéaires dans les jonctions balistiques et des nouvelles interconnexions uniquement à base de graphène. Ce type d’électronique ne peut pas être réalisée avec des semiconducteurs conventionnels. L’objectif principal de ce projet est donc d’étudier les rubans de graphène sur les parois latérales de SiC, et de les comparer avec des rubans obtenus par lithographie. Les contacts de métal sur graphène, d’importance primordiale pour la fabrication de dispositifs seront aussi abordés, avec le défi que presqu'aucun élément ne « mouille » le graphène. Ce projet étudiera la structure atomique des rubans sur les parois latérales, leur structure électronique globale et locale, leurs défauts et leur transport. Les interfaces métal/graphène, système modèle pour les contacts électriques seront aussi étudiées. Nous aborderons les questions ouvertes sur la structure électronique et atomique, avec un ensemble de techniques expérimentales (photoémission résolue en angle, microscopie/spectroscopie à effet tunnel, microscopie électronique à transmission) et des calculs (transport quantique) maitrisés dans le consortium.

Nous proposons d’étudier la physique des liquides de spin quantiques engendrés par les effets de frustration géométrique. Ce projet s’inscrit dans un cadre renouvelé par l’accroissement spectaculaire du nombre de candidats expérimentaux sur des réseaux bidimensionnels à base de triangles, tels que non seulement le réseau emblématique « kagome », à sommets partagés, où les effets de la frustration sont exacerbés, mais aussi les réseaux triangulaires, à côtés partagés, qui questionnent l’idée généralement admise d’un fondamental de type Néel. La nature du fondamental, des excitations fractionnaires restent un des problèmes les plus ardus en physique de la matière condensée, aussi bien sur le plan expérimental que théorique qui nécessite à l’heure actuelle de maîtriser toutes les étapes, de la synthèse au modèle théorique pour espérer des avancées significatives dans ce domaine. Notre projet a l’ambition de regrouper des acteurs ayant une forte reconnaissance dans le domaine, associant les compétences complémentaires, d’une part en synthèse, de l’Institut des Matériaux de Nantes et de l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux, d’autre part, de l’équipe RMN-µSR du Laboratoire de Physique des Solides d’Orsay et de B. Fak (SPSMS) en diffusion inélastique des neutrons ainsi que l’équipe fermions corrélés du LPTMC. Afin de cerner les propriétés de l’état liquide de spins, des mesures dans le domaine sub-Kelvin seront effectuées, alliant mesures thermodynamiques, mesures de susceptibilité locales et de relaxation (RMN, µSR) et de diffusion inélastique des neutrons qui donneront accès au comportement ultime de la susceptibilité et à la dynamique sur différentes échelles de temps et seront calculés dans des modèles prenant en compte les spécificités des différents composés étudiés [échange au-delà des premiers voisins,échange cyclique]. Nous explorerons aussi l’existence de transitions induites sous champ et mettrons en œuvre une stratégie « perturber pour révéler », en utilisant le caractère local de la RMN pour étudier les textures de spin induites par des lacunes de spin, un domaine dans lequel des approches théoriques ont été récemment développées. La synthèse difficile de monocristaux –mais réalisée par une équipe dans le monde au M.I.T., par exemple du composé emblématique, l’Herbertsmithite ZnCu3(OH)6Cl2, avec enrichissement en 17O, la synthèse du premier composé triangulaire Heisenberg modèle KCrO2 représentent des enjeux internationaux majeurs pour ces études. La nouvelle famille d’isolants de Mott sur réseau triangulaire, Ba3MSb2O9 (M=Cu, Ni, Co) outre son caractère liquide de spins offre une grande richesse au niveau des ions magnétiques et des substitutions (Zn, Mg) qui ouvrent la voie à des études novatrices qui utiliseront tout le potentiel de collaboration de notre consortium. Enfin, par le biais de collaborations internationales bien établies nous pourrons aborder l’étude de l’Haydeite [Colman, 2010] et d’un nouveau composé kagomé liquide de spin à base de Vanadium [Aidoudi, 2011]. Du point de vue théorique les années 70 furent celles des spéculations sur l’existence des liquides de spin. Les années 90 virent le développement de modèles théoriques susceptibles d’exhiber des phases liquides de spin. Nous avons aujourd’hui des composés montrant des comportements de liquide de spins et l’objectif est de comprendre la nature de ces liquides de spins et de leurs excitations en confrontant de manière fine propriétés thermodynamiques, spectres de diffusion inélastique de neutrons et mesures RMN aux prédictions de diverses approches théoriques. Les questions qui doivent être abordées sont nombreuses : nature des quasi-particules fractionalisées, de leurs interactions, rôle du désordre…

Nous proposons un nouveau programme de recherche sur les transitions de phase en présence de désordre et d’interactions dans les gaz quantiques à 2D et 3D, dimensions pour lesquelles il n’existe aucune théorie exacte. Nos études se focaliseront sur la compétition entre désordre, cohérence des phases et interactions. Notre programme se divise en deux parties : Premièrement, nous irons au delà de l’observation de la localisation Anderson en cherchant à caractériser précisément cet effet, notamment en présence de décohérence ou d’interactions faibles. Deuxièmement, nous étudierons l’effet du désordre sur les systèmes à N corps où les interactions donnent lieu à des phénomènes nouveaux, en particulier de nouvelles transitions de phase. La physique en présence de désordre est riche, complexe et varie en particulier suivant la dimensionnalité. Sa compréhension est le but de notre projet. Enfin, nous étudierons la dynamique hors équilibre des gaz de Bose désordonnés. Deux développements techniques seront en particulier nécessaires. Tout d’abord, un dispositif d’imagerie avec un objectif de grande ouverture pour détecter efficacement les atomes avec une bonne résolution. Cela permettra en particulier la détection de la densité atomique à l’échelle du désordre et aussi des corrélations de densité, un outil important dans l’étude des système fortement corrélés. Ensuite, nous comptons développer le refroidissement du potassium, qui possède des résonnance de Feshbach accessibles qui permettront de varier les interactions entre atomes, un paramètre crucial de la physique à N-corps. Ce projet sur les systèmes quantiques désordonnés est en lien avec des problèmes ouverts en physique de la matière condensée. Dans plusieurs systèmes expérimentaux, tels que les Si-MOSFET, les héterostructures de GaAs ou les films métalliques, le désordre joue un rôle crucial. Les supraconducteurs à hautes températures critiques sont aussi intrinsèquement désordonné à cause du dopage. Dans cet optique, nous proposons une collaboration avec M. Holzmann, spécialisé dans la simulations théoriques des systèmes électroniques, et qui nous permettra non seulement de simuler nos systèmes expérimentaux mais aussi de comprendre leurs relation avec ce qu’on connaît ou non en matière condensée. A la différence des systèmes électroniques, la description théorique du désordre et des interactions dans les gaz d’atomes froids est beaucoup plus simple et les paramètres peuvent être variés plus largement. Nous espérons que nos travaux permettront une meilleure compréhension des phénomènes et auront un impact au delà de la communauté des atomes froids.