Projets

Le tissu adipeux blanc (TAB) est le principal site de stockage et de libération des graisses. Un déséquilibre de ce processus conduit à l'obésité et aux pathologies associées, notamment le diabète de type 2 (DT2) et les maladies cardiovasculaires. Sous l'effet d'un apport calorique accru, le TAB se développe par hypertrophie des adipocytes préexistants, et hyperplasie impliquant le recrutement et la différenciation de préadipocytes (adipogenèse) en adipocytes matures contenant des gouttelettes lipidiques (GL). L'équilibre entre hypertrophie et hyperplasie des adipocytes au cours de l'obésité influence les complications associées, y compris le DT2. Ainsi, la découverte de facteurs favorisant l'expansion du TAB par adipogenèse a été proposée comme une stratégie thérapeutique pour limiter les conséquences de l'obésité. Parmi les régulateurs de l'adipogenèse, des études récentes soutiennent un rôle des céramides (CER). Nous avons constaté que les CER augmentent précocement laissant place à leurs dérivés sphingomyélines (SM) en fin d’adipogenèse. La synthèse de SM à partir de CER nécessite le transporteur de CER (CERT), qui forme des sites de contact membranaire (MCS) entre le réticulum endoplasmique et le Golgi. Nous avons montré que l'inhibition pharmacologique de CERT limite la conversion de CER en SM et inhibe l'adipogenèse en réduisant la biogenèse des GL, et que CERT est colocalisée avec des GL. Sur la base de la littérature et de nos données, notre projet vise à déterminer le rôle de CERT dans l'adipogenèse et en particulier dans la biogenèse des GL. Notre projet abordera 3 objectifs : 1/ étudier le rôle de CERT dans le remodelage des SM associé à l'adipogenèse ; 2/ visualiser des sites de contact membranaires où CERT fonctionne pendant l'adipogenèse ; et 3/ identifier des protéines ciblées par SM pendant l'adipogenèse. L'ensemble de ce projet devrait révéler les mécanismes médiés par CERT pour contrôler l'adipogenèse et la biogenèse des GL.

L'ataxie de Friedreich (AF) est une maladie neurodégénérative et cardiaque pour laquelle il n’existe aucun traitement efficace. Elle est causée par un défaut d’expression de la frataxine (FXN), une protéine mitochondriale impliquée dans la biosynthèse des clusters fer-soufre (Fe-S), des cofacteurs protéiques assurant une multitude de fonctions biologiques essentielles. Ils sont synthétisés par la machinerie ISC (Iron Sulfur Cluster) mitochondriale dans laquelle FXN fonctionne comme un activateur cinétique de l'apport en soufre en accélérant le transfert de persulfure (Cys-SSH) entre la cystéine désulfurase NFS1 et la protéine d'échafaudage des clusters ISCU2. Ce persulfure est ensuite clivé en sulfure par la ferredoxine-2 (FDX2). En étudiant la machinerie ISC reconstituée in vitro, nous avons constaté qu'un excès de FXN ou de FDX2 par rapport à NFS1 et ISCU2 ralentit la synthèse des clusters Fe-S, suggérant l’existence d’une régulation mutuelle. Les données structurales disponibles suggèrent que FDX2 et FXN sont en compétition l’une avec l’autre pour la fixation au complexe NFS1-ISCU2. Nous avons également mis en évidence un effet répresseur direct de FDX2 par un mécanisme inconnu. Dans un modèle drosophile de l’AF déficient en FXN, nous avons observé que FDX2 est surexprimé et que son inactivation partielle par ARN interférence améliore la survie. Cela suggère que diminuer le niveau d’expression de FDX2 in vivo diminue ses effets répresseurs et améliore la biosynthèse des clusters Fe-S. FDX2 pourrait donc constituer une nouvelle cible thérapeutique pour l’AF. Le projet FER-FA a pour objectif d'évaluer ces hypothèses en visant à: 1) Elucider le mécanisme de régulation réciproque par FXN et FDX2 et de répression directe par FDX2 par reconstitution in vitro, tests biochimiques de synthèse de clusters Fe-S et de formation, transfert et réduction de persulfures, ainsi que par l’étude des interactions protéine-protéine par FIDA, ITC et BLI. 2) Réaliser une étude par mutagénèse dirigée des zones d’interactions entre FDX2, FXN et NFS1 afin d’établir les bases structurales des processus de compétition et de répression directe par FDX2. 3) Caractériser les effets protecteurs de l'inactivation de FDX2 in vivo chez la drosophile, notamment en testant l’effet des mutations qui seront identifiées dans l’axe 2 4) Elucider les mécanismes de régulation transcriptionnelle de FDX2, en identifiant les signaux et les régulateurs transcriptionnels et/ou post-transcriptionnels impliqués. 5) Développer des peptides et des mini-protéines artificielles pour moduler l’interaction entre FDX2 et NFS1 afin d’améliorer la synthèse de clusters Fe-S. Ces molécules interférentes agiront soit comme compétiteurs de NFS1 soit comme perturbateur de l’interaction FDX2-NFS1. L’activité de ces biomolécules interférentes sera caractérisée in vitro. Les plus pertinentes seront évaluées dans les modèles drosophile in vivo. Le projet FER-FA sera conduit par deux équipes complémentaires collaborant depuis plusieurs années: une équipe de biochimiste et de biophysiciens (Paris-Saclay) spécialisée dans l’étude des mécanismes de biosynthèse des clusters Fe-S et une équipe de biologistes cellulaires, généticiens et physiologistes (Paris-Cité) spécialisée dans la construction de modèles drosophile pour l’étude de l’AF. Ce projet va mettre en lumière les mécanismes de régulation de la biosynthèse des clusters Fe-S qui sont encore très mal compris aujourd’hui, et va permettre d’évaluer la pertinence d’un nouvel axe thérapeutique pour l’AF ciblant FDX2, notamment avec des biomolécules interférentes.

La combinaison des techniques d’imagerie optique associée à la chirurgie est une voie prometteuse car elle permet de guider le geste du chirurgien. La chirurgie guidée par fluorescence (FGS) offre ainsi une vision plus précise de la cible. Cette approche passe par l’élaboration d’outils spécifiques. Dans ce contexte, nous nous proposons de développer des sondes fluorogéniques à absorption mono- et bi-photonique (1PA et 2PA). Ainsi, l’utilisation de sondes émettant dans le proche infra-rouge (NIR) et/ou excitables à deux photons nous permettra de concevoir des outils d’imagerie utilisables in vivo en s’affranchissant des problèmes d’autofluorescence et de photodommage. L’utilisation de sondes 2PA activables représente le cœur du projet I-SEE-U en proposant des outils innovant répondant aux besoins d’une FGS toujours plus précise. Ainsi, ces sondes seront pensées pour répondre à un stimulus biologique marqueur d’une pathologie. Les sondes développées seront ainsi sensibles à une surexpression d’enzymes. Ces sondes seront modifiées structurellement afin de les fusionner à des systèmes permettant d’apporter le caractère OFF-ON de ces sondes et/ou modifiant leurs propriétés physico-chimiques. Le projet I-SEE-U sera mené en 4 étapes interconnectées. Tout d’abord, une part importante de ce projet sera consacré à une méthodologie de synthèse organique sera réalisée pour donner une librairie de molécules basée sur une stratégie de rigidification prometteuse (WP1) qui fera l’objet d’une étude photophysique systématique (WP2) nous permettant d’optimiser la relation structures/propriétés photophysique. Enfin une fois, les candidats les plus prometteurs sélectionnés, ces derniers feront l’objet d’études in cellulo et in vivo poussées. Ainsi, à travers ces 4 étapes le but du projet I-SEE-U est de développer des sondes fluorogéniques performantes en accord avec les technologies actuelles (1PA) et futur (2PA) utilisé pour la FGS.

La résistance antimicrobienne représente une menace pour la santé publique, rendant nécessaire la découverte de nouveaux antimicrobiens. Les produits naturels constituent des réservoirs importants pour de telles molécules. Parmi eux, les 2,5-diketopipérazines (DKP) se démarquent par leurs activités biologiques remarquables. La biosynthèse des DKP implique le plus souvent l'action d'une enzyme coeur appelée synthase de cyclodipeptide (CDPS) formant un cyclodipeptide ; elle est associée à une ou plusieurs enzymes de modification qui introduisent des modifications chimiques, conduisant à des DKP plus complexes. La diversité des DKP obtenues est assez appréciable mais limitée, car les cyclodipeptides initiaux sont généralement composés d'acides aminés aromatiques et hydrophobes. Récemment, de nouvelles enzymes coeur, appelées RCDPS, ont été identifiées, et elles n’ont aucune homologie de séquences avec les CDPS. De manière remarquable, elles utilisent des aminoacyl-ARNt comme substrats pour synthétiser des cyclodipeptides contenant de l'arginine. Le projet BioSyn vise à étudier ces RCDPS, ouvrant un nouvel objectif pour la synthèse biologique d’une diversité de DKP contenant de l'arginine et, plus largement, de DKP contenant des acides aminés chargés et d'autres acides aminés hydrophiles. L'objectif est d'établir le répertoire naturel des cyclodipeptides produits par ces enzymes, de déchiffrer la base moléculaire de leur spécificité de substrats pour finalement réaliser de l'ingénierie enzymatique et métabolique conduisant à une diversité de DKP non naturelles contenant des acides aminés chargés. Le projet sera mené par trois partenaires ayant des domaines disciplinaires différents, leur permettant de combiner un éventail de méthodes en biologie (biologie moléculaire, biochimie, biophysique et biologie structurale) et en chimie (chimie synthétique et analytique) pour atteindre leurs objectifs.

Dans le monde vivant, les génomes de bactériophages présentent la plus grande diversité chimique de nucléobases non-canoniques. Certains virus à ADN infectant des hôtes tels que les protéobactéries, les cyanobactéries et les les actinobactéries présentent une substitution totale de l'adénine par l'aminoadénine (Z), formant ainsi trois liaisons hydrogène dans les paires Z:T et violant les règles de Watson-Crick. La voie de biosynthèse de l’amino-désoxyadenosine triphosphate (dZTP) a été élucidée pour deux bactériophages contenant des génomes ZTGC et nous avons montré que les ADN polymérases de ces phages discriminent en faveur de l'incorporation de l’aminoadénine et à l'encontre de l'adénine canonique. Ces bactériophages codent également pour des enzymes de modification du métabolisme des nucléotides qui semblent favoriser la synthèse de leurs génomes ZTGC. Le premier objectif de ce projet ANR est de rechercher de nouveaux génomes de bactériophages possédant du ZTGC dans les banques de données génomiques afin d’étudier leur distribution dans l’environnement. Le second objectif est de caractériser fonctionnellement de nouvelles enzymes de phages impliquées dans la propagation des génomes ZTGC. Le dernier volet est l’étude cristallographique des protéines présentant de nouvelles activités enzymatiques ou de nouvelles spécificités de substrat. Ce projet qui a déjà permis de caractériser des activités enzymatiques inédites permettra d'accroître notre compréhension de l'évolution et de l'écologie des phages à ADN modifié. La découverte de nouvelles activités enzymatiques pourra servir à la manipulation des acides nucléiques pour des applications biotechnologiques.

Le système ubiquitine est un réseau moléculaire essentiel qui contrôle de nombreuses protéines dans nos cellules. Il fonctionne en attachant une petite protéine appelée ubiquitine à d'autres protéines, soit pour ajuster leur activité, soit pour les marquer en vue de leur dégradation. Ce système joue un rôle clé dans diverses maladies, notamment le cancer, les troubles neurodégénératifs et les infections. Les ligases Cullin RING (CRLs) sont des composants importants du système ubiquitine que l'on trouve chez des organismes allant de la levure aux humains. Elles sont constituées de plusieurs sous-unités interchangeables qui leur permettent de reconnaître et d’agir sur des protéines spécifiques. Malgré deux décennies de recherches, nous ne comprenons pas encore pleinement les différentes façons dont elles fonctionnent ni toutes les protéines cellulaires qu'elles ciblent. Notre recherche vise à mieux comprendre le fonctionnement des CRLs en cartographiant le réseau des protéines avec lesquelles elles interagissent Nous utiliserons la levure de boulanger comme organisme modèle et une technique de pointe appelée NanoBiT, dont nous avons démontré l’efficacité pour identifier les partenaires d'interaction des CRL. Nous nous concentrerons notamment sur des partenaires d'interaction nouvellement découverts d’un complexe CRL particulier qui joue un rôle clé dans la régulation du métabolisme du soufre. De plus, nous prévoyons d'utiliser la technique NanoBiT pour créer un catalogue complet des partenaires d'interaction des CRLs.

Les athlètes sont confrontés à un stress physique et mental important lors des entraînements et des compétitions, ce qui menace à la fois leurs performances et leur santé à long terme. Cette problématique a motivé le développement d'interfaces homme-machine pour la gestion du stress basées sur des dispositifs de bio- et neurofeedback. Cependant, ces stratégies demeurent sous-utilisées en raison de l'absence de mesures objectives et fiables du stress. Cette tâche s'avère particulièrement complexe en raison de la nature physiologique intrinsèquement complexe et hautement individuelle du phénomène de stress. L'absence d'intégration de mesures diverses, combinées ou multimodales, limite la capacité à évaluer de manière précise et significative les états de stress vécus par les athlètes. L’intégration de telles mesures permettrait une quantification, une caractérisation et une classification plus fines de ces états. La solution proposée rassemble des éléments qui pourraient enfin offrir un outil de suivi tant attendu à un grand nombre d’athlètes à travers le monde. Ce projet de recherche multidisciplinaire vise à développer des indicateurs de stress robustes en concevant une approche multimodale fondée sur des signaux neuro-psycho-physiologiques synchronisés. L'enregistrement simultané de l’activité corticale et cardiovasculaire est réalisé, incluant l'électroencéphalogramme (EEG), la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS), l’électrocardiogramme (ECG), la pression artérielle continue (BP) et la photopléthysmographie (PPG), en réponse à des stresseurs cognitifs et physiques. Ces signaux, combinés à des indicateurs de stress perçu, sont exploités à l’aide de modèles mathématiques d’interaction cerveau-cœur, de méthodes avancées de traitement du signal et d’algorithmes d’apprentissage complémentaires permettant d’extraire des motifs pertinents et des indicateurs de stress. Un protocole expérimental adapté à la collecte de données est mis en place autour de deux expérimentations. La première sera réalisée en laboratoire et consistera à enregistrer l’EEG, la fNIRS, l’ECG, la BP, la PPG, ainsi que des mesures de stress perçu chez des sujets sains exposés à divers stresseurs cognitifs et physiques. La seconde expérimentation sera menée auprès d’athlètes durant un programme de surcharge d’entraînement de deux semaines et en période de pré-compétition.

Ce projet vise à développer une méthode prédictive pour comprendre et quantifier l’évolvabilité des protéines — c’est-à-dire leur capacité à acquérir de nouvelles fonctions par mutation et sélection. Bien que les récents progrès en matière de modèles probabilistes génératifs, comme l’analyse des couplages directs (DCA), les machines de Boltzmann restreintes (RBM) et les modèles de langage protéique (pLM), aient considérablement amélioré la prédiction des structures protéiques et des paysages mutationnels, ces outils restent limités dans leur capacité à anticiper les innovations évolutives. Notre objectif est de dépasser la simple prédiction des effets mutationnels pour atteindre une compréhension mécanistique des facteurs qui rendent certaines séquences protéiques plus évolutives que d’autres. Pour y parvenir, le projet combine modélisation computationnelle et validation expérimentale à grande échelle. En analysant des alignements multiples de séquences (MSA) et en extrayant des signatures statistiques contextuelles au sein de familles de protéines, nous développerons des métriques robustes et basées sur les séquences pour estimer la robustesse mutationnelle et l’évolvabilité fonctionnelle. Ces prédicteurs seront comparés à des données expérimentales issues de deux systèmes enzymatiques : les kinases ROK et les bêta-lactamases. Ces enzymes offrent des modèles complémentaires — les kinases ROK, d’intérêt industriel, présentent une activité promiscue vis-à-vis des substrats, tandis que les bêta-lactamases jouent un rôle clé dans la résistance aux antibiotiques, enjeu majeur de santé publique. Le projet s’articule autour de trois tâches principales : La tâche 1 est consacrée à la prédiction de la robustesse mutationnelle — la capacité d’une protéine à maintenir sa fonction malgré des modifications de séquence. Nous construirons et comparerons des modèles basés sur la DCA, les RBM et les pLMs pour en extraire des mesures entropiques traduisant la tolérance contextuelle aux mutations. Ces prédictions seront validées expérimentalement via des analyses de mutations profondes (DMS), incluant des mutations simples et doubles, afin de cartographier empiriquement les paysages de fitness de plusieurs protéines homologues. La tâche 2 cible la prédiction de la promiscuité fonctionnelle et de l’évolvabilité. Des modèles à variables latentes seront entraînés pour identifier les signatures de séquence associées à la spécificité ou à la multi-spécificité. Ces prédictions seront testées par des cycles itératifs de mutagenèse génomique et de sélection relâchée, afin de générer et suivre des populations enzymatiques divergentes. La capacité de ces séquences à évoluer vers de nouveaux substrats servira d’indicateur empirique de l’évolvabilité. La tâche 3 explorera les trajectoires évolutives en simulant des chemins mutationnels plausibles entre des variantes protéiques présentant des différences en robustesse ou en spécificité. Ces trajectoires in silico seront confrontées aux résultats expérimentaux des essais de diversification. Certains intermédiaires seront synthétisés et testés afin d’évaluer la pertinence des modèles. L’approche interdisciplinaire du projet établit un pont entre physique statistique, apprentissage automatique et biologie moléculaire, en s’appuyant à la fois sur l’innovation théorique et les avancées technologiques en mutagenèse, séquençage et criblage fonctionnel à haut débit. En combinant modélisation prédictive et validation ciblée, nous chercherons à révéler les déterminants de séquence de l’évolvabilité des protéines, à guider des stratégies de bio-ingénierie, et à fournir de nouveaux outils pour anticiper et contrer la résistance aux antibiotiques. In fine, le cadre développé offrira une stratégie généralisable pour quantifier l’évolvabilité dans diverses familles protéiques, avec des applications allant de la biologie évolutive fondamentale à la biologie synthétique et à l’innovation biomédicale.

Les séquences biologiques (ADN, ARN, protéines) sont des chaînes d'acides aminés ou de nucléotides. Un principe clé en biologie est que la séquence détermine la fonction d'une molécule dans l'organisme. Cependant, cette relation est complexe et dépend du contexte. Comprendre comment des fonctions diverses sont encodées dans ces séquences est une question fondamentale en biologie. La conception de séquences peut être vue comme un problème inverse : étant donné une fonction phénotypique souhaitée, quelles séquences peuvent l'accomplir ? En raison de la complexité de la relation entre séquence et fonction, concevoir des séquences biologiques pour des fonctions spécifiques est un défi, avec de nombreuses applications en santé, industrie, et au-delà. Au cours de l'évolution, la variation des séquences est limitée par la conservation des fonctions. Aujourd'hui, des ensembles de données massifs peuvent être collectés via des expériences à haut débit, riches en signaux évolutifs qui peuvent éclairer la correspondence séquence-fonction. Des modèles d'apprentissage automatique appris sur ces données peuvent prédire les fonctions et générer de nouvelles séquences. Dans ce projet, nous allons développer des modèles génératifs qui encodent des séquences dans des espaces de représentation fonctionnellement interprétables. En appliquant des contraintes appropriées lors de l'apprentissage, nous nous assurerons que les propriétés fonctionnelles d'intérêt correspondent à des coordonnées démêlées de l'espace de représentation. Ces coordonnées pourront ensuite être manipulées indépendamment pour concevoir des séquences dotées de propriétés spécifiques. Pour cela, nous développerons des méthodes d'apprentissage automatique nouvelles, étudierons les limites fondamentales de l'apprentissage de la représentation en utilisant des approches de physique statistique appliquées aux réseaux neuronaux, et travaillerons avec des collaborateurs expérimentaux pour valider les séquences conçues.

Des modifications synaptiques en fonction du développement et de l'activité sont considérées être à la base de l'apprentissage et de la mémoire. Or, les synapses sont des structures microscopiques qui ne contiennent souvent que des dizaines ou des centaines de récepteurs de neurotransmetteurs responsables de la transmission synaptique, et qui sont donc exposées à des fluctuations moléculaires. Comment les synapses peuvent-elles résister à des modifications accidentelles tout en restant sensibles à l'activité neuronale qui entraîne des changements plastiques ? Pour y répondre, il est nécessaire de comprendre les mécanismes biophysiques qui régissent l'accumulation des récepteurs de neurotransmetteurs dans les domaines synaptiques et contrôlent leur taille. Nous nous concentrons ici sur les domaines postsynaptiques inhibiteurs (iPSD), dont la composition moléculaire et la morphologie sont moins complexes que celles des synapses excitatrices, mais qui partagent de nombreux principes d'organisation. Les iPSD glycinergiques de la moelle épinière et du tronc cérébral sont constitués de récepteurs de la glycine (GlyR) qui sont concentrés à la synapse par des interactions avec la géphyrine, la principale protéine d'échafaudage des synapses inhibitrices. Dans le cortex, la transmission inhibitrice repose principalement sur les synapses GABAergiques, qui jouent un rôle important dans le stockage de l'information. Plusieurs neuropathologies ont été liées à un dysfonctionnement de la transmission synaptique GABA- et glycinergique. Des questions restent ouvertes sur les mécanismes biophysiques qui régissent quantitativement la dynamique de la taille des synapses inhibitrices : (1) Comment la taille des synapses et leur stabilité face aux perturbations sont-elles maintenues et quels sont les paramètres biophysiques pertinents ? (2) Quels mécanismes régulent l'organisation spatiale des récepteurs synaptiques et extrasynaptiques, et quelles sont les implications pour le « cross-talk » entre synapses voisines ? (3) Quelles sont les « leviers » biophysiques qui permettent des modifications plastiques des synapses, et comment sont-ils liés aux voies connues de la plasticité inhibitrice ? Nous aborderons ces questions en combinant la modélisation biophysique détaillée des iPSD et l'imagerie quantitative et dynamique des GlyRs, des GABAARs et de la géphyrine des synapses inhibitrices dans des cultures de moelle épinière et d'hippocampe. Le projet sera structuré en trois parties : (i) Conception du modèle, basé sur des particules, de la dynamique combinée des récepteurs et des protéines d'échafaudage à la membrane postsynaptique et extrasynaptique, (ii) Des expériences d'imagerie pour quantifier la diffusion, l’agrégation et la cinétique d'échange des récepteurs et de la géphyrine en utilisant la microscopie conventionnelle (FRAP) et la microscopie de localisation à molécule unique (SMLM), et (iii) L'application des prédictions du modèle de la composition et de la dynamique perturbées de l'iPSD dans des conditions pharmacologiques et pathologiques. Pour ce faire, nous testerons les effets des stéroïdes neuroactifs utilisés cliniquement pour le traitement des troubles de l'humeur, ainsi que les auto-anticorps du récepteur GABAA qui déclenchent des phénotypes neuropsychiatriques chez les patients. Notre approche interdisciplinaire nous permettra de concevoir des expériences ciblées basées sur les prédictions du modèle et de fonder notre modélisation sur des données expérimentales. Un modèle quantitatif des iPSD qui tient compte de la dynamique spatio-temporelle couplée des différents sous-types de récepteurs et de la géphyrine nous permettra de développer une compréhension mécaniste des fluctuations du nombre de protéines synaptiques, de leur organisation spatiale subsynaptique, ainsi que des effets des formes physiologiques et pathologique de la plasticité synaptique.

Le projet PanGAIMiX, dédié à la microbiologie computationnelle, s'articule autour de quatre axes de recherche innovants. PanGAIMiX visera tout d’abord à développer des modèles avancés pour les graphes de pangénomes, permettant d'étendre les comparaisons de génomes du niveau des espèces à celui des genres. Deuxièmement, PanGAIMiX exploitera des méthodes fondées sur les réseaux neuronaux basés sur des graphes pour identifier des contextes génomiques conservés à travers des milliers de pangénomes. Cette approche devrait permettre de délimiter des modules fonctionnels partagés en exploitant les motifs de convolution issus des contraintes évolutives sur les gènes. Le troisième axe utilisera des grands modèles de langage pour prédire des processus biologiques, tels que des voies métaboliques ou des systèmes de défense. Chaque pangénome sera représenté comme une séquence de phrases, où les mots sont des unités fonctionnelles issues des familles de gènes. Cette approche apprendra les relations complexes entre ces familles à travers différentes espèces, permettant de prédire des fonctions manquantes et de nouveaux processus biologiques. Finalement, le projet développera PanGBank, une base de données pangénomique exhaustive regroupant les génomes de plus de 40 000 espèces microbiennes qui sera rendue publiquement accessible via une API web. Elle servira à des cas d’utilisation démontrant la pertinence des développements méthodologiques, comme l'étude de la diffusion des gènes de résistance aux antibiotiques dans les bactéries ESKAPEE et la découverte de nouvelles voies métaboliques en explorant des modules de réactions conservés dans les pangénomes. Appliquées à une large diversité d'espèces, les approches dans PanGAIMiX permettront de dévoiler des schémas évolutifs jusque-là inaccessibles et apporteront de nouvelles perspectives sur l'évolution et le fonctionnement des communautés microbiennes, favorisant des avancées en santé, sciences environnementales et biotechnologie.

Le projet Tools4Agri vise à développer de nouveaux outils numériques prédictifs pour améliorer les processus de sélection variétale en végétal et en animal afin d’accélérer la transition des systèmes agricoles. L’ambition est de proposer de nouvelles approches pour prédire des traits multivariés ou longitudinaux d’intérêt dans des populations hétérogènes à partir de variables explicatives de grande dimension, comme des marqueurs génétiques ou des phénotypes intermédiaires peu coûteux comme des spectres proche-infrarouge. Ces approches combineront des méthodes avancées de modélisation mécaniste, de statistique et de machine learning, tout en fournissant des garanties théoriques sur les prédictions. Le consortium interdisciplinaire est composé de chercheuses et chercheurs ayant de fortes expertises complémentaires en modélisation, en statistique et machine learning, ainsi qu’en biologie, physiologie, éco-physiologie et génétique quantitative animale et végétale. Les objectifs consistent à 1) développer des méthodes permettant de prendre en compte des informations biologiques telles que les structures de dépendance complexe entre les traits d'intérêt à prédire et entre les variables explicatives de grande dimension dans des modèles dynamiques à effets mixtes ; 2) proposer des approches prédictives pour des traits d'intérêt multivariés et pour un temps d'intérêt à partir de méthodes de sélection de variables dans des modèles à effets mixtes non linéaires et conjoints en fournissant des garanties théoriques pour les prédictions ; 3) améliorer la qualité de l’inférence et de la prédiction en hybridant des modèles mécanistes génératifs des traits d’intérêt et des approches de machine learning entrainées à partir de données synthétiques supplémentaires. On s’attachera pour chacun des objectifs aux garanties théoriques des méthodes et à leur faisabilité numérique. Les outils développés seront mis en œuvre pour analyser les jeux de données des partenaires du projet.

Le nitrure de bore hexagonal (hBN) est récemment apparu comme un matériau bidimensionnel extrêmement prometteur pour les applications à l’information quantique. Il combine des sources de photons uniques de très grande qualité, positionnables et reproductibles, avec la possibilité de réaliser des circuits photoniques intégrés, ouvrant la voie à la réalisation de calculateurs quantiques monolithiques efficaces. De plus, il est compatible avec des matériaux supraconducteurs conventionnels et à haute température critique. Le projet BONI and QLIDE se base sur les avancées récentes obtenues par le consortium dans ces domaines, et visera à lever les verrous technologiques restants vers une fabrication top-down entièrement déterministe et compatible avec un passage à l’échelle. Le projet mettra en œuvre un effort concerté dans les domaines clés en vue de cet objectif. Il mènera d’une part au développement des techniques de nanofabrication de composants photoniques hBN, et à la création déterministe et annoncée des émetteurs quantiques, permettant leur insertion dans des circuits photoniques (cavités couplés à des guide d’onde). Il permettra l’intégration monolithique de détecteurs supraconducteurs et l’exaltation photonique de leur efficacité. Cela inclut le développement de détecteurs intégrés à haute température critique. Enfin, il aboutira à la mise en place de techniques d’optique quantique de pointe pour un contrôle optimal des émetteurs permettant la génération efficace et robuste de photons indiscernables. Grâce à ces réalisations, le projet BONI and QLIDE accomplira la réalisation du premier prototype de dispositif top-down tout intégré démontrant l’interférence quantique de photons de sources distinctes sur une puce, ouvrant la voie vers des applications pratiques à basse et haute température.

Pourquoi est-il si difficile d’obtenir un qubit robuste ? Un qubit doté d’un temps de cohérence long, permettant aux ingénieurs d’aller au-delà de la recherche et du développement et de construire des ordinateurs quantiques fonctionnels ? Les bits classiques sont insensibles au bruit en dessous d’un certain seuil, correspondant à l’énergie nécessaire pour basculer physiquement entre 0 et 1. Les bits quantiques, en revanche, commenceront à se déphaser dès qu’il y aura des fluctuations. De nombreuses stratégies pour réduire le bruit, de manière passive ou active, sont actuellement étudiées pour relever le défi de la fabrication de bits quantiques résilients. Voltangle cherche à exploiter la synchronisation quantique pour réduire la décohérence dans un qubit supraconducteur. Huygens a d’abord observé le verrouillage de phase dans l’oscillation de deux pendules suspendus sur un mur. Les jonctions Josephson, qui obéissent aux mêmes équations dans la limite classique, peuvent également être synchronisées entre elles ou avec un source micro-onde externe, ce qui donne lieu à un phénomène appelé pas de Shapiro. Fait remarquable, la limite quantique des pas de Shapiro est inconnue. Voltangle propose des expériences sur des circuits quantiques pour démontrer la synchronisation avec un source micro-onde externe défini avec précision : la première observation des pas de Shapiro quantiques. La synchronisation se traduit par un état fondamental dégénéré, potentiellement insensible au bruit. La base de calcul est formée d'états de tension quantiques, superpositions de deux tensions distinctes et opposées, verrouillées sur la fréquence de commande micro-onde avec une précision de quelques parties par milliard. L'étude de ces états de tension « enchevêtrés » peut non seulement conduire à de meilleurs qubits, mais répondra également à des questions majeures ouvertes en dynamique quantique non linéaire et permettra l'observation des phénomènes intrigants comme les bandes de Floquets

Les défauts des matériaux dans les circuits quantiques supraconducteurs, en particulier les défauts de type systèmes à deux niveaux (TLS), sont une source majeure de décohérence, limitant ainsi les performances des qubits. Par conséquent, identifier l'origine microscopique des défauts TLS potentiels et développer des stratégies pour les éliminer est essentiel pour améliorer les performances des qubits supraconducteurs. Ce projet propose une approche originale qui combine la passivation de la surface du supraconducteur avec des films déposés par dépôt de couches atomiques (ALD), qui possèdent intrinsèquement des densités de défauts TLS plus faibles, ainsi que des traitements chimiques in-situ et/ou thermiques post-dépôt conçus pour dissoudre les oxydes natifs présents initialement. Ces couches de passivation seront testées sur des résonateurs 3D et 2D, puis implémentées dans des qubits afin de mesurer leur temps de cohérence. Le projet effectuera également des études systématiques des matériaux en utilisant des techniques de caractérisation complémentaires pour corréler les améliorations des performances des qubits avec les modifications chimiques et cristallines de la surface.

Le projet CHOCOLAT a pour objectif d'étudier théoriquement et expérimentalement les propriétés optiques d'un émetteur quantique unique (SQE) incorporé de manière détermistique en des points exceptionnels de nanostructures photoniques unidimensionnelles et bidimensionnelles (1D et 2D). Un premier défi, abordé dans le WP1, est de concevoir et calculer les propriétés optiques (spectre d'émission, comptage d'émission, durée de vie, polarisation de fluorescence et directivité d'émission) d'un SQE couplé à des nanostructures polymères 1D et 2D en son point exceptionnel. À température ambiante, un SQE de haute qualité (spectre étroit, stable et brillant) sera obtenu avec un dot quantique et avec un nano-flake hBn (WP2). Dans le WP3, nous démontrerons le couplage d'un SQE à des nanostructures photoniques 1D et 2D en polymère en utilisant une méthode efficace, appelée écriture directe par laser à faible absorption (LOPA), afin d'optimiser les propriétés de la source de photons uniques. Le projet CHOCOLAT s'inscrit dans le cadre de la recherche du Thème E.06 puisqu'il aborde les propriétés optiques inexploitées et inhabituelles des structures nanophotoniques pour l'optimisation de la source de lumière quantique.

Grâce à l’équivalence entre la cinétique des excitations collectives des fluides et celle des champs en astrophysique, les simulations quantiques analogues permettent d’étudier les théories quantiques de champ sur les espace-temps courbes en laboratoire. Par exemple, un vortex géant dans un fluide quantique permet de simuler la théorie des champs sur l’espace-temps d’un trou noir en rotation. Le vortex forme une ergosurface et un horizon là où les vitesses totale et radiale sont, respectivement, égales à la vitesse du son : les phonons dans l’ergosurface doivent tourner dans la même direction que le vortex, et ils sont piégés à l’horizon par le flux supersonique. Le mélange des opérateurs d’annihilation et de création du champ acoustique aux deux surfaces mène à l’émission spontanée de phonons par effet Hawking et superradiance rotationnelle. L’émission à l’horizon et à l’ergosurface peuvent s’amplifier mutuellement, conduisant à la croissance exponentielle de l’amplitude du champ entre les deux surfaces dans une explosion du trou noir (une instabilité dynamique). Jusqu’au maintenant, l’effet Hawking n’a pas été étudié dans des configurations en rotation. De plus, les instabilités dynamiques sont difficiles à étudier dans le contexte relativiste, justifiant de l’intérêt de notre méthode de simulation des phénomènes inaccessibles des champs quantiques. Avec HAWQ, nous étudierons expérimentalement et théoriquement le champ acoustique dans un vortex contrôlé, et ajuster l’interaction entre l’effet Hawking et la superradiance pour observer l’instabilité dynamique qui se manifeste par la modification de l’intrication des paires de Hawking. Nous utiliserons un fluide quantique de polaritons en microcavité dont le flux peut être contrôlé optiquement et dont les propriétés (densité, phase, propagation des phonons) peuvent être mesurées via la lumière sortant de la cavité, permettant l’utilisation des méthodes d’optique quantique standard pour la mesure de l’intrication.

Tester la nature quantique de la gravité constitue un défi majeur en physique. En raison de la faiblesse de la gravité, les expériences axées sur les interactions gravitationnelles rencontrent des obstacles. Alors qu'il y a eu de nombreuses études sur les interactions entre objets astronomiques, relativement peu d'expériences ont observé les interactions gravitationnelles entre des objets de plus petite taille. Une avancée cruciale consiste à étudier l'interaction gravitationnelle mutuelle entre de petits objets classiques pesant environ 1 milligramme, dans le but ultime de manipuler à la fois la masse source et la masse de test de manière quantique. Le refroidissement à l'état fondamental, qui implique de réduire l'énergie d'un résonateur mécanique à son état le plus bas possible, est essentiel pour de telles expériences, car il constitue la base des propositions visant à observer l'interaction entre gravité et mécanique quantique. Les approches expérimentales impliquant des masses en interaction libérées de potentiels harmoniques montrent des perspectives prometteuses. GRAVITATION vise à démontrer une voie alternative pour préparer des modes mécaniques à basse fréquence en interaction gravitationnelle et possédant un grand temps de cohérence. En résumé, GRAVITATION va faire progresser le domaine de la détection du champ gravitationnel, dont le but ultime est l'exploration d'objets quantiques en interaction gravitationnelle.

Ce projet de recherche porte sur un sujet d'importance à la fois théorique et pratique : les algorithmes de graphes à la fois distribués et dynamiques. Une longue série de travaux sur les algorithmes de graphes distribués étudie la résolution de problèmes sur des graphes statiques, par exemple la construction d'un arbre couvrant ou d'une coloration des sommets. La théorie des algorithmes de graphes dynamiques étudie quant à elle des structures de données permettant de maintenir des constructions similaires dans des graphes qui évoluent avec le temps, mais de manière centralisée. Notre but est de développer une théorie des algorithmes ayant les deux caractéristiques à la fois : être distribué et être utilisable dans un contexte dynamique.

Our aim is to address the problem of quantum information theory beyond the issue of the physical implementation. Efficient protocols and algorithms can leverage the unique quantum behaviour of sub-systems, also referred to as qubits or quantum states, to yield unparalleled advantages in diverse disciplines of information processing including computing, communication, cryptography and control. All of these protocols and algorithms rely on employing quantum states as information carriers. One targeted example is the data compression algorithms, where the quantum aspect will take advantage of state superposition to enable qubits, Pauli gates and redundancy, it will also take advantage of non-locality with Bell states or equivalent, for example with the superdense coding. The aim of this project regarding data compression would be to find the compression ratio limits in the framework of a quantum information theory. These limits will be crucial for the design of future quantum networking and should embrace the extrapolations on the evolution of quantum technologies. A key problem across all applications is the optimal encoding of qubit information in coordination of the design of efficient algorithm, adapted to the envisioned application. Regarding data compression, we will explore algorithms for compressing information emitted or carried by quantum sources and develop distributed algorithms that minimize the computing complexity of quantum information manipulation in these networks. Additionally, we will investigate distributed data compression techniques to achieve optimal qubit encoding tailored to various distributed applications in quantum networks. We will consider optimal redundancy and optimal quantum distributed algorithms minimizing the need for manipulating quantum information, e.g. for byzantine agreement.

Les retards sont omniprésents en ingénierie, en physique et en biologie et sont connus pour leur capacité à dégrader la stabilité et la robustesse. D'un point de vue théorique, les systèmes à retards (TDS) occupent une place intermédiaire entre les équations différentielles ordinaires et les systèmes généraux de dimension infinie. Une vaste littérature leur est consacrée, en particulier dans le cas linéaire. Malgré cette intense recherche, plusieurs résultats centraux manquent encore dans la théorie de la robustesse des TDS non-linéaires. Dans ce projet, nous les développons en exploitant des avancées récentes dans le traitement des systèmes de dimension infinie en combinaison avec les résultats spécifiques aux TDS développés par les candidats. Dans ROBUSTA, nous développons la théorie de la stabilité entrée-état (ISS), les propriétés de contraction de divers ordres et l'application des résultats au domaine des neurosciences et de la synthèse d'observateurs. L'ISS est une composante essentielle de la théorie du contrôle non-linéaire, à la fois pour l'analyse et la commande. L'utilisation effective de cette théorie requiert des caractérisations les moins restrictives possible. Cette exigence n'est, à ce jour, pas remplie pour les TDS. Ceci est particulièrement vrai dans le contexte des réseaux de grande dimension, pour lesquels les résultats actuels ne prennent pas en compte des possibles estimées des retards impliqués ou exploitent des hypothèses d'interconnection trop restrictives. Au delà de l'ISS, la théorie de la k-contraction offre des outils puissants d'analyse. Selon l'ordre k, elle permet d'établir l'unicité des points fixes, l'absence de cycles limites ou l'absence d'attracteurs chaotiques d'ordre supérieur. Dans les applications non-linéaires, de tels outils d'analyse qualitative font cruellement défaut. L'ambition de ROBUSTA est de remédier à cela en créant la théorie de la k-contraction pour les TDS. L'intérêt applicatif des outils développés sera démontré par la construction d'observateurs pour les systèmes de dimension finie et les TDS, ainsi que par des applications en neurosciences. En particulier, le développement de la k-contraction pour les TDS pourrait être décisif dans l'atténuation sélective des oscillations cérébrales parkinsoniennes par stimulation cérébrale profonde sans compromettre les dynamiques neuronales non-pathologiques.

L'objectif de PICNICS est de construire un schéma de compression original et efficace dédié aux nuages de points 3D statiques et dynamiques, servant pour les humains et les machines. Il s'appuiera sur les techniques d’intelligence artificielle les plus récentes pour proposer des solutions performantes aux 3D-PCs. PICNICS concevra une fonction d'encodage adéquate avec pour but de produire des attributs appropriés aux deux tâches. Cela inclut la stratégie d'allocation des ressources dans l'espace latent entre les attributs. Pour aborder l'aspect dynamique des 3D-PCs, une solution axée sur l'extraction de caractéristiques temporelles sera proposée. Le défi majeur est de rendre les modèles d'apprentissage utilisés faiblement/auto-supervisés et économes en étiquetage. Un autre objectif est de définir une solution globale d'évaluation de la qualité des 3D-PCs. Cela inclut la définition d'un paradigme d'évaluation subjective dédié pour les scénarios de réalité étendue, en plus de mesures de qualité basées sur la perception. Du côté des applications de PICNICS, différents cas d'utilisation de la vision artificielle seront étudiés sur des PC statiques et dynamiques, notamment la reconnaissance d'objets/lieux, la vidéosurveillance ainsi que la conduite autonome. Dans ces cas d'utilisation, tirer parti de différentes connaissances a priori, y compris la multimodalité et la redondance spatio-temporelle, permet de concevoir des modèles d'apprentissage auto-supervisés qui conviennent à la fois aux tâches de compression et d'utilité. Enfin, rendre les modèles proposés légers et temps réel est également un enjeu majeur, notamment pour les PC dynamiques. Tous les cas d'utilisation, conçus dans PICNICS, seront évalués à l'aide d’ensembles de données de référence disponibles.

Le projet HIPIHE se situe à la frontière entre la physique magnétosphériques et la science planétaire, se concentrant sur l'exploration de la dynamique des ions planétaires, leur cycle de vie et de l'environnement magnétosphérique de Mercure, en utilisant principalement des mesures in situ de la mission BepiColombo de l'ESA/JAXA. Plus précisément, il exploitera les observations tridimensionnelles complètes du Spèctromètre de masse ionique (MSA) à bord de l'Orbiteur Magnétosphérique (Mio), pendant la phase de croisière (survols précédents et futurs de Mercure, 2022-2025) et la phase orbitale (2026 – 2028). Après l'insertion en orbite, le projet tirera profit de la configuration unique à deux orbiteurs de BepiColombo en comparant les observations MSA avec des mesures à la fois à distance et in situ provenant des instruments à bord de l'Orbiteur Planétaire, qui opèrent plus près de la surface de Mercure, tels que PICAM (mesures d'ions) et PHEBUS (observations des neutres). Les observations seront aussi comparées avec des simulations numériques modélisant l’interaction entre la surface, l’exosphère et la magnétosphère de Mercure. Trois objectifs scientifiques fondamentaux en physique planétaire et en physique des plasmas seront abordés: (1) la determination de la composition, des sources et la variabilité des ions planétaires dans la magnétosphère de Mercure, (2) les mécanismes d'accélération, de piégeage et de perte des particules, et (3) les interactions entre la surface, l'exosphère et la magnétosphère de Mercure. En combinant de nouvelles connaissances de BepiColombo et en s'appuyant sur l'héritage de la mission de la NASA MESSENGER, ce projet fournira une compréhension approfondie du rôle des ions planétaires dans la formation de l'environnement magnétosphérique de Mercure. De plus, le projet HIPIHE formera une nouvelle génération d'experts, dotés de compétences interdisciplinaires en recherche, capables de travailler dans postes académiques et non académiques.

Dans quelles conditions environnementales se rétablit la biodiversité après une extinction de masse ? Pour répondre à cette question majeure nous utilisons l’extinction de masse Permien/Trias (~252 Ma) comme cas d’étude. La rediversification qui suivit est supposée avoir été lente et retardée. Elle marque également l'expansion de la faune évolutive moderne qui aboutira aux écosystèmes marins actuels. De façon inattendue, nos données préliminaires de terrain issues de nouveaux sites du vaste bassin Ouest-américain suggèrent qu'un écosystème marin complexe, le Paris Biota, a probablement persisté pendant une partie du Trias inférieur, à un moment et en un lieu supposés très dépeuplés. Il montre également que le registre fossile du Trias inférieur reste incomplet, probablement en raison de biais de préservation et d'échantillonnage marqués. Ce projet vise à comprendre le cadre environnemental et spatiotemporel dans lequel le Paris Biota s'est formé car il détient les clefs pour appréhender les dynamiques de récupération environnementale et biotique post-crise, ainsi que les racines des écosystèmes marins modernes. Les environnements du Paris Biota étant perturbés et hétérogènes, nous voulons déterminer (i) son étendue spatiotemporelle exacte, et (ii) s'il existe une combinaison de conditions taphonomiques et environnementales favorisant ou empêchant son essor et/ou le rendant visible dans le registre fossile, en particulier par comparaison avec les faunes contemporaines plus classiquement retrouvées mais appauvries. En rassemblant des données paléontologiques, sédimentologiques et géochimiques intégrées au niveau régional, tout en contrôlant les biais d'échantillonnage et taphonomiques et en recourant à des techniques d'imagerie innovantes en cours de développement combinant photoluminescence multi/hyperspectrale et analyses Synchrotron de fluorescence et d’absorption X, les plus-values majeures de ce projet seront une dissection à haute résolution des paléoenvironnements et des biotes post-crise ainsi qu’une caractérisation de la qualité du registre fossile connu pour cet épisode crucial de l'histoire de la Vie.

Ces dernières décennies, des progrès significatifs ont été réalisés dans l'identification de plus de 5 000 exoplanètes. Comparés à notre système solaire, ces systèmes planétaires extrasolaires présentent une grande diversité démographique et de propriétés. La prochaine frontière de la science des exoplanètes est donc de comprendre à quel point des planètes semblables à la Terre pourraient exister dans notre voisinage galactique en recherchant des biosignatures telles que O2, CO2, CH4, H2O dans leur atmosphère, ce qui est finalement lié à la quête de la vie dans l'Univers. Pour cela, l’analyse des spectres atmosphériques est une méthode idéale pour identifier le spectre d'une planète semblable à la Terre, située dans la zone habitable d'une étoile semblable au Soleil. Dans ce contexte, la gamme spectrale du moyen infra rouge (MIR), entre 3 et 20 µm, est particulièrement intéressante car l’ensemble des molécules y présentent des raies d’absorption spécifiques. Pour détecter les photons provenant d’exoplanètes de faible luminosité et les séparer de ceux de l’environnement stellaire proche et brillant, des techniques à haute résolution angulaire et à fort contraste utilisant l'interférométrie multi-télescope à annulation sont nécessaires. L’élément principal d'un interféromètre est le combineur de faisceaux, pour laquelle l'intérêt des dispositifs photoniques intégrés a été démontré au Very Large Telescope Interferometer (VLTI). Alors que la majeure partie de l’optique intégrée (ou photonique) repose sur des applications de télécommunication autour de la longueur d’onde de 1,5 µm, un domaine de recherche en pleine expansion vise à étendre le fonctionnement des circuits photoniques au domaine du MIR, notamment pour applications en spectroscopie. Des interféromètres sur puce à base de silicium germanium (SiGe) ont ainsi été récemment développés autour de 8 µm de longueur d’onde. Dans ce contexte, le projet ESPIC porte sur le développement d’un nouveau concept de combineur de faisceaux interférométrique à quatre télescopes, en optique intégrée. ESPIC apporte plusieurs innovations : 1) il ouvre la gamme MIR de 3 à 13 µm en astrophotonique en exploitant les progrès récents de la photonique dans l'infrarouge moyen du SiGe ; 2) il permet différents schémas de combinaison pour l'auto-étalonnage du signal grâce aux propriétés de phase naturelles des coupleurs classiques et de type Multimode Interferometer (MMI), inaccessibles avec l'optique classique en espace libre; 3) il intègre une capacité unique de contrôle de phase sur puce pour ajuster précisément la différence de phase, un aspect crucial pour les techniques à fort contraste ; 4) l'instrument peut être intégré dans un environnement cryogénique afin de minimiser l'impact du fond thermique. Le lien avec les projets d'interférométrie à annulation existants, tels que NOTT/VLTI depuis le sol et la mission spatiale LIFE consacrée à la spectroscopie des exoplanètes, est essentiel et opportun, car ce sont les principaux domaines d'application du projet ESPIC. Grâce à la synergie entre le C2N de Palaiseau et l'Institut d'Astrophysique de Cologne, nous combinons des compétences uniques et reconnues dans les domaines de la photonique dans l'infrarouge moyen et de l'instrumentation pour l'interférométrie astronomique à longue ligne de base, idéalement soutenues par un réseau dense de collaborations internationales.

Le projet "Jupiter Polar Atmosphere & Fate of AeRosols" (JAFAR) vise à étudier la chimie et la formation d'aérosols dans l'atmosphère polaire de Jupiter, une région dominée par les précipitations électroniques aurorales. Il explore l’impact des réactions ion-neutre, peu prises en compte dans les modèles actuels, sur la distribution spatiale des hydrocarbures, du cyanure d'hydrogène (HCN), du monosulfure de carbone (CS) et des aérosols. Les missions Cassini et Juno ont révélé des anomalies chimiques que les modèles existants ne peuvent expliquer, soulignant le role central joué par la chimie ion-neutre. Le projet est organisé sous forme de trois work package (WP) : (i) modélisation photochimique des régions polaires de Jupiter pour simuler la chimie aurorale, (ii) analyse des données d'observation pour identifier et contraindre les espèces chimiques aurorales, et (iii) expérimentations en laboratoire sur la réactivité du HCN avec des analogues d'aérosols. Dans le WP1, un réseau chimique développé pour Titan sera adapté à Jupiter, intégré à un modèle de transport électronique, puis élargi à une modélisation 2D (altitude-latitude) pour simuler les processus chimiques auroraux. Le WP2 exploitera les données des observations d'ALMA, du JWST et d'autres instruments pour identifier des composés clés et ainsi affiner les modèles. Le WP3 consistera en des expériences de laboratoire simulant les conditions aurorales de Jupiter, afin de caractériser comment les aérosols interagissent avec les espèces gazeuses, notamment le HCN. Le projet JAFAR s’inscrit dans le cadre de l'exploration du système jovien par la mission JUICE en 2031. Il permettra de maximiser les retours scientifiques de cette mission et d’améliorer notre compréhension des processus atmosphériques de Jupiter et, dans un contexte plus large, des exoplanètes géantes gazeuses.

La spectroscopie et l’imagerie par résonance magnétique nucléaire (RMN) ont montré une sensibilité exceptionnelle aux environnements locaux et à la dynamique des éléments électrochimiquement pertinents. L’architecture Jelly Roll reste la conception la plus économe en énergie utilisée dans les cellules de batterie, mais un défi important pour la RMN réside dans la pénétration limitée des champs de radiofréquence (RF) à travers les boîtiers conducteurs et les collecteurs de courant. Dans ce projet, nous développons une approche expérimentale, appelée RMN plug&play, qui permet la transmission directe des ondes RF à travers les bornes de la batterie, permettant une excitation et une détection efficaces des signaux provenant de matériaux électrochimiques actifs. Un adaptateur RF spécialisé transforme la batterie en une sonde RMN accordable sur une large gamme de fréquences de Larmor. Cet adaptateur offre des informations détaillées sur les environnements chimiques des éléments électrochimiquement actifs et introduit de nouvelles mesures pour évaluer avec précision les états de charge (SoC) et de santé (SoH). Des tests préliminaires ont révélé des transformations électrochimiques entre les formes intercalées et métalliques de porteurs de charge tels que le lithium et le sodium, ainsi que des effets de susceptibilité magnétique globale dans les électrodes des cellules de poche commerciales. Le magnétisme des composants d'une cellule est un indicateur sensible de la chimie des électrodes, SoC/H, de la distribution du courant et des défauts. L'IRM à balayage de surface est une approche innovante pour la cartographie sensible des modèles de champ magnétique à la surface externe de la cellule. Une série d'appareils combinant des capacités de RMN plug&play et d'IRM de surface seront déployés pour étudier la dynamique de croissance des dendrites, les transitions de phase magnétique et le transport des ions dans les cellules à l'aide de spectromètres RMN à faible et haut champ.

L’objectif de ce projet est de démontrer le potentiel des matériaux à haute entropie (oxydes et chalcogénures) pour des applications en thermoélectricité. Dans le contexte environnemental et économique actuel, la demande en énergies propres et renouvelables se fait ressentir. Les modules thermoélectriques, qui permettent de convertir la chaleur en électricité (et inversement), offrent une solution prometteuse. Cependant le développement de matériaux thermoélectriques performants, non toxiques et abondants reste un défi majeur. Ce projet vise à mettre en œuvre les matériaux à haute entropie comme une nouvelle stratégie pour concevoir de nouveaux matériaux thermoélectriques. Les oxydes à haute entropie ont été proposés pour la première fois en 2015. Ils sont constitués d’au moins 5 cations répartis aléatoirement sur le sous-réseau cationique de leur structure. Depuis, ce concept a été étendu à d'autres familles de matériaux, dont les chalcogénures, mais les propriétés thermoélectriques des matériaux à haute entropie restent très peu étudiées. Pourtant, la distorsion locale et la fluctuation de masse importante induites par le désordre permettent une grande diminution de la conductivité thermique tout en ayant un impact limité sur le transport des porteurs de charge. De plus, la grande modularité de la composition chimique permet un contrôle précis du dopage par substitution par des cations aliovalents. Dans ce projet, ces nouveaux matériaux Oxydes et chalcogénures (sulfures et séléniures) à haute-entropie seront développés afin d'optimiser leurs propriétés de transport thermique et électronique. Une approche innovante de sélection et d'optimisation des matériaux, basée sur l'apprentissage par "Active Learning" et l'optimisation Bayésienne, sera mise en œuvre pour maximiser les performances thermoélectriques tout en minimisant le nombre d'expériences nécessaires.

Notre objectif est d'étudier la capacité de stockage de l'hydrogène d'un nombre important et représentatif de MXènes, composés de divers métaux de transition et de groupes terminaux de surface, en utilisant un ensemble judicieusement choisi de techniques théoriques et expérimentales. D'un point de vue théorique, nous développerons une nouvelle famille de potentiels atomistiques basés sur un réseau neuronal. Ces potentiels seront utilisés pour explorer efficacement l'espace conformationnel de milliers de structures de MXène et mettre en évidence leur capacité potentielle de stockage de H2 en fonction de la structure et de la composition chimique. Les effets quantiques nucléaires associés au confinement de H2 seront analysés pour les cas les plus pertinents. Guidées par ces prédictions théoriques, des expériences seront menées pour synthétiser les structures les plus prometteuses et tester leur capacité de stockage de l'hydrogène. Les résultats expérimentaux fourniront un retour d'information précieux pour nos simulations. Enfin, la combinaison de toutes ces informations servira à développer un agent d’apprentissage automatique pour la prédiction de la capacité de stockage de l'hydrogène directement à partir des structures, évitant ainsi le recours aux calculs traditionnels de modélisation atomistique.

Les industries à forte intensité énergétique et les secteurs des transports longue distance dépendent encore fortement de la combustion de combustibles fossiles. Les combustibles alternatifs, tels que l'hydrogène, l'ammoniac et les biocarburants, sont essentiels pour atteindre la neutralité carbone dans ces secteurs difficiles à décarboner. Des technologies de combustion avancées sont nécessaires pour convertir efficacement ces combustibles tout en minimisant les émissions nocives. Les méthodes expérimentales et numériques actuelles, y compris la mécanique des fluides numérique, sont trop coûteuses pour les procédures d'optimisation ciblant les systèmes de combustion à l'échelle industrielle. Par conséquent, le projet propose le développement de modèles d'ordre réduit (MOR), qui peuvent simplifier les phénomènes de combustion complexes en relations entrée-sortie gérables et permettre le développement de jumeaux numériques de systèmes de combustion. Le projet développera des MOR basés sur des projections non intrusives par le biais d'un apprentissage automatique informé par la physique qui sera appliquées aux données expérimentales et numériques d'un modèle de chambre de combustion de turbine à gaz. Le projet s'articule autour de trois modules de travail (MT) : MT1 concerne l'utilisation de techniques d'extraction de caractéristiques pour trouver la meilleure représentation à faible dimension du système de combustion ; MT2 développera un cadre de simulation adaptatif reposant sur des approches de partitionnement de données pour permettre des simulations numériques réalisables et précises ; MT3 traite de la génération de MOR capables de capturer la dynamique du système dans l'espace à faible dimension. Le livrable final sera un jumeau numérique capable de prédire les flammes observées dans le brûleur et la transition entre elles, validant une méthodologie qui permettra le contrôle et l'optimisation en temps réel des systèmes de combustion innovantes.

La manipulation des phonons (flux de chaleur) est cruciale pour minimiser les pertes de chaleur dans les circuits électroniques, réaliser des technologies de réfrigération à l'état solide à haut rendement, convertir l'énergie thermoélectrique, et contribuer à un futur type d'informatique basé sur les courants thermiques. SUPER vise à développer des super-réseaux ferroélectriques présentant des propriétés originales de transport des phonons pour contrôler la conductivité thermique via un champ électrique. Les super-réseaux d'oxyde ferroélectrique présentent des structures topologiques exotiques dans les nanocouches tels des parois de domaine et des vortex ferroélectriques. Les parois de domaine possèdent des profils de déformation complexes et interagissent avec les phonons, influençant la conductivité thermique. Outre l'ordre chimique hors plan, l’ordre ferroélectrique hors plan et dans le plan peut être modifié sous champ électrique. Des super-réseaux d'oxydes ferroélectriques de différentes compositions, épaisseurs et périodes seront élaborés pour générer différents ordres chimiques et ferroélectriques. La conductivité thermique sera mesurée par thermoréflectance dans différentes directions. Des mesures in-operando permettront de contrôler l'ordre ferroélectrique par un champ électrique tout en mesurant la conductivité thermique. La combinaison de la thermoréflectance, la diffraction des rayons X, du Raman, le tout sous champ électrique, apportera une compréhension fondamentale des interactions entre parois des domaines et phonons, pour développer un nouveau paradigme de gestion thermique. L'approche multidisciplinaire combinera la science des matériaux, axée sur le contrôle des nanodomaines ferroélectriques, avec la physique de la matière condensée, où conductivité thermique et dynamique des phonons seront étudiées. Les caractérisations multi-échelles (nanométrique au macroscopique) et mesures in-operando seront couplées aux simulations prédictives.

Remplacer les solvants organiques, dans les batteries Li-ion, par de l’eau pourrait améliorer la sécurité des batteries. Malheureusement, l’eau souffre d’une fenêtre de stabilité électrochimique étroite (1.23V), rendant le système peut compétitif. Récemment, une approche, se basant sur la saturation de l’eau par du sel a permis de drastiquement accroitre la fenêtre de stabilité au-delà de 3V. Cependant, de nombreux défis restent à relever, en particulier les réactions de type réaction évolution d’hydrogène (HER) et réaction d’évolution de l’oxygène (OER). Ces réactions conduisent à des évolutions de pH local, qui sont à cette heure très difficile à évaluer. Aquabatt propose de répondre à ces défis en proposant une approche unique et interdisciplinaire combinant à la fois de la chimie, de l’électrochimie, de la science des matériaux et de la physique. Diverses solutions d’électrolytes (sel de LiTFSI et de LiTDI) seront étudiées par RMN afin de comprendre la relation entre stabilité électrochimique, concentration en sel, viscosité etc... En parallèle, une approche innovante telle que le microscope électrochimique à balayage (SECM) en mode operando sera mise en place afin de comprendre les évolutions du pH en fonction du potentiel du cyclage et de la concentration en sel. Des électrodes modèles avec des matériaux actifs seront utilisés pour cette étude. Ces mêmes électrodes modèles seront utilisées pour comprendre les dégradations interfaciales telles que l’interphase électrolyte solide (SEI) par mesure operando de type spectroscopie photoélectron des rayons X aux grands instruments (Soleil). Les phénomènes de transport (mobilité du Li et des protons) ainsi que les évolutions de gaz engendrées par les réactions HER et OER seront suivies operando par des techniques d’imagerie neutronique et de spectroscopie de masse afin de comprendre les limitations des systèmes aqueux. In fine, Aquabatt permettra d’élucider les principaux problèmes des batteries aqueuses.

Les écoulements à bulles sont présents dans de nombreux phénomènes naturels ou procédés industriels. Dans ce projet nous proposons d'analyser la structure de la turbulence induite par un essaim de bulles en ascension. Nous nous intéressons plus spécifiquement aux régimes qualifiés de complètement hétérogènes qui sont observés dans les écoulements en colonnes à bulle de grande dimension et fort taux de vide. Ces écoulements ont fait l'objet d'expériences récentes mettant en évidence l'interaction entre la formation et l'évolution des amas de bulles et l'organisation dans l'écoulement des structures de tailles variées. De tels régimes d'écoulement n’ont jamais été étudiés par simulations numériques directes (avec résolution de la dynamique interfaciale) et les mécanismes en jeu à petites échelles demeurent relativement mal compris. Il en est de même de la manière dont ils dépendent et influence l'organisation générale de l'écoulement, ainsi que de la transition vers ce régime pleinement hétérogène. Nous proposons une analyse multiéchelles de l'écoulement allant des plus grandes échelles de l'écoulement (tailles de la colonne) aux plus petites (déformation des bulles) en alliant à la fois une démarche expérimentale et différentes approches de simulations numériques (simulation numérique directe et simulations des grandes échelles). Grâce à ces approches complémentaires, nous visons une meilleure compréhension des phénomènes physiques intervenant dans ce type de système et des conditions conduisant à la transition vers ce régime pleinement hétérogène, ainsi que le développement de nouveaux outils de modélisation et simulation numériques permettant d'améliorer nos capacités de prédiction des écoulements diphasiques turbulents.

La magnétohydrodynamique (MHD) étudie les interactions entre les fluides électriquement conducteurs et les champs magnétiques, essentielles pour des applications industrielles et la compréhension de phénomènes comme l'effet dynamo (DyE). Ce dernier implique l'amplification de bruits magnétiques dans des fluides turbulents, comme dans les étoiles ou les noyaux planétaires, ce qui le rend rare et complexe à reproduire. Seules trois expériences, dont celle de Cadarache en France, ont réussi à obtenir un DyE avec du sodium liquide. L'expérience DRESDYN en cours en Allemagne vise à reproduire le DyE à l'aide d'un cylindre en précession. La simulation du DyE est difficile en raison du couplage non linéaire entre les équations de Navier-Stokes et l'équation d'induction, rendant les simulations numériques directes (DNS) très coûteuses en temps calcul. Les modèles réduits (ROM) sont utiles pour simplifier ces simulations, tandis que l'apprentissage automatique (ML) présente un potentiel pour traiter les dynamiques à haute dimension, bien que la capture des événements rares reste un défi. L'assimilation de données (DA) avec ML devient plus accessible, notamment grâce à la plateforme TorchDA. MilaDy vise à faire progresser la recherche en MHD avec deux objectifs principaux : (i) Étudier les inversions de champ magnétique et les phénomènes de dynamo « explosive » grâce à des méthodes basées sur les données pour identifier les caractéristiques clés et développer des ROMs qui reproduisent les dynamiques observées. Le projet étudie si le ML peut améliorer la compréhension des inversions magnétiques et créer des modèles plus rapides qui identifient les phases comme le précurseur, l'inversion et le rebond. (ii) Optimiser le dispositif DRESDYN avec des ROMs paramétriques pour explorer les conditions du DyE, telles que les ratios de fréquences précession/rotation. Les ROMs permettent une exploration efficace des paramètres, aidant les expérimentateurs à gérer ces systèmes complexes.

Le projet proposé porte sur le dimensionnement en fatigue de micromembranes de titane de quelques microns pour applications biomédicales (microvalves et capteurs de pression intracardiaque). La fiabilité de ces composants dans le domaine de la fatigue à grand nombre de cycles est peu connue, et constitue un verrou à leur utilisation. Pour ces dispositifs, l’épaisseur étant du même ordre de grandeur que la taille des cristaux, il n’est plus possible d’ignorer l’effet d’échelle due à la présence d’hétérogénéités microstructurales sur la tenue en fatigue. Leur prise en compte n’est pas aisée et nécessite le développement d’approche de dimensionnement adaptée aux microsystèmes. Ce projet se situe aux interfaces entre la mécanique des matériaux, la micromécanique et les technologies de microfabrication. Le consortium complémentaire constitué pour répondre aux objectifs exposés rassemble deux laboratoires et une entreprise : Le laboratoire LAMPA (Laboratoire Angevin de Mécanique Procédés et innovAtions) dispose de compétences dans le domaine de la caractérisation mécanique (fatigue) et microstructurale (diffraction des rayons X, EBSD) des matériaux métalliques. La thèse conduite au LAMPA aura pour objectif de développer une méthode de dimensionnement en fatigue adaptée au microsystème. Le C2N (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies) possède une expertise reconnue dans le domaine des microsystèmes, de la conception aux essais, en passant par les technologies de fabrication et les méthodes de caractérisation. La thèse conduite au C2N aura pour mission de tester à des millions de cycles des microsystèmes et de fournir des règles de Design pour garantir la tenue. L’entreprise MISTIC conçoit et industrialise des microsystèmes pour les fabricants de dispositifs médicaux implantables actifs. Ce projet permettra à MISTIC de lever le verrou associé au dimensionnement en fatigue de ses capteurs de pression implantables, étape clé pour le développement de leur produit.

Les structures multi-stables sont des structures qui présentent plus d'un état stable ; elles peuvent rester dans ces états indéfiniment sans avoir besoin d'appliquer une déformation continue. Ces structures exploitent des instabilités pour modifier dynamiquement leur géométrie, leur permettant d'adopter plusieurs formes et propriétés physiques. De plus, des éléments multi-stables peuvent être assemblés en une macro-structure. À partir des états de stabilité locaux, plusieurs configurations et formes stables de la macro-structure peuvent être atteintes, la structure est ainsi hautement reconfigurable. Cependant, le défi scientifique actuel réside dans l'actionnement à distance de ces structures multi-stables : la plupart des dispositifs d'utilisation proposés pour les structures multi-stables ne suggèrent aucune stratégie d'actionnement ou proposent des dispositifs complexes. D'autre part, les matériaux (ou structures) actifs sont des matériaux (ou structures) capables de modifier leur forme ou leur configuration lorsqu'ils sont activés par des stimuli multi-physiques externes (par exemple, des stimuli électriques, thermiques ou hygrométriques). Ils sont utilisés pour créer des structures à géométrie modifiable qui peuvent passer rapidement et de manière réversible d'une forme à une autre, permettant des transformations dynamiques de leur forme et ainsi de leur fonctionnalité. Le projet MultiMorph vise à combiner le potentiel d'actionnement des matériaux actifs avec la reconfigurabilité des structures multi-stables pour créer des structures adaptatives à géométrie modifiables capables de se transformer grâce à des stimuli multi-physiques, avec des applications envisagées en robotique souple. Nous proposons une méthode d'actionnement basée sur l'utilisation de matériaux actifs (la phase active), combinée à une stratégie d'optimisation d'une distribution spatiale de matériaux actifs et passifs dans la structure afin de déclencher des instabilités structurelles.

S’appuyant sur les IdEx NADESGENE et HeliDES (2021, 2024) et sur des résultats préliminaires encourageants, le projet biosinpiré SemperDES rassemble des partenaires académiques et industriels dans les domaines des produits naturels et de la chimie extractive, de la physico-chimie, de la toxicologie et des biotechnologies afin de couvrir jusqu'à TRL 5-6 le développement de nouveaux solvants eutectiques profonds naturels (NaDES). Suite à l'identification du 2-C-méthyl-D-érythritol (2ME) et de son comportement NaDES dans des extraits de Sempervivum, les objectifs sont les suivants : 1-détecter et quantifier le 2ME et ses dérivés dans d'autres espèces de la famille botanique des Crassulaceae, 2-isoler et caractériser ces composés, seuls ou en mélanges NaDES, 3-explorer une peu probable toxicité, 4-procéder à l'expression hétérologue à l'échelle du laboratoire dans Escherichia coli du 1-désoxy-D-xylulose-phosphate (DXP) et du ME-phosphate (MEP), précurseurs biosynthétiques du 2ME et du 1-désoxy-D-xylulose (1DX), sur la base des constructions plasmidiques des deux premiers gènes de la voie du MEP, 5-développer en grand volume la bioproduction de DXP, MEP puis l'obtention de 1DX et 2ME (par prestation de service), 6-concevoir des NaDES originaux comme solvants pour l'éco-extraction assistée par ultrasons ou micro-ondes de plantes et de microalgues aux échelles laboratoire et pilote. Une attention particulière sera portée à limiter l'impact environnemental des différentes activités, notamment par l'utilisation de la chromatographie de partage centrifuge, technique vertueuse pour le fractionnement d’extraits et l'isolement de composés, l'emploi de résines d'adsorption moléculaire et la mise au point d'étapes d’hydrolyse enzymatique simple. Cette recherche de solvants biocompatibles originaux et non toxiques s'inscrit dans une démarche réaliste de développement durable et de mise à disposition d'outils pour la chimie verte. De plus, les applications potentielles brevetables sont nombreuses dans les domaines de la santé, des cosmétiques et de l'agro-alimentaire, soutenues par l'implication du partenaire industriel Gattefossé. Ces travaux s'accompagnent d'aspects plus fondamentaux visant à mieux appréhender les mécanismes d'adaptation d'espèces végétales aux milieux arides, défi sociétal majeur du XXIème siècle dans le cadre du changement climatique global.

De nombreuses applications essentielles en ingénierie, sur lesquelles nos sociétés s’appuient quotidiennement, reposent sur une compréhension précise de la dynamique des sprays. L'amélioration de l'analyse expérimentale de la distribution de la phase dispersée et la vaporisation d'un spray peut apporter des progrès dans divers domaines, comme l'agriculture, la météorologie, la médecine et l'énergie. Deux paramètres clés définissent macroscopiquement le mélange d'un spray avec l'air: la fraction volumique du liquide injecté et la fraction massique de sa phase vapeur. La Fluorescence Induite par Laser (LIF) est la seule technique aujourd'hui capable de mesurer simultanément la répartition spatiale de ces deux quantités dans un écoulement diphasique. Bien que la LIF soit un outil puissant pour fournir des informations sur le mélange, sa mise en œuvre pratique reste complexe et coûteuse, posant plusieurs importants défis techniques. Ce projet vise à développer une technique de diagnostic optique alternative à la LIF pour mesurer le mélange macroscopique dans les écoulements dilués . L'objectif est de concevoir une méthode à la fois économique et facilement adaptable à divers montages expérimentaux. Pour ce faire, le projet propose d'utiliser le Background Oriented Schlieren (BOS), une méthode de diagnostic optique abordable qui mesure la déviation des rayons lumineux traversant un flux en détectant le déplacement apparent d'un motif illuminé. Notre proposition vise à améliorer le montage optique existant et la chaîne de post-traitement du système BOS pour exploiter à la fois la déviation et l'extinction de la lumière, permettant ainsi la quantification simultanée de la distribution 3D de la fraction massique de la phase vapeur et de la fraction volumique liquide. La technique sera validée par une étude expérimentale et numérique conjointe d'un spray entièrement caractérisé, injecté par un atomiseur simplex, puis appliquée à l'étude d'ondes de mélanges hélicoïdales.

Le projet MINITL a pour objectif de proposer un procédé de traitement de surface permettant de texturer la surface d’un acier par un procédé innovant basé sur l’utilisation de microplasmas pour réaliser des traitements de nitruration localisés. Il s’agira de démontrer la faisabilité d’un traitement de nitruration localisé sur des surfaces métalliques via l’utilisation de microplasmas en régime DC et impulsionnel dans des mélanges N2-H2 et d’optimiser le procédé du point de vue de la durée de vie des dispositifs générant les microplasmas et des propriétés des surfaces texturées obtenues. Le projet MINITL réunit l’Institut Jean Lamour, le Groupement de Recherche sur l’Energétique des Milieux Ionisés, le Laboratoire de Physique des Gaz et des Plasmas et le Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux, dont les compétences complémentaires permettront d’associer à la fois des aspects expérimentaux autour de la fabrication des micro-décharges, de leur caractérisation via des techniques des diagnostic plasma avancées, des traitements de surface par plasma et de la caractérisation des surfaces, et des aspects théoriques autour de la modélisation de ce type de décharge. Le projet, prévu sur une durée de 48 mois et organisé en 7 tâches, vise un budget d’environ 706 k€.

Le projet PriSci vise à mettre en œuvre l’impression 3D de matériaux scintillateurs pour détecter les fluides radioactifs, un aspect essentiel pour améliorer la sécurité dans les applications nucléaires et médicales. Le principal défi est de répondre au besoin de détection en temps réel et in situ des fluides radioactifs, tels que des gaz comme 85Kr, 222Rn et 3H, qui sont difficiles à surveiller en raison de la courte longueur de pénétration des particules émises (bêta). Les méthodes de détection actuelles sont non seulement chronophages, mais génèrent des déchets radioactifs dangereux. Pour surmonter cela, le projet SciPri propose le développement de scintillateurs à porosité hierarchique utilisant l'impression 3D. Ces scintillateurs seront composés de silicates d’yttrium dopés au cérium, reconnus pour leur rendement lumineux élevé et leur temps de réponse rapide. L'objectif est de fabriquer des monolithes inorganiques poreux et translucides permettant une interaction optimale entre le scintillateur et les particules radioactives. Ces monolithes combineront macro- et méso-porosité, améliorant l'efficacité de détection et permettant de nouvelles méthodes métrologiques pour la détection des gaz radioactifs. Trois principales tâches de recherche sont décrites : 1/ La production de templates de monolithes en silice poreuse utilisant des techniques innovantes d'impression 3D. 2/ La cristallisation de ces monolithes en silicates d’yttrium dopés cérium et l'évaluation de leurs propriétés de scintillation. 3/ Le test de leur capacité à détecter des gaz radioactifs, avec pour objectif ultime de créer une nouvelle norme pour ce type de détection. En introduisant une fabrication additive avancée et des encres à base de nanomatériaux novateurs, ce projet présente un potentiel pour un large éventail d'applications, allant des centrales nucléaires aux radiopharmaceutiques et à l'imagerie médicale.

Dans le secteur nucléaire, assurer l'intégrité des composants soudés, soumis à des contraintes de service ou des aléas techniques, est un enjeu majeur. Ainsi, la fiabilité de ces composants est déterminée par des méthodes de contrôles non destructifs (CND), permettant de localiser et de dimensionner un large éventail de défauts. Ces méthodes apportent des informations essentielles sur l’aspect, l’orientation et la position de ces défauts, constituant, un ensemble d'outils essentiels. Dans ce contexte, le contrôle régulier par ultrasons (UT) demeure une méthode incontournable pour l'évaluation des soudures, mais reste complexe à réaliser pour les aciers inoxydables austénitiques. Sur ces matériaux, les soudures, constituées de nombreuses passes, présentent une microstructure, hétérogène et anisotrope, formée de longs grains développés par épitaxie. Des phénomènes délétères lui sont associés tels la déviation et la divergence du faisceau ultrasonore ou son atténuation progressive. La prédiction de ces phénomènes avec des outils de modélisation dédiés est, ainsi, essentielle pour conduire et optimiser les méthodes CND. Parmi ces outils, CIVA (CEA LIST) et A3D-CND (EDF R&D) permettent de simuler la propagation des ondes ultrasonores dans ces soudures. Cependant, ils nécessitent une connaissance fine de la microstructure et de sa variabilité induite par les propriétés des matériaux, les paramètres procédés ou les pratiques propres aux soudeurs. Dans ce cadre, ATALANTE se propose de développer des microstructures virtuelles sur des pièces soudées de grandes épaisseurs pour simuler cette propagation ultrasonore et améliorer les outils CND, en relevant les défis suivants : 1) caractériser la formation des structures des grains et leur variabilité, pour des soudures industrielles à nombre élevé de passes, 2) faire progresser la connaissance de l'impact des microstructures sur la propagation des ondes UT et 3) maximiser l'efficacité des outils d'inspection CND par l’utilisation d’outils de simulations UT. Plus largement, ATALANTE vise à développer l’exploitation industrielle des matériaux virtuels, notamment dans les approches CND. Le partenariat de ATALANTE se partage entre expérimentation, modélisation et valorisation, et porte sur l'alliage inox 316L de par son importance dans les applications visées. Des expériences seront menées pour étudier l'effet de la gravité sur la forme des cordons et l'évolution microstructurale pour un nombre élevé de passes et dans les conditions de dépôt du nucléaire (ICB). Par la suite, des essais de soudage instrumentés, couvrant divers procédés, seront développés pour analyser cette stratégie de dépôt. En parallèle, le procédé de soudage sera modélisé par une approche multi-physique et multi-échelle (CEMEF) basée sur un couplage Automate Cellulaire – Eléments Finis (CAFE) et validée sur la base des expériences conduites. Des microstructures virtuelles fines, apportant une description précise des soudures, seront produites sur des pièces épaisses. Des outils de Machine Learning seront également mis en œuvre pour exploiter ces données et améliorer la prédiction microstructurale en soudage. Des simulations de la propagation ultrasonore seront entreprises avec les logiciels CIVA et A3D-CND par le CEA LIST et EDF R&D, à partir de ces matériaux virtuels, analysant l’effet de la microstructure, et son impact sur l'efficacité des outils CND, afin d’améliorer ces derniers. La dépendance avec les conditions de dépôt sera étudiée, définissant les situations problématiques. Les développements du CEMEF seront enrichis et stabilisés par TRANSVALOR et introduits dans le logiciel TRANSWELD, accompagnés d’outils facilitant l'utilisation des microstructures virtuelles dans les outils CND, pour diffuser les résultats du projet. ATALANTE représentera ainsi une avancée technologique indéniable dans le contrôle des pièces soudées et la fiabilité des méthodes CND en réponse aux besoins actuels de l'industrie nucléaire.

La Dystrophie Musculaire de Duchenne (DMD) est une maladie incurable due à l'absence de la protéine Dystrophine, entraînant des lésions membranaires chroniques et une dégénérescence musculaire. La fibrose, principalement induite par les progéniteurs fibro-adipogéniques (FAPs), est une caractéristique clé de la progression de la DMD, dépendante du TGFbeta, de la sécrétion de cytokines et du remodelage de la matrice extracellulaire (MEC). Ces facteurs créent un environnement néfaste et réduisent l'efficacité de la thérapie génique, dont celle basée sur les virus adéno-associés (AAV) pour délivrer la micro-dystrophine (microDys). Nous avons montré précédemment dans des organoïdes musculaires dystrophiques 3D que malgré la microDys, une importante fibrose limite l’efficacité de cette approche et souligne la nécessité d'améliorer les thérapies actuelles. Le projet EpiC-Secret cible le régulateur épigénétique SETDB1 pour contrer la fibrose dans la DMD. Nous avons montré que l'accumulation nucléaire de SETDB1 augmente la réponse fibrotique induite par le TGFbeta dans les myotubes DMD, et sa diminution (KD) améliore le phénotype musculaire en réduisant la sécrétion de MEC. Nos données actuelles suggèrent un rôle similaire de SETDB1 dans les FAPs DMD, indiquant que l'axe TGFbeta-SETDB1 régule la communication entre les cellules musculaires et les FAPs. Un défi majeur pour la DMD est le manque de modèles prédictifs à haut débit qui reproduisent fidèlement la pathologie humaine, dont la fibrose. Notre objectif est donc d'explorer la modulation de SETDB1 dans un modèle in vitro d’organoïdes 3D qui reproduit le tissu musculaire profibrotique. Cette approche nous permettra d'examiner son rôle dans la régulation du sécrétome des FAPs et des cellules musculaires DMD avec la microDys, ainsi que la communication intercellulaire, d'améliorer notre compréhension de la fibrogenèse et de développer de nouvelles thérapies. Nos objectifs sont : I- optimiser la génération des organoïdes à partir de cellules musculaires DMD et de FAPs isogéniques, toutes deux modifiées pour permettre la diminution conditionnelle de SETDB1 par caractérisation moléculaire, fonctionnelle et mécanique; II- analyser si et comment la diminution de SETDB1 dans les FAPs et/ou les myotubes peut améliorer la capacité de la µDys à corriger la fibrose dans les organoïdes 3D et définir les rôles de SETDB1 dans les FAPs, tels que la régulation de l'expression génique et le potentiel de migration via la régulation de la rigidité nucléaire. La condition qui améliore au maximum les manifestations de la DMD fera l'objet d'une caractérisation fonctionnelle et moléculaire avec de la transcriptomique unicellulaire (snRNA-seq); III- identifier les facteurs sécrétés régulés par SETDB1 dans les populations pures de FAPs et de myotubes DMD, traités ou non avec µDys, et dans la meilleure condition d’organoïdes 3D (défini dans l’objectif précédent). L'analyse du sécrétome par spectrométrie de masse permettra de comprendre le processus sous-jacent et d'identifier des cibles thérapeutiques potentielles au-delà de SETDB1. En croisant nos données snRNA-seq et l'identification des protéines, nous identifierons les facteurs sécrétés par les FAPs et/ou les cellules musculaires et validerons les cibles dépendantes de SETDB1 qui sont essentielles pour améliorer la correction de la fibrose. Nous validerons les gènes cibles dépendants de SETDB1 identifiés dans des biopsies de patients et dans des modèles 3D, en employant des études de gain et de perte de fonction, évaluerons leur impact sur la fibrose. Le projet EpiC-Secret utilisera un modèle 3D qui reproduit la fibrose associée à la DMD. Nous étudierons les effets synergiques de la modification épigénétique par SETDB1 et de la thérapie génique µDys-AAV pour identifier et valider de nouvelles cibles anti-fibrotiques, visant une correction phénotypique complète de la DMD avec une amélioration de la fonction musculaire et une réduction de la fibrose.

Reprendre ou quitter la nationalité française. Pratiques et politiques de l’appartenance nationale en période postcoloniale (années 1960-années 2000) Alors que les modalités d’attribution et d’acquisition de la nationalité française font à nouveau débat, le projet REDENAT s’inscrit dans le domaine des politiques et du droit de la nationalité en contexte postcolonial, en proposant une approche dynamique et plurielle des appartenances nationales. REDENAT a pour ambition d’étudier les héritages coloniaux et les reconfigurations postcoloniales de la nationalité française dans une approche de longue durée (années 1960-années 2000). Ce projet veut contribuer à une meilleure connaissance des doubles appartenances nationales, de plus en plus étudiées au prisme de la théorie politique, mais encore peu investiguées en termes de trajectoires individuelles et collectives. L’originalité de REDENAT est d’étudier ces questions à l’échelle des dossiers personnels pour saisir les volontés individuelles soit de redevenir français, soit de ne plus l’être, en les croisant avec les usages du droit des agent·es amenés à juger ces demandes. REDENAT est porté par trois partenaires dont la collaboration est essentielle pour la mise en œuvre du projet : le Centre de recherche sociologique sur le droit et les institutions pénales (CESDIP), l’Institut national d’études démographiques (INED) et le Département justice et intérieur (pôle Naturalisations) des Archives nationales (site Pierrefitte-sur-Seine). Le projet se concentrera sur deux procédures discrétionnaires anciennes et méconnues qui concernent majoritairement des ressortissants, hommes et femmes, de l’ancien empire colonial : la réintégration dans la nationalité française et la perte volontaire de nationalité (binationaux ne souhaitant « plus être français·es » – une procédure jamais étudiée). Ces deux procédures ont concerné respectivement 170 000 (1960 à 2000) et 15 500 (1960 à 1986) personnes. Le projet repose sur le dépouillement d’un corpus de 300 dossiers de demande de perte volontaire, combiné à un échantillon de 1250 dossiers de demande de réintégration. L’analyse de ces « carrières de papiers » est rendue possible grâce à des dérogations exceptionnelles d’accès aux dossiers individuels déjà obtenues grâce au partenariat noué avec les Archives nationales. Les bases de données ainsi constituées seront analysées au prisme de méthodes mixtes (statistiques, analyses de discours…) quantitatives et qualitatives. Au-delà des dossiers individuels, de multiples sources seront mobilisées : entretiens avec des requérant·es, des agent·es administratifs et des intermédiaires, archives ministérielles, diplomatiques (liées aux négociations avec les États devenus indépendants), militaires et parlementaires, circulaires et instructions, recours contentieux. Une comparaison sera effectuée avec les pratiques d'autres situations post-impériales (Grande-Bretagne, Belgique, Portugal et Pays-Bas), afin d’élargir l’analyse des pertes et des reprises de nationalité en contexte postcolonial. Le projet REDENAT constituera une contribution originale à l’étude des formes de pluri-appartenances nationales, qu’elles soient inconscientes, récusées ou souhaitées du point de vue des requérant·es et acceptées ou refusées du point de vue de l’autorité publique. Les « troubles dans la nationalité » apparaissent en effet constitutifs des trajectoires de millions de personnes amenées à changer de nationalité à l’ère postcoloniale. Face à ces incertitudes, les demandes de (re-)prendre ou de quitter une nationalité sont aussi un moyen d’entrer en négociation avec des administrations continuant de saisir les individus dans des modalités relevant de « l’étreinte de l’État ». D’une durée de quatre ans, REDENAT conduira, au-delà des productions scientifiques prévues, à enrichir les débats publics et à répondre à des attentes sociétales fortes sur ces questions.

"Omnis cellula e cellula". Le second principe de la théorie cellulaire élaborée au milieu du 19e siècle est devenu un principe fondamental et indiscuté de la biologie. Les cellules, qui sont les constituants élémentaires des organismes multicellulaires, sont organisées en lignages, où un lignage est défini comme une séquence de cellules reliées entre elles par des relations généalogiques. Les lignages cellulaires font l’objet de nombreuses études en biologie (biologie du développement, régénération, cellules souches, différenciation, cancer, etc). Mais les lignages cellulaires sont-ils ce que l’on croit qu’ils sont ? Comment le sait-on ? Dans quelle mesure les outils d’identification de lignages dépendent-ils de présupposés ? Ou, à l’inverse, une reconceptualisation des lignages cellulaires appellerait-elle d’autres types d’analyses des lignages ? Pour répondre à ces questions centrales de la biologie contemporaine, notre projet rassemble une philosophe spécialiste de cellules souches et d’évolution cellulaire, une biologiste spécialisée dans le traçage de lignages cellulaires et le développement de nouvelles techniques de traçage et un de mathématicien spécialiste de modélisation de la prolifération/différenciation cellulaire et des reconstructions phylogénétiques cellulaires dans les cancers. Ce projet de philosophie des sciences interroge l'un des principaux fondements de la biologie depuis la théorie cellulaire à la lumière de réflexions philosophiques modernes sur le concept de lignage et la notion d'hérédité, que nous proposons d'adapter à l'échelle cellulaire. Une modification de la conceptualisation des lignages cellulaires à le potentiel d’impacter de nombreuses branches de la biologie et de la philosophie de la biologie car le concept est utilisé dans de nombreux domaines. La modélisation mathématique aidera à se figurer de manière plus précise les impacts de cette reconceptualisation dans le contexte du système hématopoïétique.

S'appuyant sur des données d'observation, les modèles statistiques de descente d'échelle (ESD) relient des prédicteurs à grande échelle et des variables climatiques régionales. Les émulateurs sont des modèles de descente d'échelle hybrides basés sur des techniques d'apprentissage automatique entraînées à l'aide de simulations de modèles climatiques régionaux (RCM), émulant ainsi la descente d'échelle dynamique classique. La nature variée des ESD et les approches d'émulation relativement nouvelles et basées sur des techniques d'apprentissage automatique, nécessitent d'améliorer notre compréhension de la capacité de ces nouvelles techniques à représenter le climat local et à produire des projections futures fiables et utiles. CREATOR relève ces défis en favorisant la collaboration inter-institutions et la mise en réseau, en intégrant les communautés de recherche sud-américaines et françaises. L'objectif de CREATOR est d'évaluer de manière exhaustive les modèles ESD et les émulateurs de RCM basés à l'échelle du kilomètre afin d'obtenir des projections climatiques à haute résolution sur l'Amérique du Sud subtropicale (SSA), où les projections dans les extrêmes climatiques sont encore une question ouverte. Ce projet (i) s'appuie sur l'exploitation complète des simulations de RCM permettant la convection disponibles en SSA; (ii) désigne SSA comme une région centrale pour les simulations RCM coordonnées à l'échelle du kilomètre (CPRCM) pour les futurs scénarios de changement climatique; et (iii) propose le développement d'un cadre d'évaluation des méthodes ESD et des émulateurs par apprentissage automatique de CPRCM. L'objectif ultime est de poser les bases permettant de tirer profit des mérites de la descente d'échelle dynamique et statistique afin d'augmenter la matrice du modèle climatique mondial/RCM dans la région et ainsi produire des ensembles complets pour répondre à l'évaluation de l'incertitude dans les projections climatiques.

Malgré l’accumulation d’indices suggérant que les activités humaines anciennes ont considérablement façonné les forêts tropicales d'Asie du Sud-Est jusqu’à aujourd’hui, l'étendue et la nature de cette influence restent largement inconnues. En évaluant la façon dont les civilisations anciennes ont impacté ces écosystèmes, nous pourrons mieux comprendre leurs dynamiques actuelles et les conséquences à long terme des actions humaines. Identifier à grande échelle les traces des activités anciennes et les corréler avec l’état de végétation actuel constitue un défi majeur en raison de la densité des forêts tropicales et de la difficulté d’identifier les traces archéologiques millénaires. Pour surmonter ces obstacles, nous proposons d’ajouter à un vaste corpus de données de télédétection nouvellement accessibles avec des mesures in situ complémentaires et des observations multimodales, incluant le LiDAR, les orthophotos, les images satellites et les données hyperspectrales. Nous exploiterons ces acquisitions en développant et entraînant des modèles d'apprentissage profond multimodaux pour détecter des traces archéologiques et prédire des indicateurs et caractéristiques fonctionnelles clés des forêts, tels que la biomasse, les types de forêts et la composition de la végétation. Notre équipe interdisciplinaire, composée d'experts en archéologie (EFEO), en apprentissage automatique (ENPC), en foresterie (AMAP) et en sciences de l'environnement (LSCE), ambitionne de fournir de nouvelles connaissances sur ces écosystèmes complexes et d'explorer la relation entre les occupations anciennes et les structures forestières actuelles, afin d'éclairer les pratiques écologiques durables.

Les fréquences THz sont importantes pour des applications mais l’élaboration de dispositifs opérationnels reste difficile. Une façon de surmonter cette difficulté est d'utiliser des métamatériaux, constitués d'un réseau de résonateurs sub-longueur d’onde qui permettent la réalisation de composants fonctionnant dans le THz. La caractérisation des métamatériaux THz est effectuée par des mesures de transmittance et de réflectance en champ lointain, mais devient difficile en champ proche, à des distances micrométriques du résonateur. La microscopie optique en champ proche peut être utilisée à cette fin, mais elle est normalement lente et influencée par la taille finie de la pointe de la sonde. Nous proposons ici d'interfacer des résonateurs THz (métamatériaux) avec des atomes de Rydberg qui interagissent fortement avec le rayonnement THz et le convertissent ensuite en photons visibles (conversion THz-visible). Cette interaction peut être utilisée comme une nouvelle technique d'imagerie en champ proche cartographiant le champ électrique des résonateurs avec une résolution inférieure à la longueur d'onde, définie par les photons visibles. Au-delà de ses applications en instrumentation, le couplage d'atomes de Rydberg avec des résonateurs THz fournit une plateforme pour étudier la modification des niveaux d'énergie et des propriétés radiatives atomiques à proximité d'une métasurface. En effet, les métasurfaces exaltent les modes du champ électromagnétique, et fournissent un moyen unique d'accorder les propriétés atomiques et l'interaction Casimir-Polder des atomes de Rydberg, visant des applications dans les systèmes hybrides, qui interfacent des atomes avec des plates-formes photoniques, ainsi que dans des technologies quantiques. Enfin, la possibilité de modifier rapidement les propriétés du résonateur THz par une pulsation lumineuse externe (en utilisant un milieu semi-conducteur actif) serait un moyen unique pour tester les prédictions de QED dynamique.

Ce projet expérimental porte sur les transitions de phase en 2D et les phénomènes critiques au niveau microscopique. Nous visons à étudier l'émergence de corrélations et de propriétés critiques près des transitions de phase, au niveau d'atomes individuels. Cela est rendu possible par les développements récents dans les expériences d’hélium métastable ultra-froid, au cœur de ce projet. Les transitions de phase se caractérisent par de grandes fluctuations et des lois d’échelle algébriques de quantités thermodynamiques avec des exposants critiques. Bien que largement étudiées en physique du solide à l’aide de sondes globales (les corrélations densité-densité), peu d’études ont utilisé des atomes froids, qui offrent une grande flexibilité et la capacité remarquable d'étudier les propriétés critiques avec la résolution d’un seul atome—une plateforme idéale pour tester notre compréhension microscopique des systèmes fortement corrélés. Nous proposons d’étudier les phénomènes critiques et les lois d’échelle près de transitions de phase avec une résolution à l’atome individuel. Nous nous concentrerons sur des transitions paradigmatiques du gaz de Bose en 2D : la transition de Berezinski-Kosterlitz-Thouless (BKT) dans les gaz "bulk" et la transition de Mott pour les gaz sur réseau en interaction. Le projet implique des modifications substantielles de la plateforme existante afin de préparer des systèmes homogènes en 2D pour atteindre les objectifs suivants : 1. Mesurer la longueur de cohérence et le contact à deux corps au cours de la transition BKT dans les gaz homogènes 2D. 2. Explorer l’émergence des corrélations non-gaussiennes dans les bosons de réseau en 2D. 3. Étudier le régime critique quantique de la transition de Mott. Ce projet tire parti de la capacité unique des atomes d'He* à mesurer les distributions d'impulsion atome par atome, et apportera des perspectives cruciales sur les mécanismes microscopiques en jeu dans les transitions de phase de systèmes corrélés.

Les impulsions laser ultracourtes ont révolutionné notre capacité à suivre les réarrangements moléculaires en temps réel, en particulier lors de la rupture des liaisons chimiques. Générer et contrôler ces processus sur des échelles de temps aussi rapides offrent des opportunités passionnantes pour des applications innovantes en chimie et en biologie, qui peuvent avoir un impact significatif sur la société. Dans ce contexte, I-CATCH s'attaque directement au défi d'observer la formation des liaisons en temps réel. Le projet vise à suivre la formation d'un complexe ionique composé de deux espèces initialement séparées à l'intérieur d'un nanoréacteur cryogénique. Pour ce faire, I-CATCH réunit des technologies avancées issues des domaines des gouttelettes d'hélium et de la science des lasers ultrarapides, permettant de contrôler respectivement les dimensions spatiales et temporelles de la réaction. Plus précisément, le projet étudiera la dynamique de réaction entre une molécule de type benzène, localisée au centre d'une nanodroplet d'hélium, et un ion alcalin dopé à sa surface. Lorsque l'ion alcalin plongera dans la gouttelette, il réagira avec la molécule, ce qui nous permettra de caractériser la dynamique de formation et la géométrie du complexe résultant. Cette recherche mettra en lumière le rôle des forces intermoleculaires qui dictent à la fois la liaison et la configuration structurelle du complexe. De plus, l'influence des moments multipolaires au cours de ce processus sera examinée en faisant varier les radicaux attachés à la molécule de type benzène, tandis que la dynamique de plongée sera évaluée pour différentes espèces alcalines. L'objectif est de développer une compréhension globale de la réaction, depuis son initiation jusqu'à son achèvement, tout en révélant également le rôle du solvant dans le processus global. I-CATCH utilisera des collaborations internationales existantes et en créera de nouvelles afin de d'aborder ce problème complexe

La recherche proposée se propose de faire progresser les frontières de la science des polymères et de la durabilité en relevant le défi de longue date que représente le contrôle de la stéréochimie dans la polymérisation radicalaire. Les principaux mérites intellectuels sont les suivants : (1) le développement d'un système catalytique pour la polymérisation radicalaire stéréospécifique dans le but de faire progresser la catalyse durable tout en permettant la synthèse de polymères dégradables ; (2) la conception de catalyseurs pour le contrôle de la stéréochimie et la dégradabilité contribue à la réduction des déchets plastiques et de l'impact sur l'environnement. L'intégration d'études expérimentales et computationnelles permettra d'améliorer la compréhension des mécanismes et de remplacer les éléments rares et toxiques par des stratégies catalytiques durables. (3) La capacité de contrôler la chiralité et la stéréocomplexation inhérentes des polymères est exploitée pour permettre la formation d'assemblages hautement ordonnés et fonctionnels au cours de la polymérisation.

Personalised oncology has seen the development of drugs tailored to genetic variants associated with cancer biology. However, the full potential of targeted therapy remains untapped due to the predominant focus on acquired, tumor-specific alterations. Optimised cancer care must therefore integrate pharmacogenomic (PGx) principles, as adverse drug reactions affecting organ systems are influenced by the germline rather than the tumor genome. An essential prerequisite are computational pipelines for comprehensive pharmacogene analysis, taking into account germline data and PGx guidelines, complemented by multi-layered pharmacogene data from the tumor. The aim of PGxMTB is to implement PGx in molecular tumour boards (MTB). To achieve this goal, existing data from two nationwide precision oncology initiatives (DKFZ/NCT/DKTK MASTER, MAPPYACTS1/2) will be leveraged. A prototypic bioinformatics PGx pipeline tool will be refined by integrating 344 pharmacogenes relevant for cancer and supportive care medicines. Tumor entity-specific PGx expression patterns and multiomics profiles will be considered for all pharmacogenes to identify novel somatic PGx information, complemented by drug response data from MASTER. Tumor-related changes in individual liver PGx phenotypes will be assessed by liquid biopsy using liver-derived extracellular vesicles from cancer patients. The novel precision oncology PGx analysis pipeline will be validated in the independent MAPPYACTS1/2 cohorts. PGxMTB includes experts in basic/clinical PGx, precision oncology, bioinformatics/computational science, patient engagement and health economics. Patient representatives will be involved as research partners at all levels of PGxMTB. Health economics assessment of PGx implementation in MTB will consider different health care systems. Collectively, we expect that PGxMTB will advance PGx-driven precision cancer medicine and improve outcomes for patients.

Notre capacité de fabrication de nanoparticules d’oxyde métallique enrobées de carbone (MO@CC) avec une composition, une morphologie et des propriétés optiques bien définies est essentielle pour accéder à de nouveaux matériaux au potentiel révolutionnaire, tels que la photocatalyse ou le stockage de l’énergie. Parmi les différentes technologies de production, la pyrolyse dans des flammes de sprays (Flame spray pyrolysis - FSP) constitue une option prometteuse pour la synthèse industrielle de MO@C. L’optimisation de ces systèmes repose classiquement sur un réglage empirique des conditions opératoires en fonction des caractéristiques souhaitées de la poudre finale. Cependant, le développement de stratégies d’optimisation systématiques et rigoureuses devrait être poursuivi, bien qu’elles ne soient réalisables que lorsque le processus d’enrobage au carbone dans les flammes est entièrement contrôlé. Malheureusement, la littérature ne contient que peu de bases de données expérimentales et aucun modèle de dynamique des fluides numériques (CFD) pour l’étude du processus d’enrobage au carbone dans les flammes. L’objectif du projet CC-NANOFLAME est donc de fournir de nouvelles informations fondamentales sur la synthèse de MO@C dans les flammes en révélant les mécanismes physiques qui régissent l’enrobage du carbone dans les flammes. Pour atteindre cet objectif : (1) de nouvelles méthodologies expérimentales seront développées en combinant des diagnostics laser avancés avec des mesures ex-situ ; (2) les caractéristiques du MO@C et leur lien avec l’environnement local seront étudiés tout au long de la flamme dans de nouvelles configurations laminaires pré-vaporisées; (3) les premieres modèles CFD basés sur la physique pour l’enrobage au carbone seront développés sur la base de résultats expérimentaux obtenues et de simulations à l’échelle nanométrique ; (4) l’effet de la turbulence sur le processus d’enrobage sera quantifié à l’aide des approches expérimentales et numériques développées en considérant des configurations turbulentes académiques et réalistes. Le projet devrait améliorer considérablement notre compréhension de la synthèse par flamme turbulente de MO@C et fournir le cadre expérimental et numérique essentiel pour l’optimisation future de la technologie FSP à l’échelle industrielle.

La réplication de l'ADN est essentielle pour transmettre l'information génétique des cellules mères aux cellules filles. Au-delà de la simple duplication de l'ADN, les fourches de réplication de l'ADN eucaryote doivent coordonner divers processus nécessaires au maintien de l'intégrité du génome, à la préservation de la structure de la chromatine et à l'héritage des informations épigénétiques contenues dans la chromatine. Ces fourches de réplication doivent accomplir ces tâches en temps réel, à travers différents états chromatiniens et conditions physiologiques. Pour assurer cette coordination, de nombreux facteurs jouent des rôles pléiotropes, régulant simultanément la synthèse de l'ADN et le maintien de l’épigénome. De plus, les brins continu et discontinu de la fourche de réplication sont répliqués par des machineries moléculaires distinctes. Cette asymétrie dans la réplication de l'ADN impose d'importantes contraintes mécanistiques, obligeant le maintien du génome et de l’épigénome à s’y adapter. Les deux brins présentent des différences en termes de taux de mutation, de réparation des dommages à l'ADN, de maintien des marques épigénétiques et de silençage des éléments transposables. Le brin discontinu pourrait contribuer à l'instabilité (épi)génétique dans des conditions pathologiques, bien que les mécanismes sous-jacents restent largement inconnus. Notre objectif est de révéler de nouveaux mécanismes reliant la réplication de l'ADN, la stabilité des fourches de réplication et le maintien de la chromatine, afin d’assurer une duplication précise de toutes les couches d'information chromosomique. Nos objectifs spécifiques sont les suivants : 1. Révéler comment la réplication fidèle du génome est coordonnée avec le silençage des éléments transposables. 2. Étudier comment les facteurs de maintien de l’épigénome se coordonnent aux fourches de réplication pour garantir une réplication précise des informations génétiques et épigénétiques à travers les chromosomes. 3. Analyser systématiquement les liens entre les mécanismes de maintien de la chromatine et la réplication des brins continu et discontinu, et identifier de nouveaux facteurs ayant un rôle dual dans la réplication de l’ADN et le maintien du (épi)génome. Nous mettrons en lumière de nouveaux principes fondamentaux régulant la réplication du génome et l’héritage de l’épigénome, qui sont essentiels au développement et aux maladies complexes.

La division entre bosons et fermions est centrale en mécanique quantique. Cependant, cette distinction a été remise en question théoriquement à partir des années 80. En dimension réduite, des particules appelées "anyons" peuvent exister, avec une phase d'échange fractionnaire, intermédiaire entre celles des bosons et des fermions. Très tôt, les théoriciens ont identifié les quasiparticules de l'Effet Hall Quantique Fractionnaire (EHQF) comme étant des anyons, et la statistique fractionnaire de ceux-ci a récemment été établie dans deux expériences pionnières. Cependant, les conditions expérimentales extrêmes dans lesquelles ces états anyoniques émergent rendent leur étude extrêmement difficile, et tout progrès rapide dans leur compréhension ainsi que leur manipulation est donc incertain. Dans le projet ANYQUAC j'implémenterai une nouvelle approche en construisant des anyons dans le régime d'Effet Hall Quantique Entier (EQHE) avec des outils issus des circuits quantiques, en m'inspirant de propositions théoriques récentes. Alors que le régime EHQF et ses excitations fractionnaires émergent d'interactions Coulombiennes mal contrôlées, ici, la fractionalisation provient de l'énergie de charge d'îlots mésoscopiques, qui corrèle le transport de charge dans les canaux de bords dans le régime de l'EQHE. Ce dernier offre de multiples avantages en comparaison de son cousin fractionnaire: ses ingrédients de base sont décrits par une physique sans interaction, et ses plateaux de conductance sont métrologiquement robustes dans des conditions beaucoup moins extrêmes. La magnitude de l'interaction sera directement donnée par le facteur de remplissage accordable de l'EQHE et l'énergie de charge, ce qui permettra des régimes de fractionalisation inatteignables dans le régime EQHF. En combinant des techniques ultra-sensibles de mesure de conductance et de bruit de grenaille, l'interférométrie électronique et les techniques hautes fréquences, je révèlerai la nature anyonique des excitations du système et caractériserai leur cohérence quantique, et soulignerai les similarités et différences d'avec leurs cousins fractionnaires. Ceci représentera une étape majeure dans l'émergence d'analogues d'optique quantique avec des anyons utilisant des systèmes modèles fortement corrélés et accordables.

Notre capacité à étudier les disques protoplanétaires et à découvrir de nouveaux systèmes exoplanétaires a atteint des sommets sans précédent. Ainsi, la naissance de notre Système solaire et la formation des planètes qui le composent sont appelées à se trouver au premier plan de découvertes majeures dans les années à venir. Comprendre les propriétés de la poussière, en particulier sa structure, est essentiel pour élucider la genèse des disques protoplanétaires et les mécanismes de croissance des grains jusqu’à la formation des planétésimaux. Cependant, parmi les différents facteurs, la porosité des grains demeure l’une des caractéristiques les moins bien comprises, alors même qu’il s’agit d’un paramètre crucial pour les modèles d’évolution de la poussière. Au laboratoire, l’étude des échantillons extraterrestres primitifs connaît également un âge d’or, grâce aux récentes missions de retour d’échantillons qui ont rapporté sur Terre des grains collectés à la surface d’astéroïdes. Grâce aux technologies de pointe, nous pouvons désormais explorer leur structure jusqu'à l’échelle nanométrique. C’est là qu’intervient le projet PORES, dont la mission est de caractériser la porosité à l’intérieur des échantillons extraterrestres primitifs. Il poursuit trois objectifs : (i) étudier les effets de l’altération aqueuse sur la structuration et la porosité en 3D aux échelles micro- et nanométriques, (ii) chercher la porosité résiduelle issue de la phase d’accrétion initiale, et (iii) explorer l’influence de la position initiale des planétésimaux par rapport aux lignes de glace sur leur porosité. Mon équipe analysera plus de 40 échantillons primitifs, comprenant des chondrites carbonées, des fragments d’astéroïdes issus de missions de retour d’échantillons, ainsi que des particules de poussière interplanétaire. Grâce à la tomographie aux rayons X améliorée par le xénon, il sera possible d’obtenir des images 3D détaillées des réseaux de pores, révélant leur taille, la distribution de leurs formes et leurs anisotropies. De plus, la spectroscopie infrarouge permettra de mieux comprendre la composition de ces échantillons et de situer nos résultats dans un contexte scientifique plus large.

Au cours des dernières décennies, la science planétaire a connu une véritable révolution, révélant l’universalité des planètes autour d’autres étoiles ainsi qu’une diversité frappante de leurs propriétés. Comprendre l’origine de cette diversité et les chemins menant à l’émergence de planètes habitables constitue l’un des grands objectifs de l’astrophysique et une question fondamentale pour l’humanité. Des progrès considérables ont été accomplis dans l’étude de la formation planétaire grâce aux observations millimétriques, qui permettent de sonder les régions externes des disques protoplanétaires (> 20 unités astronomiques). Toutefois, la majorité des planètes, notamment celles du Système solaire, se sont formées dans les régions internes, mieux révélées dans le domaine infrarouge. Aujourd’hui, la théorie de la formation planétaire a atteint une certaine maturité, mais elle souffre encore d’un manque critique d’ancrage dans les observations. Avec le lancement du télescope spatial James Webb (JWST), les régions de formation planétaire situées dans les disques protoplanétaires sont désormais accessibles. Inaugurant une moisson de résultats, les premiers spectres publiés par mes collaborateurs et moi-même révèlent une diversité étonnante, avec des raies d’émission spectaculaires retraçant la structure chimique et physique de ces zones encore mal connues. Cependant, les disques protoplanétaires internes sont des environnements dynamiques qui nécessitent une nouvelle génération de modèles pour exploiter pleinement les données du JWST. M’appuyant sur mon expertise complémentaire en dynamique et en chimie des disques, ainsi que sur mon accès privilégié à plusieurs programmes majeurs du JWST, je mènerai l’analyse de larges échantillons de données issues de ce télescope. Nous obtiendrons des résultats décisifs grâce au développement d’un modèle inédit couplant dynamique, chimie et transfert radiatif. Cet outil stratégique nous permettra d’aborder des questions fondamentales de la formation planétaire, en : 1) mesurant le flux entrant des gros grains de poussière, qui détermine le rythme de croissance des embryons planétaires, 2) estimant les rapports d’abondance élémentaire dans le gaz, essentiels pour interpréter la composition atmosphérique des exoplanètes, 3) caractérisant les vents du disque, indispensables à l’élaboration de modèles réalistes de formation planétaire. Pris dans son ensemble, ce programme exploitera pleinement le potentiel du JWST en inscrivant la théorie de la formation planétaire dans le domaine des observations.

Classical bovine spongiform encephalopathy (C-BSE) emerged as a novel prion disease in the 1980s, with huge impacts on UK and European livestock industries. C-BSE has been effectively controlled by comprehensive bans on feeding animal-derived protein to livestock; however ongoing surveillance continues to identify occasional cases of C-BSE, as well as atypical forms (L-BSE, H-BSE), which are thought to have a spontaneous rather than infectious aetiology. C-BSE remains the only zoonotic prion disease identified to date, and eradication is desirable to avoid re-emergence of a new epidemic in livestock associated with a profound public health risk. C-BSE cases born after the most stringent feed bans are referred to as “Born After Reinforced Ban” (BARB) cases, and there is a high degree of uncertainty regarding their origins. Also, there is mounting experimental evidence that C-BSE may exist as a minor hidden fraction of atypical scrapie and atypical BSE isolates, suggesting possible aetiological links between these diseases and C-BSE. In face of these challenges to the feasibility of complete BSE eradication in cattle, this project will aim to provide greater understanding of factors that contribute to the persistence of C-BSE, and develop improved techniques for detection and management of on-going risks. Specifically, we will focus on the role of genetic factors, the presence of hidden amounts of C-BSE in atypical prion isolates, and environmental contamination/decontamination. The outcomes of the project will provide tools that can be applied in surveillance, epidemiological investigation and control of future cases of C-BSE and other animal prion diseases.

Disease prevention is essential to enhance production and sustainability in European fish farming. Despite being the fastest-growing food production sector, aquaculture is hampered by infectious diseases. Preventing viral outbreaks and opportunistic infections requires understanding fish immune responses to pathogens and vaccines. While salmon vaccines have reduced antibiotic use, effective strategies against many viral and bacterial diseases in farmed fish are lacking. Current vaccine efficacy measures focus on B cell/antibody responses, but successful vaccines need both B and T lymphocyte activation. While T cell responses are crucial for protection, they are not well understood in fish, due to limited tools and species diversity. Fish possess conventional T cell subsets (cytotoxic, helper, regulatory), but their dynamics and interactions with B cells are not well known. ?d T cells are also present in fish, this kind of innate-like T cells seem to play important roles in pathogen control and antibody production, but studies on these cells in farmed fish are scarce. In human and mice, high throughput sequencing (HTS) methods have become critical tools for studying the T cell repertoires in many different contexts, including infection and vaccination. The general aim of AquTRep is to implement HTS to monitor and characterize T cell mediated immune responses in farmed fish. Expanding on tasks developed by PAHW partners, AquTRep brings together experts in fish T cells and immune repertoires to extend TCR repertoire analysis to all main T cell subsets, based on genomic resources available for the most relevant fish species of European aquaculture. This will provide a key immunological toolkit for vaccine validation and evaluation.

Brucellae are highly contagious zoonotic bacteria, causing great losses in animal husbandry and wildlife preservation. The coreBrucella species are characterised by surface smooth lipopolysaccharide (S-LPS) and lack of specific pathogen-associated molecular patterns. The majority of serological tests use Brucella LPS as an antigen, although it cross-reacts with antibodies against other bacteria, triggering strong humoral false-positive serological reactions (FPSR) which lowers test specificity. To avoid economically devastating culling of FPSR animals, the confirmatory Brucellin skin test (BST), based on the innate allergic type three or type four reaction is used. This test uses LPS-free mixture of inner highlyBrucella spp. specific bacterial proteins, which does not cause formation of specific antibodies. However, standardizing Brucellin is a complex due to its components’ variability, and batch controls in sensitized guinea pigs. Moreover, repeated inoculations can elicit antibodies production and anergy of immune system. Several specific Brucella intracellular proteins have been shown to stimulate individually humoral immune responses in the same manner, making them promising replacements. In addition, concentrations of interferon gamma and other pro-inflammatory cytokines are high duringBrucella infection in many species, stimulating Th1 and Th2 immune responses. Our project aims to investigate the efficacy of various Brucellin batches and standardizein vitro batch potency testing, removing reliance on experimental animals. Furthermore, using advanced shotgun proteomics and single-cell analyses on Brucellin antigens and host blood samples, interactions will be modelled to identify innate immune infection markers, such as IFN-gamma. These markers will be used for new ex vivo stimulation assays of peripheral blood mononuclear cells to confirm Brucella infected animals and reduce FPSR.