Projets

L’Observatoire Européen Austral mène la conception du European Extremely Large Telescope (E-ELT), un télescope de 39m de diamètre, afin de doter l'Europe du plus grand œil sur l'univers jamais construit, sa première lumière étant prévue en 2022. L'E-ELT sera le premier télescope dépendant entièrement de l'optique adaptative (OA), une technique instrumentale pour la correction dynamique d’aberrations dans un système optique, utilisée sur les télescopes astronomiques pour compenser, en temps-réel, l'effet de la turbulence atmosphérique. Les deux instruments de première lumière: ELT-CAM (un imageur à grand champ) et ELT-IFU (un spectrographe intégral de champ) sont tous deux conçus pour être couplés à des modules d‘OA. Le partenariat PHASE, rassemblant la plupart des acteurs français de l’OA est l'un des contributeurs principaux aux modules d’OA, étant fortement impliqué dans les deux consortiums choisis pour mener les études de conception finales de ces deux instruments. La plateforme hétérogène de développement pour les systèmes d’OA (COMPASS) doit fournir à la communauté PHASE des moyens puissants pour l'élaboration de ces deux modules dont les phases finales de conception commenceront en 2012. Basée sur une intégration totale du logiciel avec le matériel et en s'appuyant sur une architecture haute performance hétérogène, la plate-forme COMPASS sera utilisée pour effectuer des simulations réalistes du comportement et des performances des systèmes d’OA ainsi que pour concevoir et tester de nouveaux concepts pour le calculateur temps-réel (RTC), un composant essentiel de tout système d’OA. Il fournira également des outils de décision essentiels pour optimiser la conception opto-mécanique des instruments qui seront développés. La simulation d'un système d’OA est intrinsèquement multi-physique impliquant les modèles de turbulence atmosphérique, la reconstruction tomographique ou encore la théorie du contrôle. En outre, des simulations complètes d’observations avec l’E-ELT sont des applications de calcul intensif et en tant que tels de bons candidats pour l’utilisation des accélérateurs matériels tels que les processeurs multi-coeurs. Parmi ces accélérateurs, l’architecture CUDA a été conçue pour fournir des processeurs graphiques (GPU) équipés de fonctionnalités compatibles avec le HPC. La plate-forme proposée s'appuiera sur une architecture évolutive hétérogène, basé sur les GPU comme accélérateurs et utilisant des composants du commerce, capables de fournir la puissance de calcul suffisante pour un coût raisonnable. L'objectif principal du projet COMPASS est de fournir une plate-forme de développement complète pour l’OA à la communauté PHASE, capable de s’attaquer à l'échelle de l’E-ELT et comprenant un noyau temps réel qui peut être directement intégré à un système réel. En outre, l'un des thèmes clés de ce projet est le développement d'un prototype d'acquisition et de traitement d'image à faible latence, dédiée aux systèmes d’OA et pleinement intégrée dans l’environnement de simulation. L'objectif du projet COMPASS est de mener des développements le long de quatre axes principaux: la modélisation de l’OA, le contrôle temps-réel pour l’OA, l'acquisition d'image à faible latence et la conception d’instruments pour l'E-ELT. Bien que ces développements soient principalement motivés par les besoins de l'instrumentation de l’E-ELT, ils pourraient avoir d'autres applications comme le traitement en temps-réel des flux d'images pour la détection, la reconnaissance et l'identification dans la surveillance et d’autres domaines tels que la défense, l'industrie, la sécurité ou la chirurgie. Ce projet permettra de fédérer les efforts de différentes équipes aux compétences complémentaires allant de l'informatique de haute performance aux systèmes d’AO et à l'astrophysique autour d'une plate-forme de développement de haute performance. Des retombées dans chacun de ces domaines sont attendus d'une telle collaboration multi-disciplinaire.

Pour de nombreuses applications telles que le chauffage radiatif, le séchage ou encore la production d’énergie thermophotovoltaïque, il est nécessaire de disposer de sources de rayonnement InfraRouge (IR). Dans ce projet, l’objectif visé est la détection spectroscopique de l’absorption à 4.25µm par le CO2, pour des applications de domotique en collaboration avec la société Delta Dore. La plupart des applications citées ont besoin de sources quasimonochromatiques. Alors que les diodes électroluminescentes s’imposent dans le domaine de l’éclairage du fait de leur excellent rendement énergétique, leur rendement est au mieux de l’ordre de 10-4 dans l’infrarouge pour des raisons de physique fondamentale. La relaxation radiative d’un électron excité est beaucoup plus lente que la relaxation par émission de phonons. Cela explique que les sources IR disponibles soient encore des sources incandescentes. Il en résulte que la luminance est limitée par la luminance de corps noir à la température de la source, que le rendement énergétique est très inférieur à celui des diodes visibles, et que les sources sont incohérentes temporellement et spatialement, c’est-à-dire à spectre large et quasi isotropes. Ces propriétés ont longtemps été considérées comme intrinsèques à l’émission thermique de sorte que la seule voie de progrès semblait être de trouver un matériau ayant une émissivité voisine de 1 autour des longueurs d’onde souhaitées. Il a été montré récemment qu’il n’en est rien et qu’une source IR peut être directionnelle (cohérente spatialement) [Greffet2002] et avoir un spectre d’émission étroit (cohérence temporelle) [Shchegrov2000]. Ce changement de paradigme ouvre la porte à des sources IR incandescentes n’émettant qu’à la fréquence désirée et dans la direction souhaitée. De plus, on a appris à réaliser des absorbeurs parfaits extrêmement minces à l’aide de résonateurs. Il est donc possible de ne chauffer qu’un très faible volume de matière et néanmoins émettre autant qu’un corps noir. Ce constat permet d’envisager des sources ayant des pertes par convection et par conduction très réduites et par conséquent d’améliorer significativement le rendement énergétique. En résumé, en tirant parti des avancées de la nanophotonique pour le contrôle de l’émission spontanée, il apparaît possible de concevoir et fabriquer des sources IR incandescentes n’émettant que dans les directions et fréquences souhaitées et étant suffisamment minces pour autoriser une meilleure isolation thermique. Ceci permet d’envisager un fonctionnement à haute température pour une puissance fournie réduite. L’objectif du projet est double : 1) Concevoir, fabriquer et caractériser des microsources infrarouges directionnelles, de spectre contrôlé en technologie silicium dont la consommation a été diminuée d’un facteur 10 par rapport à l’état de l’art. 2) Intégrer cette microsource dans un capteur à gaz réalisé par la société Delta Dore pour des applications de détection de CO2. Le point de départ du projet est l’existence d’une microsource à membrane réalisé par le CEA (maîtrise des matériaux à 650 °C en technologie CMOS) et le savoir faire de Delta Dore en matière de capteurs. Pendant les 18 premiers mois, Delta Dore commencera le développemet du capteur tandis que CEA travaillera à l’isolation thermique de la source existante. En parallèle, INL et LCF travailleront au développement de sources innovantes directionnelles. Après un an, CEA fournira une première source à Delta Dore. Au bout de 18 mois, une solution technique innovante à base de cristaux photoniques ou de réseaux plasmoniques sera choisie. Dans la deuxième moitié du projet, la solution retenue sera intégrée au procédé de fabrication du CEA puis fournie à Delta Dore.

De nombreux processus biologiques ou chimiques font intervenir le transport de macromolécules à travers des canaux très étroits de taille nanométrique. Nous avons été les premiers en France à étudier ces processus sur des canaux naturels (dès 2003) puis sur des canaux artificiels obtenus en perçant des membranes ultraminces de SiC et Si3N4 avec un faisceau d’ions focalisé (FIB) et en utilisant une méthode simple de détection électrique du passage des molécules dans un pore. Nous souhaitons poursuivre ces recherches en développant les différents aspects : fabrication, détection, applications. Nous proposons d’abord de percer des nanopores dans des feuillets uniques de graphène par un système optimisé de faisceau d’ion Gallium ou d’Hélium, puis d’étudier son utilisation comme outil de séquençage ultra-rapide d’ADN et de protéines. Ce domaine que nous explorons depuis deux ans est en pleine explosion. Pour la détection nous souhaitons développer la détection optique et mécanique du passage de macromolécules dans un nanopore. La détection optique fait appel à l’utilisation de macromolécules fluorescentes ou luminescentes (luciférase) et à la modification de la surface des membranes de nitrure de silicium par dépôt de silicium ou d’or pour éclairer un pore sans lumière parasite en absorbant la lumière ou en empêchant sa propagation. La détection mécanique des forces exercées sur une macromolécule passant dans un nanopore s’effectue quand la macromolécule est reliée à un microscope à force atomique ou accrochée à une bille placée dans un piège optique. Nous proposons de mesurer le travail fourni à une macromolécule (dans des situations hors de l’équilibre thermodynamique) et d’utiliser les récentes relations de Jarzynski pour étudier le paysage énergétique exploré lors de la translocation. La technique de perçage de nanopores par faisceau d’ions focalisé permet de fabriquer des nanopores de façon contrôlée en grande quantité et d’envisager leur commercialisation pour la recherche et les applications. Nous envisageons des applications dans le domaine de la biologie (repliement des protéines) et des biotechnologies, hors de l’application au séquençage de l’ADN, très explorée. Nous nous sommes associés à une jeune entreprise issue de l’un des laboratoires partenaires pour étudier la fabrication par extrusion moléculaire de vecteurs pour la transfection d’ADN et la thérapie génique. L’application d’un champ électrique ou d’une pression force le passage d’un plasmide d’ADN (anionique) dans un nanopore de nitrure de silicium et met en sortie la molécule au contact d’une solution de polymère cationique. Il se forme alors un complexe de taille et de composition contrôlée ne contenant qu’une unité d’ADN par nanoparticule. Nous proposons sur le même principe d’extrusion moléculaire d’étudier la synthèse de polymères à travers un nanopore et de contrôler le dépliement et le repliement de protéines à l’aide de nanopores. Nous utiliserons en particulier un nouveau modèle expérimental, la luciférase, qui permet une détection optique de son transport et de son repliement fonctionnel à travers un nanopore. Nous espérons ainsi créer des objets et des procédés bio-mimétiques nouveaux permettant l’analyse, la manipulation et la synthèse de macromolécules ou d’assemblage macromoléculaires avec une résolution spatiale et temporelle inégalée.

Ce projet est focalisé sur l’étude, théorique et expérimentale, des propriétés optiques uniques de nanostructures d'or et de leur valorisation dans la conception de nouveaux dispositifs photoniques et plus précisément plasmonique. En effet, de telles nanostructures, après une bio-fonctionnalisation adéquate les transformant en biopuces, seront insérées dans un instrument optique afin d’en améliorer significativement les performances en tant que biocapteurs. Afin de réaliser une percée dans cette technologie, le projet démontrera qu'il est possible de profiter simultanément, dans un instrument optique bimodal, de l’amélioration de la sensibilité qui peut être obtenue tant en imagerie de résonance de plasmon de surface, SPRI (Surface Plasmon Resonance Imaging) que par diffusion Raman exaltée de surface, SERS (Surface Enhanced Raman Scattering). Dans le système envisagé, la surface de la biopuce sera en effet simultanément analysée par: - SPRI, permettant la détection et la quantification en parallèle des bio-cibles capturées, sans marqueurs, en temps réel et à haut débit, - SERS, permettant l’identification non ambiguë des bio-cibles par analyse spectrales, concentrée uniquement sur les domaines d'intérêt délimités par les données issue du module SPRI. Des simulations des propriétés électromagnétiques de structures métallo-diélectriques seront conduites sur la base de codes informatiques hybrides, permettant de déterminer des structures optimales en termes de sensibilité en SPRI et d’exaltation électromagnétique locale en SERS. La modélisation prendra en compte de plus en plus de détails afin de se rapprocher des structures réelles. Ces structures seront fabriquées en utilisant la lithographie par faisceau d’électrons afin de démontrer expérimentalement leurs propriétés sur des surfaces de dimensions microniques à millimétriques, puis en développant la lithographie non-conventionnelle par nano-impression, afin de réaliser de grandes surfaces utiles, millimétriques à centimétriques, à faible coût pour un usage de routine. Des fonctionnalisations biochimiques transformeront ces structures en biopuces. Afin de prendre avantage de leur efficacité potentielle, les sondes biomoléculaires seront localisées précisément par rapport aux détails des nanostructures ; en particulier en mettant en œuvre des chimies sélectives sur deux types de matériaux, Au et SiO2, ou en s’appuyant sur les changements de densités surfaciques des couches mono-moléculaires au voisinage des zones angulaires des structures. Un prototype de système bimodal incluant la détection, la quantification et l’identification par SPRI et SERS sera développé par le partenaire industriel. La démonstration des capacités d’analyse de ce nouveau système, optimisé par nano-structuration pour amplifier les sensibilités, sera faite sur des applications sociétales capitales dans les domaines de la Santé et de la sécurité agro-alimentaire. Deux cas modèles seront étudiés : des biopuces à protéines pour le diagnostic précoce des cancers ainsi que la détection de contaminants biologiques et environnementaux dans la chaîne alimentaire. Pour atteindre de tels objectifs, un consortium regroupant des acteurs académiques et industriels ainsi qu’un groupe d’utilisateurs finaux s’est formé. Il est composé des groupes de «BioNanoPlasmonique» de l’Institut d’Optique à Palaiseau, du laboratoire Chimie, Structure et Propriétés de Biomatériaux et d’Agents Thérapeutiques de l’Université Paris Nord, de l’Institut d’Électronique Fondamentale et de sa Centrale de Technologies associée de l’Université Paris Sud, et de l’Institut des Nanotechnologies de Lyon ; tout quatre associé au CNRS. Le partenaire industriel, Horiba Jobin-Yvon, est un des leaders mondiaux dans les systèmes d’analyses biomoléculaires. La validation de l’instrument bimodal sera effectuée par un groupe d’utilisateurs, comprenant plusieurs hôpitaux publics (APHP et CHUs) ainsi que le pôle agro-alimentaire d’excellence Agro-ParisTech.

Pendant des décennies, les scientifiques pensaient que la paroi rigide entourant les bactéries (prokaryotes) était le seul facteur déterminant la forme cellulaire. Chez les organismes supérieurs (eukaryotes), il est connu depuis longtemps que les cellules possèdent un réseau de protéines filamenteuses, particulièrement les filaments d’actine, qui contrôlent cette forme cellulaire. Ce réseau complexe est connu sous le nom de « cytosquelette ». Très récemment, il a été montré que les bactéries possèdent également un cytosquelette dynamique qui joue un rôle important dans l’organisation spatiale de processus essentiellement associés à la croissance cellulaire. Dans ce projet de recherche fondamentale, nous proposons d’étudier le cytosquelette d’Actine (codé par les gènes mreB) lors du développement, en phase stationnaire, des deux principales adaptations environnementales que sont la compétence et la sporulation chez l’organisme modèle Bacillus subtilis. Le développement de ces deux processus, maintenant étudiés depuis plus de 80 ans, requiert un large remaniement de l’expression des gènes, de la localisation des protéines mais également de la forme de la cellule chez B. subtilis. Parce qu’elles sont très couteuses énergétiquement, ces adaptations physiologiques imposent un arrêt de croissance chez les cellules qui les ont initiées. Or il a été montré que l’expression des gènes mreB était induite lors du développement de la compétence et de la sporulation. Mais alors pourquoi induire l’expression du cytosquelette d’actine, l’un des déterminants majeurs de la croissance cellulaire par contrôle de la synthèse du peptidoglycane, alors que nous savons que les cellules arrêtent de se diviser en compétence et en sporulation ? De nombreux résultats, publiés ou préliminaires, nous autorisent à spéculer quant à la signification de cette observation. Dans le cas de la compétence, de nombreux résultats préliminaires suggèrent que les protéines MreB et Mbl puissent jouer un rôle dans la réorganisation du peptidoglycane (paroi cellulaire), la localisation de certaines protéines de compétence ou dans l’acheminement de l’ADN transformant depuis son entrée dans le cytoplasme jusqu'au chromosome pour la recombinaison homologue. Dans le cas de la sporulation, la création d’une spore à l’intérieur de la cellule mère implique presque inévitablement une réorganisation massive du cytosquelette bactérien. Il a par exemple été montré chez Streptomyces coelicolor, qu’un mutant mreB génère des spores dont le volume a doublé et dont la paroi a perdu toute consistance. Ce travail suggère également que cette fonction de MreB associée à la sporulation puisse être conservée, au moins, chez les Streptomyces. Dans ce projet de recherche, nous proposons de mener une approche pluridisciplinaire (régulation transcriptionnelle, microscopie, biochimie) dans le but de caractériser l’organisation, l’éventuelle restructuration ainsi que les fonctions du cytosquelette d’actine en phase stationnaire. Par exemple, le candidat pourra amener son expertise dans l’utilisation de la luciférase de Photinus pyralys comme rapporteur transcriptionnel et ainsi étudier les profils d’expression des gènes du cytosquelette dans différents milieux ou contextes génétiques chez B. subtilis. De même, le laboratoire d’accueil, leader dans la description et la compréhension des rôles du cytosquelette d’actine chez les procaryotes, pourra mettre à disposition plusieurs techniques de microscopie de pointe (TIRFM, microfluidique) permettant la visualisation optimale du cytosquelette bactérien. De la même façon, plusieurs techniques permettant l’identification d’interactions protéine-protéine seront disponibles, en local au sein du laboratoire ou de l’unité, pour établir d’éventuels liens entre cytosquelette et compétence ou sporulation.

Le Projet LEAFNET a pour but de comprendre les mécanismes de régulation qui contrôlent le développement et la morphologie des feuilles chez les plantes en se focalisant sur les régulateurs majeurs que sont les facteurs de transcription CUCs. Malgré leur fonction commune de capture de lumière, les feuilles possèdent une étonnante diversité de forme. Comment cette diversité de forme peut être généré à partir de simples petits amas de cellules localisés sur le flanc du méristème ? La réponse se trouve peut être dans le réseau de régulation complexe sous-tendant le développement des feuilles. Plusieurs travaux ont mis évidence que le remaniement de ces réseaux de gènes (GRN), au niveau des éléments cis-régulateurs et/ou des facteurs trans-régulateurs, participe de façon importante aux changements morphologiques représentant ainsi des cibles majeures pour l’évolution qui peuvent avoir des conséquences importantes sur le phénotype avec une pléiotropie limitée (Doebley JF et al., 2006; Carroll SB, 2008; Arnaud et al., 2011). Le projet proposé ici représente une opportunité de comprendre la logique de régulation de facteurs de transcription, leur code combinatoire qui gouverne les processus développementaux. Afin de comprendre comment les gènes contrôlent la morphologie - qui est une question relative à tous les aspects de la biologie du développement avec d’importantes applications concernant les espèces d’intérêt agronomique – nous proposons de nous concentrer sur un dès plus simple organes de la plante, la feuille. Décrypter les mécanismes régulant le développement de la feuille nécessite de comprendre la logique de régulation des facteurs de transcription CUP-SHAPED COTYLEDON (CUCs). Ce projet de recherche fondamentale utilise une approche intégrée combinant des approches moléculaires, génétiques et bio-informatiques afin de construire le réseau de régulation de gènes (GRN) contrôlant la morphologie des marges des feuilles. Une telle approche multidisciplinaire, nous permettra de définir le GRN contrôlant le développement des feuilles au niveau moléculaire et ces données seront utilisées pour générer un modèle de GRN à haute résolution. L’identification de nouveaux composants dans ce réseau de gène et la construction d’un modèle des interactions régulatrices permettront de renforcer les connaissances actuelles sur les mécanismes de développement des feuilles et d’élargir les perspectives d’amélioration des espèces d’intérêt agronomique.

Le fromage est environnement riche en élément nutritif et d’une biochimie complexe, où les bactéries et les champignons sont en compétition intense d’accès aux nutriments. En domestiquant ce microcosme, l'homme a pu générer la grande variété de saveurs fromagères que la plupart d'entre nous aiment déguster au déjeuner ou au dîner. Comme il est observé pour les macro-organismes comme les plantes ou le bétail, la domestication des micro-organismes est accompagnée d'importants changements dans la physiologie de ces derniers. En effet, la découverte du processus de fabrication du fromage, il y a environ 2000 ans, a été composée d’étapes successives de sélection des meilleures souches de champignons et de bactéries, sélection qui a grandement remodelé le génome de ces micro-organismes. Dans ce projet, nous proposons d'éclaircir les changements génomiques qui ont eu lieu au cours de la domestication du champignon associé au fromage Penicillium. Tout d'abord, la comparaison entre les génomes de plusieurs espèces de Penicillium, adaptées à l’environnement fromager ou bien provenant d’habitats naturels, permettra de révéler l'organisation spécifique des génomes des espèces adaptées aux fromages. Deuxièmement, nous projetons d’étudier la diversité du génome du champignon associé au fromage à pâte persillée, Penicillium roqueforti. Les génomes des populations adaptées au fromage seront comparés au génome des populations venant d’habitats naturels. Le projet vise à utiliser les techniques de biologie moléculaires et de bioinformatique les plus récentes pour capturer les traces laissées par la divergence adaptative chez les champignons, organismes généralement peu étudiés dans ce contexte. En outre, un tel projet a le potentiel d’aider au développement des biotechnologies dans la production fromagère, l'un des secteurs les plus importants et les plus renommées de l'agriculture française.

L’objectif de ce projet est de mettre au point une technologie de rupture pour les cellules solaires à base de Cu(InGa)Se2 (CIGS), basée sur des couches de CIGS ultra-minces, jusqu’à 0,1 µm d’épaisseur, tout en maintenant voire en augmentant le rendement des cellules et en gardant le bénéfice de l’exceptionnelle qualité photovoltaïque atteinte grâce à la technologie CIGS. Cette approche anticipe le chemin critique stratégique pour la technologie CIGS, qui doit prendre en compte la rareté de la ressource primaire en indium (600 tonnes par an), ce qui signifie avec la technologie actuelle basée sur des couches de 2 microns d’épaisseur l’impossibilité d’atteindre les niveaux de production de plusieurs gigawatts prévus à l’horizon 2015. Une rupture grâce à l’utilisation de couches ultra-minces de CIGS est donc clé pour assurer la pérennité de la technologie CIGS compte tenu des ressources d’indium. Ce projet se situe dans la continuité du projet ANR_ULTRACIS dont il vise à consolider les principaux résultats et stratégies en prouvant leur applicabilité au niveau de productions industrielles. Cela permettra au consortium de rester dans une position de leader pour la recherche internationale pour l’innovation industrielle sur le CIGS et pourra donner un avantage compétitif significatif aux partenaires industriels. Ce défi ambitieux associera deux approches principales : (i) le dépôt direct de couches CIGS ultra-minces d’une part par deux méthodes industrielles déjà bien établies, la co-évaporation et l’électro-dépôt, l’une sous vide et l’autre en condition atmosphérique, d’autre part par une technologie de rupture à savoir l'ALCVD (ii) l’intégration et l’optimisation de nouveaux dispositifs spécifiques aux couches CIGS ultra-minces, pour assurer un management optique et électrique optimal, incluant l’ingénierie des interfaces avant et arrière, avec des structures innovantes dont les caractéristiques chimiques et les matériaux ont été développés et brevetés durant le premier projet ULTRACIS. L’objectif final étant : a) la mise au point d’un procédé de fabrication de couches ultra-minces à haut rendement (<0.4 microns @ 15%) sur une cellule expérimentale (5x5 cm2) b) la recherche exploratoire des moyens d’atteindre des couches ultra-minces d’épaisseur de 0,1 micron avec des rendements supérieurs à 10% c) l’évaluation et la spécification d’un procédé industriel

The SMASH-IBC2 project aims at reducing the cost of PV electricity by developing innovative high efficiency solar cells and modules. Two different technologies currently dominate the PV market. The first one is based on crystalline silicon (c-Si) devices which historically lead the market due to its proven reliability and efficiency. Thin film technologies also show a great potential in terms of efficiency and cost reduction. In this project both technologies will be merged to obtain high efficiency solar cells on thin c-Si wafers with simplified processes. This may be achieved through an innovative solar cell design called IBC Si-HJ (Interdigitated Back Contact Silicon Hetero-Junction). IBC Si-HJ cells have a high efficiency potential (=25%) achievable on thin wafers (=100µm) with a low temperature fabrication process (=200°C). Moreover a simplified and aesthetic module interconnection (coplanar) can be developed with these structures. To obtain a cost effective structure we will study different processes from the thin film technology and try to transfer them for c-Si solar cells fabrication. We will focus on one hand on thin layers and contact formation (chemical and physical vapor deposition, electrodeposition, epitaxy). On the other hand, simplified cell fabrication steps (laser contacting, ablation and scribing) will be developed to achieve a low cost and industrial process. The main goal of the project is to validate a cost-effective method for fabricating high efficiency PV modules, using 24% efficient c-Si solar cells, based on thin (100 µm) and large area (150 cm2) silicon wafers. The metallisation of these devices will be ITO- (Indium Tin Oxide) and Ag-free to reduce the cell cost. This achievement will be based on well identified scientifical and technological issues linked with different tasks in the project. Thanks to the previous projects on the same topic (QC-Passi, SHARCC, TopShot), an important knowledge has been developed by the different partners. A precise and realistic roadmap has therefore been determined, as well as associated milestones.

Au cours des vingt dernières années, les fibres optiques dopées aux ions de terres rares sont devenues les éléments clé de marchés de gros volume comme les télécommunications optiques ou les lasers de forte puissance. Alors que ces composants optiques sont maintenant couramment employés, l'intérêt pour le développement de nouvelles applications utilisant des fibres optiques actives est maintenant mis en avant, avec un besoin pour des systèmes nécessitant des avancées technologiques et offrant des perspectives élevées en termes de propriété intellectuelle et de rentabilité. La fabrication d’amplificateurs et de lasers à fibre via des techniques souples et rentables permettant également la maîtrise des performances optiques, devient donc un élément différentiateur de technologie. Dans ce but, ce projet vise à étudier l’impact de la contribution de la nanostructuration de la matrice vitreuse sur les performances des fibres optiques dopées aux ions de terres rares. L’apport de la nanostructuration sera plus particulièrement étudié dans le cas des amplificateurs à fibre optique dopée erbium ou erbium-ytterbium, avec un intérêt particulier pour les propriétés d’amplification (puissance optique en sortie, gain par unité de longueur, largeur de la bande de gain) et de fiabilité, y compris la résistance aux rayonnements ionisants (UV et irradiation gamma). Les champs d'applications visés sont les amplificateurs de forte puissance, les amplificateurs compacts et les amplificateurs résistants aux radiations. Pour atteindre ces buts, nous proposons d'étudier le lien entre procédé d’élaboration, nanostructuration et propriétés optiques, et ce pour différents matériaux nanostructurés : 1. verre nanoporeux dopé par des ions de terres rares 2. verre dopé par des nanoparticules dopées par des ions de terre-rare Parallèlement à cette nanostructuration originale du matériau, des géométries spécifiques seront développées pour la fibre optique elle-même. En particulier, des fibres conventionnelles à gaine bas indice et des fibres à cristal photonique air/silice seront combinées aux matériaux dopés erbium ou erbium-ytterbium afin d’optimiser la conception des amplificateurs à fibres optiques. En parallèle à la fabrication de matériaux nanostructurés dopés erbium ou erbium-ytterbium et la fabrication de fibre optique, une part importante des études sera consacrée à la compréhension de l’effet de la nanostructuration sur la structure du verre en termes de défauts intrinsèques et induits par l’irradiation. Le consortium du projet se compose de Draka, un leader de l'industrie de la fabrication de fibres optiques, et de quatre partenaires académiques, le PhLAM, l'IES, l'IRAMIS et l'ICMMO, spécialisés respectivement dans la fabrication de verre/fibre, la caractérisation de composants optiques et l’étude des propriétés structurales des matériaux. Le projet NANOFIBER a été soumis en 2011 lors de l'appel ANR/MatetPro. Nous resoumettons ce projet, prenant en considération les commentaires de tous les rapporteurs.

Le but de ce projet consiste à développer de nouveaux scintillateurs plastiques dont les propriétés de scintillation dépassent celles des scintillateurs organiques existant actuellement dans le commerce. L’utilisation de molécules fluorescentes de type organométallique représente l’atout technologique pour atteindre cet objectif. L’amélioration des propriétés de scintillation permettra d’accroitre les capacités des scintillateurs, dans le comptage et la spectrométrie nécessaires pour les applications de surveillance des infrastructures critiques, comme par exemple les portiques de détection gamma ou la discrimination entre neutrons rapides et gamma permettant la détection de précurseurs d’armes radiologiques.

L'histoire de la biométrie commence par l'utilisation des empreintes digitales pour authentifier ou identifier une personne. Depuis plus de dix ans, les problématiques d'identification et de la sécurité à travers le monde s’appuient sur l'utilisation des empreintes digitales comme technologie clé. Cependant, le succès global des empreintes digitales à des fins d'identification et de vérification dépend grandement de la qualité des empreintes digitales acquises et enrôlées. L’utilisation des empreintes digitales a été la première modalité biométrique qui a bénéficié d'une recherche et d’efforts de développements approfondis. Une large gamme de scanners d'empreintes digitales, arborant différents niveaux de qualité, est maintenant disponible sur le marché. Ces capteurs abordent un certain nombre de besoins opérationnels allant du contrôle d'accès aux applications judiciaires en passant par le contrôle aux frontières. Malheureusement, les capteurs délivrant des images de haute qualité continuent de souffrir d’inconvénients limitant leur déploiement massif: un coût assez élevé, leur encombrement et leur poids important (en particulier pour les capteurs slap permettant l'acquisition simultanée de plusieurs doigts). L'objectif du projet PROBE est d'étudier et de développer un prototype de système d’acquisition innovant pour la biométrie « empreintes digitales » et basé sur l'utilisation de capteurs d'image organiques photosensibles. Le principal avantage de cette technologie est la capacité de concevoir des capteurs très minces et de grande surface à des coûts beaucoup plus faibles. Cette type de scanner biométrique contribuerait certainement à une plus grande généralisation de l'utilisation de la biométrie par empreintes digitales. Le concept PROBE serait également particulièrement adapté pour répondre au marché croissant des appareils mobiles où la demande de capacités intégré d'acquisition d’empreintes digitales est en augmentation. Enfin mais non des moindres, la capacité du concept de distinguer des motifs microscopiques le rend polyvalent et ouvre la voie à d'autres applications dans les domaines de sécurité (par exemple la traçabilité du papier ou des billets de banques, ou de la sécurité agro-alimentaire) ou d’autres marchés comme les tests non destructifs (TND). En conséquence, la tâche l'exploitation du projet couvrira non seulement le marché biométrique mais recherchera également d'autres applications possibles. Cette tâche sera de maximiser le retour sur investissement pour tous les partenaires du consortium, et de maximiser l'impact de la subvention publique. Par ailleurs, l'analyse des risques et la conformité liées au respect de la vie privée seront étroitement liées à la tâche d'exploitation et seront couverts dans ce projet grâce à la participation dans le consortium d'un expert dans le concept « Privacy-by-Design ».

Les primo-intervenants et travailleurs isolés sont régulièrement exposés dans leurs missions à des risques tels que des températures extrêmes, des gaz nocifs, de fortes concentrations de poussières, des risques biologiques ainsi que des risques nucléaires. Actuellement, ces personnes ne peuvent pas être localisées dans des zones ou bâtiments où les signaux GPS ne sont pas disponibles. Dans le cas où ils ont besoin d'aide - par exemple s'ils doivent être évacués - un temps précieux peut être perdu parce que leur position est inconnue, ce qui peut entraîner une aggravation de la situation, conduisant à l'accident voir au décès des intervenants. ROLOSEP fournira une solution complète pour l’amélioration de la sécurité de ces personnels grâce à l'utilisation d’un équipement spécifique. Ce dernier intégrera un système de localisation robuste et autonome permettant de suivre en temps réel la position des intervenants sur le site, à l'intérieur comme à l'extérieur. Il s’appuiera sur les équipements de communication radio des forces d'intervention (Systèmes PMR TETRA / TETRAPOL) pour assurer un transfert automatique des données vitales (température, pression, alarme homme mort…) et de position vers le poste de commandement mobile. Le poste de commandement pourra ainsi visualiser l'évolution en temps réel d'une intervention en surveillant la couverture du site, les déplacements et l’état de santé du personnel intervenant. La prise de décision sera ainsi facilitée, la planification opérationnelle considérablement améliorée. Tout au long de ce projet, les implications juridiques d’un tel système seront prises en compte par l'unité de recherche "Dynamiques du droit" (UMR 5815, CNRS-Université de Montpellier 1), en particulier en ce qui concerne la protection de la vie privée et d'autres droits fondamentaux ainsi que le droit du travail.

Tel que mentionné par la directive sur le stockage géologique de CO2, la modélisation dynamique fait partie des besoins nécessaires à la caractérisation et à l'évaluation de complexe de stockage potentiel et de l’impact sur les formations environantes, et dans ce contexte des techniques appropriées de modélisation physique et numérique sont nécessaires. En intégrant l'hétérogénéité des formations géologiques à la fois à l’échelle du proche puits (~m) et du bassin (~100 km), le projet H-CUBE a l'intention d'améliorer les estimations (i) des impacts hydrodynamiques liés aux opérations de stockage du CO2 (pressurisation de l’aquifère de stockage et déplacements induits des saumures), (ii) de la migration du panache de CO2 (vitesse de déplacement, quantification des mécanismes de piégeage) et (iii) des capacité de stockage des formations cibles considérées. Dans ce cadre plusieurs méthodes innovantes seront développées dans ce projet, tels que: - des techniques d’homogénéisation (physique ou numérique) de l'évolution à grande échelle de processus spécifiques au stockage du CO2 en aquifères salins, à savoir, les propriétés d'écoulement di-phasique (perméabilités relatives, pression capillaire), la dissolution du CO2 dans l'eau salée, et les forces de gravité; - des techniques de classification de modèles basées sur des critères à la fois statiques (descripteurs topologiques : connectivité, tortuosité…) et dynamiques (réponse hydrodynamique) des réservoirs afin de réduire le nombre de simulations lors d’une approche par réalisations multiples basées sur des distributions équi-probables géostatistiques; - des techniques de simulation par maillage dual étendu à des modèles compositionnels combinant l'utilisation d'un maillage grossier pour résoudre le champ de pression (l'étape la plus coûteuse en temps), tandis que les équations compositionnelles (et les saturations de chaque phase) sont mises à jour sur le maillage fin; en complément, des techniques innovantes (et adaptées au contexte du stockage géologique) de raffinement ou de grossissement de maillages seront proposées. Un ensemble complet de données allant de modèles numériques d'affleurements (à l'échelle mètrique) jusqu’au modèle de bassin (échelle de plusieurs dizaine de km) est proposé. Six cas d’études combinant des modèles géologiques 2D et 3D seront utilisées pour évaluer la performance des méthodes. Trois contextes géologiques pertinents seront abordés: - Aquifère sableux non consolidé à lentilles d’argile stratifiées (analogue: Sleipner plate-forme offshore, en mer du Nord, Norvège); - Milieux fluviatiles avec ou sans pendage affleurant (analogique: site de Ketzin en Allemagne ; grès du Trias en France); - Aquifères carbonatés (analogue: site de Weyburn, au Canada ; formation du Dogger dans le bassin de Paris). Finalement, afin d’améliorer la confiance dans les prédictions apportées par les modèles numériques et de répondre à certains aspects de la directive sur le stockage, un guide de recommandations basé sur les résultats du projet sera fourni sous la forme de critères d’évaluation de la pertinence et de la qualité des simulations des processus hydrodynamiques ciblés par le projet.

Le projet BRISK élaborera des méthodologies de pointe interdisciplinaires et transdisciplinaires ainsi que des outils établissant des synergies entre sciences et savoirs autochtones sur les changements climatiques et globaux dans l’Arctique. Il permettra une évaluation innovante des impacts environnementaux, économiques, politiques and sociaux, des vulnérabilités et stratégies d’adaptation. Il contribuera à échanger les savoirs et lever les verrous de connaissance entre sciences de la nature et sciences sociales, entre science et savoir autochtones, et entre communauté scientifique et décideurs politiques. Basé sur des études de cas en Laponie (Norvégienne et Suédoise) et en Sibérie chez les éleveurs de rennes, BRISK développera des méthodologies d’observation des changements, avec l’implication directe des acteurs locaux. Grace à la comparaison de deux types d’élevage de rennes évoluant dans des contextes économiques et politiques différents, BRISK documentera les déterminants clés des vulnérabilités et résiliences locales et produira des recommandations visant à améliorer les politiques d’adaptation locale et internationale. BRISK associera autochtones locaux, climatologues, géographes, écologistes and anthropologues, avec l’UNESCO et des NGO autochtones. Le projet combine des approches à micro et macro échelles par l’engagement de partenaires internationaux, nationaux, régionaux et locaux. Il établira chez les communautés autochtones des systèmes d’observation des changements environnementaux et sociaux qui permettront la coproduction des savoirs. Cette approche innovante transdisciplinaire repose sur l’aspect complémentaire des savoirs autochtones et scientifiques. Vivant dans une relation étroite avec l’environnement, les peuples autochtones sont d’excellents observateurs des effets du changement climatique. Ils sont confrontés à ces impacts (réchauffement, période neigeuse raccourcies, imprédictibilité de la météo, incendies, déclin des espèces animales, invasion d’espèces, nouvelles maladies parasitaires). De plus, ils affrontent des changements globaux causés par les politiques régionales, nationales et internationales, et par l’expansion des industries extractives et le développement des mégaprojets. Trois tâches de recherches principales constituent la structure de ce projet. Premièrement, les climatologues assemblent les informations existantes depuis leur base de données sur les régions concernées (température, vent dominant, couverture glace et neige) sur les 30 dernières années. Ils formeront les anthropologues à l’exploitation de ces données pour les échanges avec les autochtones. Puis, grâce au rassemblement des meilleurs spécialistes mondiaux concernant l’association des savoirs scientifiques et autochtones, BRISK établira un état-de-l’art sur les systèmes d’information et définira des méthodologies de pointes. Sur le terrain, les anthropologues travailleront avec les acteurs autochtones grâce à des workshops afin d’optimiser les méthodologies d’observatoires autochtones permanents. Ainsi, BRISK développera une base de données interdisciplinaire sur les risques, vulnérabilités et les opportunités d’adaptation de l’environnement et des sociétés, ainsi que des modèles d’observatoires autochtones des impacts combinés des changements globaux et climatiques. Par ce projet, la communauté scientifique française développera ses engagements dans l’étude des questionnements arctiques et améliorera son rôle de partenaire dans les réseaux science et recherche internationaux comme le Sustaining Arctic Observing Network (SAON). BRISK générera de nouvelles méthodes, connaissances et stratégies d’adaptation, tant interdisciplinaires et transdisciplinaires, valorisera ses avancées grâce à des divers média (sites web, journaux scientifiques, livres, vidéos, workshops spécialisés et conférence internationale). BRISK servira de tremplin pour l’élaboration d’une proposition de projet FP7 inter- et transdisciplinaire.

Transitions to “low-carbon” development paths (i.e., to development paths with limited greenhouse gases emissions) are unlikely to be achievable solely via technological solutions: behavior, notably consumption patterns, will also have to evolve. However, an assumption implicit in most GHG emissions scenarios is that as income per capita converge across countries, households consumption patterns will converge as well, leading to potentially very high demand for energy, very high demand for natural resources and very high emissions. ECOPA precisely aims at examining how flexible the link between income per capita and consumption patterns is; and at drawing implications of these findings for future emissions scenarios. To do so, ECOPA maps and compares consumption patterns, and their evolution, in France, an “old” industrialized economy, and Brazil, a rapidly emerging economy. In both countries, a combination of econometric analysis of consumption data, household surveys and in-depth studies of representative goods and services is used to (i) map consumption patterns across income groups, and (ii) explore the determinants of their changes over time. Strong emphasis is put on obtaining consistent monetary and physical flows. This is necessary to analyze the energy and emissions implications of consumption patterns, but this constitutes a significant theoretical and empirical stumbling block. Finally, on the basis of the retrospective analysis, scenarios of how household consumption patterns in the two countries might evolve are built and their implications for energy and GHG emissions are computed.

Les maladies affectant les petits vaisseaux comme l’hypertension artérielle et le diabète sont des causes importantes de morbidité et de mortalité. Afin de mieux prévenir ces dernières, la recherche sur les biomarqueurs prédictifs s’est considérablement développée ces dernières années, permettant de mieux cerner le risque individuel au-delà des facteurs de risque traditionnels tels que la pression artérielle. Cependant, à l’heure actuelle, au contraire de l’imagerie des gros vaisseaux (aorte, carotide), il n'existe aucune procédure permettant d’observer directement la paroi des petits vaisseaux en raison des limitations technologiques de l’imagerie à cette échelle. L’enjeu est pourtant important car l’hypertension artérielle et le diabète affectent précocement et principalement les petits vaisseaux. Ces dernières années, l'imagerie par optique adaptative (OA) de la rétine a démontré sa capacité à documenter des structures rétiniennes à l'échelle micrométrique chez l’homme. Dans la continuité d’un projet de collaboration multidisciplinaire associant ophtalmologistes, ingénieurs, chercheurs et le fabricant d’une caméra OA (le projet iPhot, ANR TecSan 2009), nous avons incidemment observé que ce prototype permettait d’observer et de mesurer la paroi des petites artères de la rétine chez la plupart des sujets. D’autres équipes ont pu démontrer la visualisation non invasive des capillaires avec une technique proche. Ceci ouvre la possibilité de mettre au point un ou plusieurs nouveaux biomarqueurs quantitatifs de la microcirculation. Cependant, une configuration spécifique de la caméra et des logiciels doivent être développés pour rendre l’imagerie microvasculaire quantitative plus efficace, plus simple tout en démontrant son utilité médicale. L'objectif du projet ReVeal est de valider techniquement et médicalement de nouveaux biomarqueurs microvasculaires mesuré à partir d'images d’OA, dans une approche intégrée associant de manière interactive perfectionnements technologiques et évaluation médicale. Ce projet de développement industriel comprend quatre ensembles de travaux qui seront menés en parallèle: 1-l'évaluation transversale et longitudinale de l'imagerie vasculaire chez des patients à travers un réseau médical multidisciplinaire (Responsable: Centre d'Investigation Clinique 503); 2- la mise en œuvre de nouvelles solutions technologiques (Imagine Eyes, Onera-DOTA), 3- de nouveaux logiciels pour le traitement d’image (Onera-DTIM et L2TI), et 4- de nouveaux logiciels pour l'analyse des données (Télécom ParisTech et ISEP). A terme, l’imagerie vasculaire par OA pourrait jouer un rôle pivot dans l’évaluation et le suivi des traitements contre l'hypertension artérielle et le diabète.

Ces dernières années, les organisations internationales et une riche activité scientifique ont pointé la problématique de l’eau comme une question stratégique dans la région méditerranéenne. Cela revient en premier à une baisse intense des ressources, en termes de quantité ou en qualité face à une croissance de la demande. Le risque est particulièrement important en zones semi-arides en Afrique du Nord, où les particularités du climat (fréquentes sécheresses) combiné avec les changements environnementaux dus à l’activité humaine renforcent les possibilités de crises. Cette situation est aggravée aussi par une distribution des ressources en eau non équilibrée entre régions d’un même pays, ce qui contribue à accentuer la compétition entre les utilisateurs multiples de ces ressources (agriculture, eau potable, industrie). Le projet AMETHYST a pour objectif principal d’analyser l’évolution des ressources en eau et de son usage sous l’influence des changements climatiques et anthropiques en Afrique du Nord. Ce choix géographique du Maghreb est du au large panel des évolutions des ressources en eau sur cette région, loin des cas extrêmes observés par exemple en Israël ou sur la côte espagnole et certainement plus critique que le sud-est de la France ou l’Italie. Deux cas d’études sont proposés, le bassin de Merguellil, situé au centre de la Tunisie, et le bassin de Tensift, dans la région de Marrakech, au Maroc. Ce choix est lié à la forte représentativité de ces deux sites en rapport à la problématique de raréfaction de l’eau, avec une riche complémentarité en termes de contexte environnemental, d’usage et de gestion des ressources. Nous proposons un projet interdisciplinaire combinant sciences géophysiques, sociales, économiques et politiques, avec trois axes de recherche : - Le premier axe a pour but d’analyser le fonctionnement des processus hydrologiques (recharge de la nappe, interactions surface-végétation-atmosphère, couplage nappe-surface), différent modèles de processus et modèles intégrés, des produits satellite et d’autres observations seront étalonnés et validés avec une exceptionnelle base de données acquise durant quatre années (2010-2014). L’étude des sciences sociales et humaines contribuera à déterminer les impacts des usages de l’eau et les politiques de régulation sur ces processus hydrologiques. - Le second se base sur les modèles et observations validés, pour discuter l’évolution des ressources en eau durant la période des cinquante dernières années. Une attention particulière sera donnée à l’analyse des événements extrêmes de sécheresse, avec une analyse de leur conséquences en termes de continuité et ruptures dans les ressources en eau, et aussi dans les changements des dynamiques socio-économico-politiques. - Le troisième axe propose d’étudier différents scénarii futurs, basés sur des modifications climatiques et anthropiques, associés à des projections socio-économiques, et d’analyser les évolutions des trajectoires des ressources en eau sur les cinquante prochaines années. Notre étude sera principalement basée sur une modélisation intégrée combinant analyses géophysiques et prise en compte de l’intervention humaine. Elle est proposée dans un cadre multi-disciplinaire, en étroite collaboration avec les décideurs et utilisateurs des ressources en eau.

Le projet JASSUR se propose d’éclairer de façon interdisciplinaire les fonctions, les usages, les modes de fonctionnement, les avantages ou les dangers potentiels qu’induisent les jardins associatifs au sein de villes durables en émergence. Ces Jardins ASSociatifs URbains sont, sous des appellations, des statuts et des formes variés, en pleine expansion dans de nombreux pays industrialisés et notamment en France. Le projet JASSUR entend identifier les modes d’action nécessaires au maintien voire à la restauration, au développement ou à l’évolution de ces jardins associatifs sur des territoires urbains confrontés aux défis de la durabilité. Pour ce faire, il s’appuie sur un consortium de 12 partenaires de la recherche (diverses institutions) et du monde associatif dans sept agglomérations françaises (Lille, Lyon, Marseille, Nancy, Nantes, Paris et Toulouse). Le projet JASSUR se fonde sur une question centrale: quels services assurent les jardins associatifs urbains dans le développement durable des villes ? Ces services éco-systémiques rendus à la ville, dans la complétude de l’acception de ce terme proposée par le Millenium Ecosystem Assessment (approvisionnement, régulation, soutien, services culturels) sont encore très mal connus. Face aux connaissances à élaborer pour les renseigner, le projet JASSUR fait l’hypothèse que l’étude des services alimentaires rendus par ces jardins associatifs urbains, encore très peu objets de recherches, constitue un trait d’union entre : • Une caractérisation bio-physico-chimique des sols et des produits issus de ces jardins : la question des risques potentiels de pollution dus au contexte urbain (sols, atmosphère) est ici centrale car pouvant contrecarrer le service d’approvisionnement alimentaire ; • Une caractérisation socio-technique des pratiques des jardiniers, tant dans le choix des cultures, de leurs modes de conduite technique que dans les formes quantitativement et quantitativement variées, de participation des produits du jardin à l’alimentation et à la bonne nutrition familiale ; • Une caractérisation socio-politique de la gouvernance de ces espaces dans les agglomérations, notamment en termes de gestion des localisations, des modes de fonctionnement, des risques environnementaux et sanitaires éventuels. Le programme scientifique est organisé en une tâche de coordination (tâche 1) et quatre tâches de production de connaissances. La tâche 2 traite des acteurs impliqués dans la mise en place et le fonctionnement des jardins, de la gouvernance et de leur place dans l’urbanisme. La tâche 3 analyse le service d’approvisionnement alimentaire (pratiques culturales, productions et destinations des produits, mesures des quantités consommées et des apports nutritionnels, représentations des jardiniers quant aux intérêts et aux dangers des jardins). La tâche 4 traite des services éco-systémiques de régulation et de soutien, en privilégiant ceux liés à la biodiversité et à la régulation hydrique. Cette tâche traite aussi de la métrologie des dangers à travers deux sources majeures de pollution potentielle, le sol et l’atmosphère. La tâche 5 proposera en lien avec les tâches 3 et 4, des modes de gestion des pollutions envisageables par les collectivités (dont bioremédiation et phytoremédiation). Les livrables seront dans chaque tâche et inter-tâche des productions scientifiques diverses (publications disciplinaires et pluridisciplinaires ; participation à des colloques), mais aussi des aides à la décision de gestion des jardins pour les agglomérations partenaires (par exemple, cartographie des risques). Des animations avec ces agglomérations sont en particulier prévues.

Le programme FAMAC se place dans un contexte de réduction des émissions de CO2 pour atteindre une valeur moyenne de 95g CO2/km pour la flotte de véhicules vendue en Europe à l'horizon 2020. Ce projet s’intègre dans la réduction des émissions de polluants EURO 6c à partir de 2017 et dans le respect de la prochaine norme EURO 7 qui reste à définir pour l’horizon après 2020. Le « downsizing » des moteurs à allumage commandé associé à la combustion diluée est l’un des principaux axes identifié pour obtenir des gains en CO2. La mise en œuvre de forts taux d'EGR à moyenne et forte charge permet d’augmenter le taux de compression et d’éloigner la limite de cliquetis pour améliorer le rendement du moteur sur toute la zone de fonctionnement. La combustion stratifiée constitue un levier additionnel permettant d'envisager des forts taux d'EGR jusqu'aux très faibles charges, tout en maximisant le rendement énergétique. L'état de l'art montre que la stabilité d'initiation de la combustion est le facteur limitant pour ces modes de combustion, réduisant fortement le gain CO2 à en attendre. Les recherches de Continental confirment cette difficulté d’initiation et démontrent que les besoins en matière d’initiation de la combustion sont très différents et dépendent du système de combustion considéré. Ses travaux montrent aussi le potentiel d’initiation de la combustion par arc électrique. La taille et la durée de l’étincelle interviennent autant que l’évolution temporelle de l’énergie transmise par l’étincelle vers le gaz. Pour développer un système d'allumage performant à un coût acceptable pour l’industrie automobile, il est important d’éviter toute rupture technologique en conservant les systèmes par arc. Il est donc essentiel de comprendre la chaîne énergétique de l’électronique de puissance à travers l’arc jusqu’à l’initiation de la combustion. Cette connaissance reste insuffisante aussi bien en milieu industriel qu’en recherche fondamentale. FAMAC est un projet de recherche fondamentale qui vise à la compréhension de la physique de l’arc, du transfert de chaleur et de radicaux vers le gaz inflammable et de l'initiation de la combustion dans une approche intégrant différents niveaux de modélisation, de simulation et de validation expérimentale. Il permettra d’identifier les paramètres clés pour la conception des futurs systèmes d'allumage. Ce projet se décompose en trois tâches principales fortement liées entre-elles : - Caractérisation et validation des besoins d’un système d’allumage; - Recherche fondamentale en géométrie simplifiée; - Recherche fondamentale en géométrie complexe. Certaines activités innovantes de recherche fondamentale effectuées dans le cadre d’un doctorat imposent pour le projet une durée de 4 ans. Le budget total du projet FAMAC s’élève à 3.6M€. L'association d'un partenaire industriel (Continental) avec un institut de recherche appliqué (IFPEN) et les principaux experts du plasma et de l’allumage en France (LaPlace, EM2C, CORIA, CERFACS) garantit d'atteindre les livrables finaux du programme, à savoir des progrès significatifs: - dans la modélisation détaillée de l’arc, du plasma (en- et hors-équilibre) et des mécanismes de transfert (chaleur et radicaux) vers le gaz en fonction du temps, - dans la compréhension des facteurs clés pour l'optimisation de la fonction allumage dans les moteurs automobile.

The placenta is a structure of embryonic origin that allows metabolic exchanges between mother and fetus and mediates tolerance of the fetus by the maternal immune system. The placenta is an invasive organ that comes into contact and anchors itself in the maternal uterine wall during implantation. In humans and mice, for instance, a particular population of placental cells, the cytotrophoblasts, invades the uterine epithelium. A subset of these cells migrates toward the maternal arteries and disrupts the wall of these vessels, leading to the formation of blood lacunae in direct contact with the placenta. Other cytotrophoblasts differentiate and fuse together to form giant multinucleated cells called “syncytiotrophoblasts”. Syncytiotrophoblasts are in direct contact with maternal blood and constitute the main exchange area between mother and fetus. These cells of embryonic origin express at their surface paternal antigens and are recognized as foreign by the maternal immune system. However, despite this recognition, both the placenta and the fetus are tolerated throughout pregnancy. This mechanism of immune tolerance is still poorly understood. In humans, syncytin-1 and -2 encode envelope glycoproteins involved in syncytiotrophoblast formation. These genes of retroviral origin have been captured during evolution and are today an integral part of our genome. The envelope proteins of retroviruses exhibit two types of activity. First, a so-called fusogenic activity allows fusion between the viral and cellular membranes and entry of the viral particle inside the infected cells. The second activity is denoted “immunosuppressive” and allows the retrovirus to inhibit the host immune system thus favoring viral propagation. The capture of syncytin-1 and -2 during evolution allowed subversion of the fusogenic property of retroviral envelopes to fuse cytotrophoblast membranes, thus leading to the formation of the syncytiotrophoblast. In our laboratory, we have also characterized 4 additional syncytin genes, syncytin-A and –B in the mouse, syncytin-Ory1 in the rabbit, and syncytin-Car1 in carnivores, providing evidence that the cooptation of retroviral genes for their fusogenic function has been a frequent occurrence in most mammals. Syncytin genes are required for syncytiotrophoblast formation, since mutant mice lacking these genes display a syncytialization defect resulting in growth retardation and embryonic death in utero. One hypothesis is that the immunosuppressive property of syncytins, inherited from the initial retroviral envelopes, also contributes to materno-fetal tolerance. The objectives of the present program are both to elucidate the properties and mechanisms of syncytins in placentation and to assess the impact of mutations/malfunctions of these genes on the physiopathology of pregnancy (pre-eclampsia, intrauterine growth restriction) and on some gynecological tumors (hydatiform mole, choriocarcinoma). These studies will be carried out both on humans and on animal models, including a large panel of placental mammals, and notably on the mouse with which it is possible to engineer knock-out and knock-in mutants for both syncytin genes. Our working hypothesis is that the transition during evolution from oviparous to viviparous animals is directly linked to the capture of retroviral envelope genes, which have provided their host with both their immunosuppressive and fusogenic property. This hypothesis will be tested by a systematic search for syncytin genes in placental animals (eutherian mammals, marsupials, some lizards), and by analyzing mice genetically engineered as to be specifically deprived of the immunosuppressive function of their syncytins. Analysis of the impact of syncytin mutations will be carried out both on this animal model and in humans by systematic DNA sequencing. Ultimately, novel therapeutic approaches could be developed taking into account the alterations identified in these genes.

Le modèle de production agricole subit actuellement un changement majeur vers la réduction des intrants polluants, dont les pesticides. Or, réduire l'usage des pesticides tout en maintenant la productivité actuelle ne se fera pas sans innovations techniques et organisationnelles originales. Dans ce contexte, des équipes de champs disciplinaires complémentaires (épidémiologie, agronomie, sciences sociales, mathématiques) proposent ce projet dont l'objectif est de produire des scénarios d'allocation des variétés résistantes à l'échelle des paysages cultivés, qui permettront de limiter le développement des maladies tout en préservant durablement l'efficacité des résistances génétiques. Les scénarios produits seront évalués pour leurs performances organisationnelles, en fonction des pratiques des acteurs concernés. Une prise en compte des représentations sociales de la maladie permettra en particulier d'évaluer leur acceptabilité. Le projet GESTER se structure de la manière suivante : (1) acquisition de connaissances et développement de modèles sur les stratégies des acteurs ; (2) acquisition de connaissances et développement de modèles épidémiques spatialisés ; (3) mobilisation des modèles pour la production de scénarios candidats ; (4) évaluation globale (organisationnelle et agronomique) de ces scénarios; (5) une tâche transversale sera consacrée aux méthodologies de modélisation sur des paysages explicites. La diffusion des résultats se fera en particulier par les Instituts Techniques partenaires et les coopératives qui seront associées au projet.

Le projet « Agrosystèmes et biodiversité fonctionnelle des Sols » (SOFIA) se situe dans les enjeux environnementaux liés à la gestion des agrosystèmes cultivés, en matière de changement climatique et de préservation de la biodiversité. Il traite en particulier de l’impact de pratiques agricoles sur la diversité taxonomique et fonctionnelle des communautés vivantes du sol, et les effets sur des fonctions remplies par ces sols, notamment du point de vue de la régulation (émissions de gaz à effet de serre, stockage du carbone), de l’approvisionnement (disponibilité des nutriments pour la production agricole) et du maintien de la biodiversité (faune et flore du sol). Ce projet réunit 8 partenaires du monde académique (Universités, INRA) et un partenaire privé (AgroTransfert). Le projet s’appuie sur un site de l’Observatoire en Environnement « Agroécosystèmes, Cycles Biogéochimiques et Biodiversité » situé à Estrées-Mons dans la Somme géré par l’INRA. Cet essai offre une série de traitements expérimentaux faisant varier la rotation culturale (rotation de cultures annuelles et culture pérenne à vocation énergétique), les intrants minéraux (N) et le travail du sol. Ces traitements permettent de moduler la quantité, la nature chimique, la localisation des ressources trophiques pour les organismes du sol, ainsi que les habitats physiques de ces organismes. Le projet consiste d’une part à suivre au cours de 4 années, la différenciation des systèmes induits par la différenciation de ces pratiques du point de vue des variables agronomiques (production de biomasse végétale), physiques et chimiques pour le sol. D’autre part, à la vue de l’importance des services écosystémiques soutenus les organismes édaphiques, le projet s’attèlera à caractérisation la diversité taxonomique et fonctionnelle ainsi qu’à la dynamique des communautés lombriciennes, de macro-invertébrés, de la microfaune et des communautés bactériennes et fongiques. Enfin certaines fonctions du sol, assurées par ces organismes seront quantifiées : minéralisation du carbone et de l’azote, dégradation des résidus végétaux, émissions de N2O notamment. Les expérimentations seront réalisées au champ mais aussi au laboratoire et les données produites seront utilisés pour tester et améliorer des indicateurs biotiques et abiotiques du fonctionnement du sol, appropriables à terme par des agriculteurs pour mieux orienter leurs pratiques culturales notamment dans le contexte des transitions créées par l’évolution des pratiques culturales (introduction de cultures à vocation énergétique, abandon du labour, réduction des intrants, etc.). Ce projet contribuera aussi à l’amélioration des indicateurs nécessaires à l’évaluation de l’impact environnemental des pratiques culturales

Dans le cadre des adaptations pour le changement globaux, une des orientations forestières sur laquelle beaucoup se focalisent aujourd’hui est ce que l’on appelle la Migration Assistée (MA) où des populations menacées sont déplacées intentionnellement en latitude et en altitude pour compenser les effets du changement climatique. Cette mesure ‘adaptative’ est très contestée aujourd’hui, compte tenu des interactions complexes entre des questions économiques, écologiques et juridiques souvent insurmontables. Pour les forêts, la MA est basée sur le choix de graines qui auront des implications sur le long terme compte tenu du long cycle de vie de ce type d’écosystèmes. Les réglementations européennes et françaises ont orientés le choix de graines en créant des régions de provenance sélectionnées et des zones de collectes en cohérence avec le climat du vingtième siècle mais qui semblent pour le futur inappropriées au regard des changements climatiques. L’objectif principal de ce projet est le développement d’outils de gestion forestière innovants (écologiques et réglementaires) compte tenu de l’extrême nécessité de mise en place de forêts européennes adaptées au changement climatique. Nous nous proposons ici d’évaluer des nouvelles stratégies pour le choix de graines sélectionnées dans le cadre de la MA selon trois directions qui seront en lien ; La première consiste à réunir dans un premier temps un panel d’experts forestiers français européens et les acteurs associés à cette problématique, la seconde se propose de faire des simulations qui utilisent les résultats des tests de provenance existants sur des sites pilotes en France et la dernière examine les principales réglementations européennes gouvernant le MA de façon comparative. Nous nous focaliserons sur des études de cas choisies par des acteurs forestiers clefs. Nous proposons une recherche participative consistant, au départ et tout au long du projet, en des réunions avec les acteurs de la forêt : les décideurs, les gestionnaires forestiers et les producteurs de graines pour discuter avec les modélisateurs de la faisabilité des alternatives proposées en matière de MA pour des sites pilotes. Nous proposerons différents scénarios d’usage de graines pour simuler une MA basée sur a) des études d’héritabilité basées sur des tests de provenances ; et b) une modélisation écologique. Nous allons intégrer des contraintes apportées par des situations réelles identifiées en amont par les connaissances des gestionnaires quant à la réalité du terrain et des incohérences dans la réglementation en vigueur. Nous utiliserons des données existantes et nous en générerons de nouvelles à partir d’essais aux champs vieux de plus de 30 ans dans certains cas, qui commencent à être compilés par l’INRA en France et qui comprennent de nombreuses espèces forestières. Les simulations incluront les incertitudes et différentes méthodes de maximisation seront proposées pour générer différents choix de graines alternatifs sous changements climatiques. Ensuite, nous analyserons la faisabilité des modèles en confrontant ces scénarios aux réglementations en cours. En particulier, sous l’angle des politiques publiques, nous examinerons les principes qui sous tendent la réglementation en vigueur en matière de gestion des ressources génétiques forestières et nous regarderons comment cette MA doit être mise en oeuvre en gardant la réglementation existante ou en proposant une nouvelle. Enfin, grâce à de nombreux aller-retours avec les acteurs forestiers, un ensemble d’outils juridiques seront discutés avec les décideurs en France afin d’examiner l’applicabilité de nos résultats. Même si notre sujet d’étude concerne ici les forêts gérées, nous espérons que les outils développés dans ce projet pourront être transférés à d’autres écosystèmes gérés comme ceux en lien avec l’agriculture et la pêche où l’adaptation au changement climatique via la MA est devenue de la même façon un enjeu majeur.

Actuellement, la filière agro-alimentaire est attentive aux développements de nouvelles technologies et procédés modérés permettant de répondre aux attentes des consommateurs à savoir une meilleure préservation des caractéristiques nutritionnelle et sensorielle des aliments. Dans ce contexte, le projet Food-Redox a comme objectif de renforcer la maîtrise des bactéries d’altérations et pathogènes dans les aliments par une utilisation raisonnée du potentiel d’oxydoréduction (Eh). De nombreux travaux antérieurs ont démontré l’impact positif du Eh sur les caractéristiques aromatiques, rhéologiques et les propriétés de texture des aliments. Permettre aux opérateurs de régir un facteur supplémentaire (Eh) dans l’aliment en complément des conditions environnementales telles que le pH, l’activité de l’eau, les acides organiques, la température, va contribuer à renforcer la durée de vie microbiologique des aliments. Le projet répond au besoin de la filière alimentaire d’utiliser une technologie à impact environnemental réduit. Food-Redox se situe dans la perspective d’application de technologie à moindre consommation énergétique (traitement thermique plus doux par le contrôle de l’ Eh ). Food-Redox va conforter la qualité et la sécurité microbiologique des aliments et par conséquent contribuer à réduire les coûts économiques pour les opérateurs et les distributeurs, liés aux retraits de produits mal préservés au cours de leur commercialisation. Ce projet offre différentes opportunités au bénéfice de la filière agro-alimentaire, à savoir de renforcer leur compétitivité dans le contexte de développement de méthodes et de techniques pour la conservation du produit alimentaire. L’enjeu pour le projet Food-Redox est d’acquérir des données scientifiques complètes relatives à la réponse cellulaire de bactéries d’altération ou bactéries pathogènes au stress (pH, acide ou thermique) dans des conditions de potentiel d’oxydo -réduction contrôlés. Les mécanismes impliqués du fait de l’ Eh sur l’état physiologique des microrganismes n’ont pas été à ce jour explorés. Des travaux cognitifs et de modélisation de l’effet du potentiel d’oxydoréduction sur la reprise de croissance de souches modèles Lactococcus lactis, Listeria monocytogenes, Bacillus cereus suite à des stress acide et thermique seront menés. Une phase de validation sera conduite également concernant une sélection de produits/procédés complémentaires (technologie fromagère, crème déssert, produit à base de viande, sauce salade) en terme de contrôle de l’ Eh , et appliquée à des souches bactériennes cibles ayant subis un stress. Le comité de pilotage du projet est composé de 6 laboratoires de recherche, 4 Instituts Techniques Agro-Industriels, une entreprise leader sur le marché des gaz alimentaires, l’interprofession laitière et 2 entreprises. Les centres techniques se chargeront du transfert par des essais pilotes. A l’issue du projet, sera disponible une expertise scientifique et technique concernant le pilotage du potentiel d’oxydo-réduction dans des stratégies industrielles pour optimiser la stabilité et la sécurité microbiologique des aliments. La communication scientifique et la valorisation technique des résultats du projet seront structurées par le comité de pilotage, dont l’appui de l’interprofession laitière et en interaction avec le Réseau Mixte Technologique national “expertise pour la détermination de la durée de vie microbiologique”, labellisé par le Ministère en charge de l’Agriculture.

Ces dernières années, les recherches menées sur le développement de sources ultraviolettes performantes, compactes et à faible coût ont été des plus florissantes, poussées en particulier par l'intérêt de forts domaines applicatifs aussi bien militaires qu’académiques (détection de polluants et toxiques par effet LIDAR ou spectroscopie Raman pour en particulier les aspects bio-défense, la photobiologie ou encore l’industrie de la microélectronique). Jusqu’à présent, les sources UV utilisées dans ces domaines concernent les lasers excimères basés sur l’excitation électrique d’un mélange gazeux. Cependant ces derniers sont également connus pour leurs inconvénients intrinsèques les rendant inadaptés pour répondre à une tendance générale qui est d’aller vers la miniaturisation. Il apparaît donc indispensable de chercher d'autres solutions innovantes capables de répondre à ces futurs besoins. L’objectif ambitieux et novateur de cette proposition est donc de transposer pour la première fois les sources conventionnelles à gaz au monde des fibres optiques. En effet, ces dernières ont montré leur exceptionnel potentiel ces dernières années avec pour résultat le plus remarquable le développement de fibres à cœur creux guidant la lumière dans l’air ouvrant de nouvelles possibilités comme l'insertion d'un mélange gazeux. De telles fibres ont alors permis l’exacerbation sans précédent de l'interaction entre le gaz et la lumière grâce au micro-confinement du cœur de la fibre. De plus, Benabid et al. ont démontré qu'e cette famille de fibres peut être soudée puis enroulable sur un mandrin de 2cm de diamètre permettant ainsi la réalisation de la première cellule à gaz fibrée ultra-compacte (le volume de gaz mis en jeu étant de quelques µL par mètre de fibre). En parallèle, XLIM a observé le guidage de radiations hors norme dans ces fibres à cœur creux comme l’UV. Enfin, très récemment, des travaux menés par le LPGP et XLIM ont montré la première création d'un plasma de décharge stable et robuste dans des capillaires remplis de gaz avec des diamètres internes de moins de 100µm en utilisant un système original de décharge microonde. Ces trois remarquables percées scientifiques ouvrent la perspective à une nouvelle technologie innovante qui pourrait transformer radicalement le domaine des lasers UV en particulier et celui des lasers à gaz en général. Le but de cette proposition est donc de concevoir ce qui pourrait être la première source photonique UV fibrée à gaz basée sur un microplasma de décharge et caractérisée par sa compacité, son faible coût et des performances sans précédent. Il est à noter que le même principe pourra être étendu au domaine du Moyen-IR simplement en changeant la nature du gaz renfermé. Deux caractéristiques fondamentales et originales doivent être mentionnées. Premièrement, l'excitation microonde exploitée ici permettra d’obtenir un taux d’ionisation beaucoup plus important que l’excitation traditionnelle basée sur l’application d’un courant longitudinal entre deux électrodes (facteur 10 compte tenu du fait que la puissance microonde est bien mieux couplée dans le milieu plasma), en sachant que ceci est réalisé tout en laissant libre d’accès les extrémités de la fibre. Deuxièmement, les fibres à cœur creux peuvent agir comme un filtre fréquentiel (sélection de raies d'émission étroites et stables à partir du mélange gazeux excité remplissant le cœur creux) et comme un filtre spatial via un accord de phase entre l’onde plasma et le mode optique guidé. Cette proposition réunit deux partenaires à savoir XLIM qui a une connaissance solide et reconnue dans le développement de la photonique fibrée et des sources laser et le LPGP qui est l'un des leader dans le développement de dispositifs micro-ondes pour la création de plasma. Dans un contexte de forte compétition internationale, de telles avancées devraient permettre de positionner stratégiquement la DGA française.

Le projet SIMATOD consiste à développer un outil de simulation robuste permettant d'évaluer le pouvoir atténuateur des ondes de détonation par les mousses aqueuses. L’intérêt d’un tel outil est motivé par les nombreux domaines d’application où l’usage d’une mousse aqueuse permet d’atténuer l’onde de choc initiée par la détonation d’un explosif. Ce pouvoir atténuateur se double d’une capacité à capturer les produits chimiques dangereux disséminés par l’explosion. L’atténuation des ondes de choc par des mousses aqueuses constitue un enjeu technologique important. Les nombreux travaux théoriques et expérimentaux n’ont pas permis jusqu’à présent d’aboutir à une expression analytique suffisamment simple ou à des abaques qui permettraient d’évaluer la pression comme une fonction de la distance et de la puissance de la charge pour des caractéristiques de mousses données. Dans ce contexte, la simulation numérique apparaît comme une piste pertinente pour répondre à ce besoin. Il reste que l’écoulement au sein d’une mousse aqueuse est complexe. Il s’effectue au sein d’un milieu composé de trois fluides (air, eau liquide et sa vapeur) et que de surcroît les changements de phases jouent un rôle important sans compter la géométrie fort complexe de la surface libre entre ces fluides. L’ambition de ce projet est de parvenir à construire un code robuste industriellement capable de simuler de tels phénomènes. Pour ce faire, on s’appuiera sur des modèles moyennés classiques pour les multi-fluides, qui permettent de contourner la complexité géométrique locale en introduisant de nouvelles variables dont le taux volumique de présence de chaque fluide. Puisque notre but est de simuler des détonations à partir d’un point, une hypothèse de symétrie sphérique est faite, ce qui permet de réduire le problème à un problème 1D. L’état de l’art ne permet pas aujourd’hui d’y aboutir raisonnablement sans lever les derniers verrous théoriques qui demeurent. Ce projet a donc pour vocation de s’y atteler. Disposer d’un outil de simulation robuste offre une opportunité réelle de développer une technologie duale qui intéresse de nombreux marchés civils (industrie et sécurité civile). C’est de surcroît une option réaliste pour valoriser les travaux déjà engagés grâce à la présence d’Eurobios dans ce consortium, éditeur de logiciel scientifique.

La demande mondiale croissante en énergie électrique nécessite l'utilisation de convertisseurs de puissance toujours plus efficaces afin de contrôler et distribuer les flux électriques entre les usines de production et les consommateurs tout en assurant une perte minimale. Les applications militaires bénéficieront également du développement de commutateurs plus performants. En effet, les systèmes d’armement doivent constamment être améliorés au niveau de leurs performances de lancement et de leur facilité de déplacement. Une des clés de ce succès repose sur la possibilité de contrôler et libérer instantanément de l’énergie (de manière répétitive ou non). Cette libération d’énergie est habituellement assurée par des composants classiques tels que des condensateurs mais peut l’être également par des commutateurs qui sont précisément l’objet de cette étude. En raison de ses propriétés inégalées, le diamant CVD constitue le matériau semi-conducteur ultime en vue de repousser les frontières de fonctionnement des dispositifs d’électroniques de puissance actuels. Les améliorations de la technique CVD assistée plasma permet désormais la synthèse de manière routinière de films de diamant intrinsèques ou dopés p, mais l'utilisation de ce matériau en électronique a été largement compromise par la difficulté à obtenir des cristaux exempts de défauts. Par ailleurs, la faible reproductibilité des caractéristiques des films est principalement liée à la présence de défauts étendus tels que des dislocations qui ont un effet catastrophique sur les tensions de claquage et les mobilités de porteurs. L’obtention d'une manière reproductible de cristaux de diamant pratiquement exempts de dislocations constitue l’un des verrous essentiels qui, si il était levé, pourrait permettre d’ouvrir la voie à une filière diamant pour l’électronique de puissance. Il s’agit ici de l’objectif principal du projet. Les dislocations dans les monocristaux CVD ont deux origines principales: (i) celles déjà présentes dans les substrats qui s'étendent dans la couche CVD, (ii) celles générées lors des premières étapes de la croissance épitaxiale ou à chaque reprise d’épitaxie. Ces dislocations se propagent inexorablement dans le sens de la croissance et émergent à la surface de la couche. Ce projet vise à fournir une meilleure compréhension des mécanismes de formation et propagation des dislocations dans le cristal de diamant et de leur interaction avec le front de croissance, avec l'objectif final de synthétiser des cristaux sans défauts. Notre approche consistera en un processus itératif : préparation de la surface des substrats par gravure, texturation ou masquage, suivi du dépôt de couches de diamant CVD qui seront ensuite caractérisées en utilisant des techniques pertinentes, telles que le TEM, la biréfringence, la cathodoluminescence ou la gravure sélective afin d'évaluer les types de dislocations formées et leur densités. Nous déterminerons ainsi les conditions qui permettront d’inhiber la formation de nouvelles dislocations, ou de faire en sorte que les dislocations existantes soient bloquées ou déviées afin qu’elle ne se propagent pas dans le cristal. Ce travail se basera sur des stratégies qui ont déjà fait leurs preuves pour d’autres matériaux semi-conducteurs tels que le GaN et qui seront mises en oeuvre pour la première fois lors de la synthèse de diamant. Les propriétés électroniques des meilleurs cristaux de diamant seront ensuite évaluées par des mesures de temps de vol et la possibilité d'utiliser ces cristaux en temps que substrats pour des croissances supplémentaires sera considérée. Ce projet réunira des partenaires qui sont experts dans la synthèse de semi-conducteurs à grande bande interdite et leur caractérisation (LSPM, LMGP, GEMaC) et la caractérisation des dislocations par TEM (CEMES). Il devrait enfin permettre l’obtention de cristaux de qualité électronique nécessaire au développement d’une filière technologique diamant pour l’électronique de puissance.

Les résonateurs à ondes de surface sont utilisés pour la stabilisation en fréquence des oscillateurs électriques dans la bande de fréquence 50 MHz – 4 GHz. Le besoin de résonateurs à ondes de surface (ROS) à des fréquences voisines ou supérieures au GigaHertz (GHz) présentant de faibles pertes d’insertion pour la réalisation d’oscillateurs de niveau de bruit de phase à 10 kHz de la porteuse maîtrisé inférieur à –135 dBc/Hz s’inscrit dans le développement de systèmes de détection embarqués de haute résolution (applications Radar). Compte tenu de l’état de l’art, des spécifications techniques et des contraintes dimensionnelles imposées pour ce type d’application, un tel oscillateur ne peut être réalisé qu’à l’aide d’un composant passif à ondes élastiques guidées, permettant ainsi d’envisager une solution viable et industriellement pertinente. Jusqu’à présent, seuls des matériaux mono-cristallins de très haute qualité structurelle et de composition maîtrisée ont permis les coefficients de qualité attendus, c’est à dire des produits QF (coefficient de qualité × fréquence) égaux voire supérieurs à 10^13. Néanmoins, les vitesses de propagation des ondes ainsi exploitées (ondes de Rayleigh, ondes de cisaillement transverses) ne dépassent pas les 5000 m.s-1. Compte tenu des limites technologiques des filières industrielles actuelles, particulièrement en termes de résolution de l’étape de lithographie pour la réalisation du transducteur d’excitation, fondé sur des peignes inter-digités périodiques, il n’est guère envisageable de dépasser les 3 GHz, ce qui nous place encore loin des bandes SHF (3-30 GHz) utilisées pour la défense et le spatial. Cependant, la possibilité de disposer de sources directement ajustées à la fréquence de travail permet de simplifier l'architecture des systèmes les hébergeant et de réduire les bruits additifs liés à toute opération de multiplication de fréquence. Dans le cadre de la Recherche Exploratoire Innovante (REI)/DGA n° 636974 0680238016, des résonateurs à ondes élastiques guidées sur substrats composites à base de couches de ZnO sur carbone-diamant nano-cristallin ont été développés pour mettre en place une solution capable de répondre aux besoins de sources très hautes fréquences (de 1 GHz jusqu’à la bande X) de grandes pureté spectrale, stabilité court terme et de faible bruit de phase au voisinage de la porteuse compatibles avec les applications Radar embarquées. Les ondes ainsi excitées présentent des vitesses de propagation pouvant dépasser les 10000 m.s-1, soit deux fois plus que les mono-cristaux classiquement utilisés pour les applications sources. Le projet OSCCAR a été organisé en deux phases destinées respectivement à des fins de détermination et caractérisation des solutions pertinentes (phase 1) et de leur pré-industrialisation (phase 2). La phase 1 a été soutenue par la DGA et effectuée dans le cadre de la REI n° 636974 0680238016. Dans ce cadre, l’utilisation de couches de carbone-diamant nano-cristallin ayant permis la réalisation de résonateurs à des fréquences voisines de 4 GHz présentant des produits QF de 3.10^12 s’est révélée cruciale pour démontrer le bien-fondé de l'approche. Nous proposons donc dans le contexte présent le développement de la phase 2 du projet, avec comme objectif central la démonstration de la viabilité industrielle d’un oscillateur à base des substrats étudiés précédemment et de son intérêt applicatif. Pour atteindre ce but, nous prévoyons une première étape de réalisation d'une source à 5 GHz permettant de régler les problèmes liés au conditionnement dur ROS (découpe de la puce, mise en boîtier), cette opération étant rendue complexe par l'usage de substrat épais de diamant. Par ailleurs, nous nous attacherons à optimiser la sensibilité des dispositifs aux effets paramétriques. Une fois ces aspects résolus, nous mettons en œuvre un résonateur en bande X que nous caractériserons pour une comparaison exhaustive avec l'état de l'art pour le spatial et la défense.

La disponibilité de bases de données climatologiques de propriétés optiques spectrales de fonds de sol constitue un enjeu important dans de nombreuses thématiques tant civiles (réchauffement climatique, prédiction météorologique, processus écophysiologiques, hydrologie de surface ou évaluation de catastrophes naturelles) que militaires (traficabilité, préparation de mission ou surveillance stratégique). En effet, les indicateurs biogéophysiques caractéristiques de l'état de la surface peuvent être reliés à ces propriétés optiques, permettant in fine d'améliorer nos connaissances sur les processus régissant les interactions entre la surface (sol, végétation, mer) et l'atmosphère. Il existe des bases de données de réflectances de fonds de sol à couverture mondiale élaborées à partir de mesures satellitaires. Elles sont construites à partir de plusieurs années de données et permettent d'accéder à une bonne représentativité climatologique des propriétés optiques des fonds de sol, par contre leur couverture spectrale se limite au visible et à l'infrarouge jusqu'à 3 µm au maximum. Dans le cadre du PEA MIRA, une nouvelle base de données de propriétés optiques de fonds de sol couvrant le globe a été développée à partir d'une année de données MODIS. Cette base de données de réflectances et d'émissivités comporte 9 bandes spectrales entre 0.6 et 12.3 µm, pour un échantillonnage temporel de 8 jours et une résolution spatiale de 500 m (réflectances) et de 1 km (émissivité). En raison de sa couverture spectrale non continue, de son manque de représentativité climatologique et de sa taille importante, cette base est aujourd'hui difficilement exploitable. Cependant, elle constitue la première étape vers la génération d'une base de données globale de propriétés optiques de fonds de sol, couvrant l'ensemble du spectre entre 0.4 et 14 µm et climatologiquement représentative. L’objet du projet ECLIPS est donc de développer les méthodologies permettant de générer une climatologie spectrale de propriétés optiques de fonds de sol représentative des variabilités spatiale, temporelle et spectrale, à l'échelle du globe et à des résolutions compatibles des besoins à la fois civils et défense. Ces méthodologies seront appliquées à une portion du globe terrestre afin de démontrer la faisabilité du projet. Le produit final devra pouvoir être exploité par un code de transfert radiatif comme le code MATISSE développé à l'ONERA, ce qui implique un travail important sur le dimensionnement de la climatologie.

Ce projet se situe au carrefour de l'arithmétique et de la géométrie algébrique. Il vise à faire avancer de pair les aspects arithmétiques et géométriques de la théorie de Hodge $p$-adique en se concentrant sur deux grandes questions, parmi les plus ouvertes et les plus profondes, le programme de Langlands $p$-adique pour le côté arithmétique et la correspondance de Simpson $p$-adique pour le côté géométrique. Le programme de Langlands $p$-adique a vu le jour au tournant des années 2000 avec pour objectif de comprendre comment la théorie de Hodge $p$-adique côté représentations de Galois pouvait s'incarner côté représentations de $GL_n$ (elle est en effet essentiellement absente du programme de Langlands classique). Plus précisément, il s'agit de comprendre les représentations de $GL_n$ d'une extension finie de $Q_p$ portées par la cohomologie étale $p$-adique complétée d'une tour de variétés de Shimura. Ces représentations devraient au moins ``contenir'' la théorie de Fontaine des représentations galoisiennes $p$-adiques locales associées aux formes automorphes algébriques liées aux variétés de Shimura considérées (mais aussi à des formes automorphes $p$-adiques). Ce programme $p$-adique n'en est qu'à ses débuts (il est bien compris seulement pour $GL_2(Q_p)$) mais a déjà eu des applications profondes à des théorèmes de modularité. Notre objectif est de le développer et de le généraliser, en particulier de dégager des énoncés (éventuellement conjecturaux) qui vont largement au delà des résultats actuels. La correspondance de Simpson $p$-adique, initiée récemment par Faltings, vise à décrire toutes les représentations $p$-adiques du groupe fondamental d'une variété (propre et) lisse sur un corps $p$-adique en terme d'algèbre linéaire (modules de Higgs). La théorie en est encore à ses premières phases de développement, mais elle apparaît déjà comme une avancée théorique importante, ayant de nombreuses applications potentielles profondes aussi bien arithmétiques que géométriques (représentations galoisiennes $p$-adiques, cohomologie des variétés de Shimura, uniformisation $p$-adique,...). Notre projet vise à développer la correspondance $p$-adique sur le modèle de la théorie de Simpson complexe dont elle est inspirée. Nous nous proposons, en particulier, d'étendre son champ d'applications et de décrire le plus explicitement possible son image (ce qui correspond à la partie difficile des résultats de Simpson dans le cas complexe).

MEMOVE est un projet multi- et inter-disciplinaire qui a pour objectif de développer de nouveaux outils de modélisation mathématique et numérique, ainsi que de nouveaux protocoles expérimentaux pour la compréhension de l'électroperméabilisation par micropulses, de la cellule au tissu. Le consortium est composé de quatre partenaires aux compétences complémentaires: l'équipe projet INRIA MC2, qui est l'équipe porteur de projet et le Laboratoire de Mathématiques de Versailles ont acquis une grande expérience en modélisation ainsi qu'en analyse mathématique et numérique des équations aux dérivées partielles (EDPs), tandis que l'équipe Vectorologie et thérapies anticancéreuses UMR8203 (VAT lab) à l'Institut Gustave Roussy et le laboratoire de bioingénierie Ampère à Lyon ont une grande compétence en électroporation expérimentale ainsi que dans l'étude biochimique et numérique de l'influence des champs électromagnétiques sur les cellules et les vésicules. La modélisation de l'électroporation sera effectuée grâce à une forte interaction réciproque entre les expériences et les simulations numériques: les premières donnant les informations préliminaires à l'élaboration de modèles qui permettront de mettre en évidence les phénomènes prépondérants sur lesquels se focaliseront les nouvelles expériences. Le paramétrage des modèles d'EDP est le coeur du projet. Il sera effectué grâce à des techniques d'assimilation de données actuellement développées par MC2. A l'échelle de la cellule, il s'agira d'obtenir de nouveaux modèles cellulaires décrivant à la fois la perméabilisation membranaire par micropulses et les changements électrophysiologiques à l'intérieur de la cellule pendant le processus d'électroporation (flux ioniques, gonflement de la cellule...). De plus une analyse asymptotique rigoureuse sera effectuée pour étudier l'électropermeabilisation de cellules proches, tandis que parallèlement l'homogénéisation des modèles cellulaires fourniront un premier pas dans la compréhension de l'électroporation de populations de cellules en suspension de densité différentes. Du point de vue expérimental, de nouveaux microsystèmes seront développés, de façon à effectuer à la fois l'électroporation de vésicules et sa quantification en temps réel. Ces expériences mettront en évidence les particularités de l'électroporation cellulaire comparée à celle des vésicules. A l'échelle du tissu, MEMOVE propose de développer un modèle non-linéaire de conductivité tissulaire qui sera paramétré avec les expériences sur les pommes de terre et les foies de souris, grâce à des techniques d'assimilation de données basées sur la méthode POD. L'objectif final du projet, une fois que les outils de modélisation auront été obtenus, est de développer des outils de simulation numérique qui permettent l'optimisation de l'application du pulse sur de géométries réalistes de tissus, afin de proposer un code qui puisse être utile aux cliniciens traitant par électrochimiothérapie. Le maillage complet du corps humain développé par le laboratoire Ampère sera utile pour obtenir une optimisation robuste et fiable qui donne les meilleurs paramètres d'application des pulses. Les résultats in silico seront donnés aux expérimentateurs de VAT lab afin de les tester sur les petits animaux.

Le but de ce projet est l'obtention d'estimations spectrales, microlocales ou semi-classiques pour des opérateurs principalement non-autoajoints, et l'application de ces estimations à des problèmes dynamiques et d'évolution. Cela comprend en particulier des estimations de resolvantes, spectrales, pseudospectrales, numériques, de type loi de Weyl, ou sur les résonances. Les problèmes d'évolution peuvent être de type diffusion, dissipation, amortissement, propagation ou retour à l'équilibre, apparaissant en supraconductivité, en océanographie, en relativité, en théorie cinétique des gaz et plus généralement en physique mathématique. L'idée centrale du projet est de favoriser les interactions entre les chercheurs qui travaillent à l'obtention de ces estimations et ceux qui étudient ou modélisent des problèmes d'évolution.

Les câbles sont présents dans les systèmes électriques ou électroniques, de manière discrète car considérés comme peu importants : leur rôle est pourtant fondamental, (alimentation électrique ou transmission d’information). Cependant la maintenance est négligée et aucun système n’existe pour en fournir un diagnostic rapide et précis. L’exemple des transports : la course à plus de sécurité et de confort, plus les contraintes du développement durable, entraîne une augmentation de la part de l'électronique dans l'automobile. En trente ans, la longueur des câbles d’automobile a décuplé, passant à plus de 4000 mètres : le réseau d’interconnexion est considéré par les constructeurs comme un maillon faible pour les véhicules modernes. L’augmentation de complexité s’accompagne de l’augmentation du taux de pannes. Pour aider à la maintenance, les calculateurs embarqués dans les véhicules sont équipés de fonction d’autodiagnostic. Ceci a permis de voir que 70% des équipements renvoyés aux constructeurs étaient en état de fonctionnement. La panne venait d’autre chose… le faisceau de câbles et la connectique. L’exemple du secteur automobile n’est pas isolé. Les bâtiments et infrastructures ont des ordres de grandeurs supérieurs : 1000 km de câbles dans une centrale nucléaire, 5000 km dans un bâtiment moderne, et 50000 km le long des voies ferrées en France. Un domaine d’application est en train d’apparaître : les smart grids, réseaux d'électricité intelligents qui utilisent des technologies informatiques pour optimiser la production et la distribution ainsi que l'offre et la demande entre producteurs et consommateurs. Le diagnostic de câbles est fondamental dans ce domaine, pour le réseau principal de distribution et les réseaux secondaires. De quoi donner des cauchemars aux agents chargés de la maintenance. Car c’est bien de maintenance qu’il s’agit dans un premier temps : déceler les signes précurseurs d'un défaut de connexion filaire, localiser précisément l’endroit du défaut pour le réparer en un temps minimum, si possible sans interrompre le service. Le besoin d’un système de diagnostic – détection, localisation et caractérisation – de défauts dans un réseau de câbles est aujourd’hui présent pour de nombreuses applications. Ce besoin a été identifié il y a quelques années et a conduit au lancement de plusieurs projets, financés par l’ANR ou EUREKA : le projet SEEDS suivi de 0-DEFECT dans l’automobile, INSCAN pour les câbles le long des voies ferrées, VECADIS pour les câbles HTA enterrés... Ces travaux coopératifs ont permis de jeter les bases des méthodes de diagnostic de câbles – avec une preuve de faisabilité dans le cas des défauts francs (court-circuit, circuit ouvert) – et quelques résultats théoriques sur les problèmes inverses associés dans le cas des défauts non francs. Ils ont aussi permis d’en identifier les limites. Une des principales limites des méthodes, basées sur le principe de la réflectométrie, est la difficulté à détecter des défauts non francs (tels que rupture de brins, usure localisée de l’isolant, blindage percé) qui sont souvent les signes avant-coureurs de problèmes plus fâcheux. S’il était possible de détecter et localiser précisément ces défauts, cela aiderait à la maintenance préventive ou le pronostic. En effet, si l’information de défaut est importante, prévenir de l’apparition prochaine du défaut peut se révéler très avantageux. C’est le pronostic : détecter les prémisses de l’apparition d’un défaut pour prévenir la maintenance ou le superviseur afin d’augmenter la durée de vie et la fiabilité du système. L’objectif du projet SODDA est d’étudier, en alliant théorie et expérimentation, les signatures des défauts non francs et de concevoir des méthodes innovantes et adaptées à ces signatures a priori très difficiles à déceler. Le projet sera mené par un consortium académique, en proche contact avec un comité industriel chargé d’orienter les travaux vers des préoccupations réalistes et pertinentes.

La détection des ondes gravitationnelles primordiales est l’un des défis les plus importants de la physique expérimentale actuelle. Une manière d’y arriver est la mesure des modes B de polarisation du fond diffus cosmologique. Cependant, un manque important de certains composants limitent notre capacité à détecter ce signal. En effet, cette détection nécessite une grande immunité aux effets systématiques instrumentaux en plus de la sensibilité de la détection. Cette immunité peut être atteinte en considérant un assemblage particulier de composants très efficaces pour réaliser des architectures de détection avancées. La technologie planaire associée aux métamatériaux peut nous fournir des solutions précieuses pour pouvoir résoudre des problèmes allant de la miniaturisation des composants (pour les matrices de détecteurs) à la fabrication de composants très large-bandes pouvant réaliser des fonctions de couplage, de filtrage ou de modulation très rapide du signal. C’est la raison pour laquelle nous mettons un effort particulier sur une activité de Recherche et Développement en synergie avec trois laboratoires de recherches présentant des savoir-faire distincts et complémentaires. En effet, l’expertise de l’Institut d’Electronique Fondamentale dans le domaine des métamatériaux et des technologies de dépôt de couches minces constitue le point de départ de cette collaboration. Le laboratoire AstroParticule et Cosmologie possède des facilités de caractérisation vectorielle à des fréquences millimétriques et à 4K. Ces facilités de tests sont inévitables pour l’aboutissement du projet. De plus, ce même laboratoire constitue le lien avec la cosmologie observationnelle à travers son implication dans le projet QUBIC (Q and U Bolometric Interferometer for Cosmology). L’Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS) possède lui une expertise non moins nécessaire dans le domaine des détecteurs bolométriques. Ces derniers sont les plus sensibles dans les longueurs d’onde qui nous intéressent (1mm). L’IAS a donc le savoir faire nécessaire pour étudier, améliorer et caractériser le couplage entre les composants micro-ondes basés sur les métamatériaux et les bolomètres.

Ce projet vise à étudier expérimentalement plusieurs aspects des ondes non linéaires et de la turbulence en fluides stratifiés ou en rotation. L’objectif principal consiste à développer des expériences simples et bien contrôlées destinées à explorer et caractériser certains des principaux mécanismes physiques mis en jeux dans les écoulements géophysiques impliquant le transport, le mélange et/ou la turbulence dans l’océan. Les configurations idéalisées proposées dans ce projet comprennent l’auto-interaction d’un faisceau d’ondes inertielles ou internes, la génération d’écoulement moyen pouvant en résulter, le mélange induit par le déferlement d’ondes, et enfin la transition à la turbulence d’ondes. Le mélange et le transport de polluants, de composants biochimiques et de chaleur, et leur rôle dans l’équilibre thermique global de l’océan sont parmi les questions clefs concernées par ce projet. Le projet est mené par deux laboratoires partenaires, Fluides Automatique et Systèmes Thermiques - FAST (Université Paris-Sud, Orsay) et le Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure de Lyon. Ces deux laboratoires sont reconnus pour leur compétence dans les écoulements de fluides tournants et stratifiés, respectivement, ainsi que dans les méthodes expérimentales de pointes servant à étudier ces écoulements, comme la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV), La Fluorescence Induite par Laser (LIF) et la méthode de Schlieren Synthétique. Un ensemble d’expériences de laboratoire, fondées sur la plate-forme tournante « Gyroflow » à Orsay et sur le générateur d’ondes innovant dans les cuves stratifiées à Lyon, est proposé dans ce projet pour étudier les phénomènes physiques mis en œuvre dans certains écoulements géophysiques. Les ondes se propageant dans les fluides tournants ou stratifiés (respectivement ondes inertielles et ondes internes) sont gouvernées par une relation de dispersion anisotrope similaire. Il en résulte qu’elles ont en commun un certain nombre de propriétés, en ce qui concerne leur génération, leur propagation et leur réflexion. Cependant, ces deux systèmes d’ondes montrent certains comportements non linéaires très différents, comme par exemple le transport moyen ou certaines instabilités. Ces points communs et ces différences donnent une perspective originale à l’étude combinée que nous proposons, où la complémentarité de nos compétences respectives formera la base de notre collaboration. En considérant les systèmes tournants et stratifiés séparément et en les comparant, nous pensons pouvoir développer une meilleure compréhension des processus élémentaires mis en jeu dans l’atmosphère et l’océan. L’approche expérimentale présente plusieurs avantages pour ce projet : (i) les simulations numériques sont très exigeantes, à cause de la grande gamme d’échelles temporelles mises en jeu, entre les ondes rapides et les effets non linéaires lents ; (ii) les avancées récentes en techniques de mesures optiques, comme par exemple en PIV, ont rendu les expériences de laboratoire particulièrement performantes en termes de résolution spatiale et temporelle. Dans le cas des fluides en rotation, un système de PIV stéréoscopique sera développé dans le cadre de ce projet, permettant de sonder les caractéristiques 3D propre à ce système. Dans le cas des fluides stratifiés, les combinaisons PIV/Schlieren et PIV/LIF permettront de mesurer simultanément les champs de vitesse et de densité, dont l’interaction est au cœur de nombreux processus physiques dans les domaines de la géophysique et de l’environnement. La résolution spatiale de nos dispositifs permettra d’avoir accès aux grandeurs turbulentes, comme par exemple les viscosités et diffusivités turbulentes et les spectres spatio-temporels. En s’appuyant sur ces outils, nous pourrons étudier plusieurs aspects de l’interaction entre ondes inertielle/interne et turbulence, un sujet encore largement inexploré à ce jour.

La recherche sur la croissance, les propriétés physiques et l’intégration dans des dispositifs fonctionnels de nanofils (NF) ferromagnétiques (FM) s’est intensifiée ces dernières années. Leur aspect (diamètre de 10-100 nm, longueur pouvant dépasser 1 micron) confère aux NF des propriétés magnétiques originales, dominées par des effets de forme. Ces nano-objets pourraient ainsi être utilisés comme briques de base dans des dispositifs de stockage de l’information. Ils sont également intéressants dans le domaine de la spintronique : la structuration le long de leur axe (NF Co/Cu/Co, par exemple) a permis de mettre en évidence des effets de magnéto-résistance géante (GMR). Malgré les perspectives offertes par de tels objets, il reste encore des verrous à lever en vue de leur utilisation dans des dispositifs, comme par exemple leur intégration dans des hétérostructures fonctionnelles épitaxiales. Franchir une telle étape permettrait d’envisager des études originales en nano-spintronique. Des progrès peuvent également être réalisés sur la réduction de taille des NF, par le choix de la technique d’élaboration. Les méthodes utilisées le plus couramment permettent difficilement de réduire leur diamètre en dessous de ~5-7 nm. L’étude des propriétés magnétiques dans la gamme de dimensions 1-5 nm est novatrice et s’avère très excitante. Les méthodes courantes utilisées pour élaborer des assemblées de nanofils consistent à remplir les pores d’un gabarit avec un matériau ferromagnétique. Le gabarit est constitué de polymères ou d’alumine poreuse et le remplissage des pores s’effectue le plus souvent par électro-déposition. Ces techniques d’élaboration permettent notamment d’obtenir des assemblées de nanofils relativement ordonnées, des longueurs de fils élevées (supérieures au micron) ainsi que des nanofils hybrides, constitués d’empilements alternés de deux métaux (e.g. Co/Cu pour la GMR). Cependant, elles présentent certaines limitations : le diamètre des fils est supérieur à ~5-7 nm ; la densité des fils est assez élevée ; l’intégration épitaxiale est difficile. Nous avons démontré récemment la possibilité d’obtenir des assemblées de nanofils ferromagnétiques de diamètre très faible (3 nm). Ces NF se forment spontanément durant la croissance de couches épitaxiales de CeO2 contenant du cobalt déposées par ablation laser pulsée (PLD, pulsed laser deposition) sur SrTiO3(001). Ces résultats préliminaires prometteurs constituent le point de départ de ce projet. Etant donné ce contexte, les objectifs poursuivis par ce projet sont : -Elaborer des nanofils ferromagnétiques de diamètre compris entre 1 et 5 nm et étudier leurs propriétés électriques et magnétiques. Dans cette gamme de dimensions, le diamètre des nanofils est comparable ou plus petit que des longueurs physiques caractéristiques comme le diamètre critique de retournement par rotation cohérente ou la largueur des parois de domaine. Ceci fait des NF des objets très intéressants pour des études originales de nanomagnétisme. -Valider des stratégies d’intégration des nanofils dans des hétérostructures épitaxiales en vue de leur utilisation ultérieure en nano-spintronique. Ceci impliquera à la fois des études de croissance et de traitements post-croissance, comme par exemple : déterminer la stabilité des NF sous traitement oxydant et modifier leur aspect par des traitements thermiques (transformation d’un fils en chaîne de clusters via l’instabilité de Rayleigh ?).

L'objectif principal de ce projet est un développement majeur de la théorie de la transition entre états cohérents et états incohérents dans les systèmes quantiques fermés, et son application à un certain nombre de systèmes d'intérêt actuel en physique des solides. Une meilleure compréhension des ces systèmes est importante pour un certain nombre d'applications pratiques. Notre projet part d'une avancée théorique récente dans laquelle nous avons développé la méthode de cavité pour résoudre le problème de la formation et la destruction des états cohérents dans un modèle quantique extrêmement simplifié. Ce modèle peut être considéré comme un modèle simple de la transition supraconducteur-isolant induite par le désordre. La solution de ce modèle montre que , lorsque le désordre augmente, la supraconductivité est détruite. L'état qui en résulte est un `isolant faible' dans lequel les excitations de basse énergie sont cohérentes tandis que celles de hautes énergies ne le sont pas. Si on augmente encore le désordre, on rencontre une seconde transition de phase où toutes les excitations deviennent cohérentes (`isolant fort'). Une question ouverte essentielle, importante pour l'application de cette théorie aux systèmes de matière condensée, est de savoir si des versions plus élaborées de ce modèle conduisent à un diagramme des phases différent. En particulier, dans quel cas peut-on attendre une transition directe entre l'état ordonné et l'isolant fort, ou bien, à l'opposé, quand doit-on attendre la transition directe vers un état où toutes les excitations sont incohérentes, y compris celles de basse énergie. Un certain nombre de résultats expérimentaux semblent indiquer que les trois scénarios pourraient être possibles, et réalisés dans des systèmes physiques différents. Notre recherche, du côté théorique, va porter sur des développements de notre approche analytique récente, la simulation numérique de petits systèmes, et le développement de nouvelles approches théoriques. Nous allons appliquer la théorie que nous développerons à la description des données de spectroscopie tunnel sur des films de TiN obtenues par l'un d'entre nous, ainsi qu'à l'analyse de nouvelles données sur les réseaux de jonctions Josephson, actuellement en cours dans le groupe du Prof. Gershenson à Rutgers. Ce volet de notre recherche sera donc effectué en collaboration étroite entre les théoriciens et les groupes expérimentaux, il s'appuiera sur une combinaison de techniques analytiques et numériques. Un des objectifs de la théorie est d'arriver à décrire les caractéristiques courant-tension fortement non-linéaires observées, ce qui demande d'estimer de grands ordres de la théorie de perturbation et de la resommer. Un autre aspect de notre projet consistera en l'évaluation des temps de relaxation des systèmes à deux niveaux situés sur les surfaces isolantes des supraconducteurs. Ces systèmes à deux niveaux limitent les facteurs de qualité des résonateurs et le temps de cohérence des qubits supraconducteurs, la compréhension de cet effet est donc importante pour ces applications. Cette recherche sera aussi effectuée en contact étroit avec les groupes expérimentaux.

Les mouvements browniens contraints à ne pas se croiser, ou marcheurs aléatoires répulsifs, sont au coeur d'un certain nombre de modèles fondamentaux de mécanique statistique. Ils permettent une description unifiée du mouvement Brownien matriciel, de modèles de croissance stochastiques, de polymère dirigé en milieu aléatoire ou de facettes de cristaux. Dans ce projet WALKMAT nous proposons d'étudier ces modèles de marcheurs répulsifs dans deux nouvelles directions dont les objectifs sont : (i) de fournir une approche physique, utilisant les outils de la physique théorique, aux problèmes de fluctuations rares et extrêmes dans différents modèles statistiques, notamment dans le contexte des matrices aléatoires, et (ii) d'exploiter et de comprendre en détail les connexions entre ces modèles de marcheurs répulsifs et les théories de champ de jauge bi dimensionnelles, que les membres de notre projet ont récemment mises en évidence.

Le projet ADVICE (ADVanced applications of dIamond NV color CEnters) vise au développement de composants innovants dont les performances sont fondées sur les propriétés physiques uniques des centres colorés NV. Partant de leur fabrication dans le diamant monocristallin ultra-pur synthétisé par croissance CVD, le projet a trois objectifs principaux : l’implantation de centres NV uniques avec une résolution spatiale de 10 nm pour l’information quantique, la production d’ensembles de centres NV avec des temps de cohérence longs pour la magnétométrie, et la nanostructuration de cristaux de diamant de haute pureté pour réaliser des pointes AFM et des sources efficaces de photon unique. Le projet comporte deux partenaires académiques (LPQM / CNRS et ENS Cachan ; LSPM / CNRS et Université Paris-XIII) et deux partenaires industriels (Thales Research and Technology: TRT ; CEA LIST). Un partenaire allemand (Ruhr Universität Rubion) participera au projet sans être financé. Ensemble, les partenaires maîtrisent toute la chaine, de la production des centres NV dans le diamant CVD ultrapur par implantation ionique et allant jusqu'à leur utilisation pour des applications déterminées. Le LPQM coordonnera le projet. Il sera en charge de la tâche sur la magnétométrie de haute précision et s'impliquera dans d’autres tâches du projet telles que l’implantation des centres NV uniques et leur caractérisation par microscopie STED. Le LSPM sera en charge de la tâche sur la synthèse et la fourniture d’échantillons de diamant CVD avec des propriétés contrôlées et optimisées. De plus, le LSPM testera des techniques originales de croissance afin d’obtenir des densités élevées de centres NV ayant de longs temps de cohérence de spin. Thales sera en charge de l’implantation déterministe des centres NV uniques, obtenue grâce à la réalisation de masques par lithographie électronique. Thales contribuera aussi activement au développement du magnétomètre à haute sensibilité. Le CEA LIST sera en charge de l’ingénierie du diamant nano-structuré et du contrôle des effets de surface. Rubion est le spécialiste de l’implantation d’ions azote dans le diamant et il réalisera des irradiations variées pour optimiser le processus de création des centres NV par implantation. ADVICE est un projet de recherche fondamentale orientée vers les applications. Les propriétés uniques de cohérence de spin des centres NV, préservées à température ambiante, sont très prometteuses pour les capteurs "cohérents". Les tâches menées dans ce projet peuvent donner des résultats directement exploitables par les partenaires développant des applications industrielles : Thales et le CEA. Le magnétomètre de haute précision pourrait être intégré dans les détecteurs d’anomalies magnétiques , servir à l’imagerie 2D en spintronique ou pour le suivi d’échanges ioniques dans des cellules. Le projet peut aussi avoir des retombées dans d’autres domaines d’application liées à l’amélioration de la croissance CVD du diamant. Le silicium sur diamant est une technique qui permet de réduire les problèmes de chauffage rencontrés dans les microprocesseurs modernes, et les filtres à ondes de surface sur substrat de diamant ont des propriétés inégalées en termes de qualité et de bande-passante. Les résultats obtenus par les membres du consortium seront présentés dans des revues scientifiques et des conférences internationales. En parallèle, une attention particulière sera apportée à leur protection. Aucune publication ne sera faite sans l’accord préalable des partenaires et une recherche de brevetabilité. Ce point sera entériné au travers de l’accord de consortium que les partenaires signeront. En conclusion, le succès d’ADVICE conduira à un progrès majeur dans la compréhension et le contrôle des propriétés fondamentales des centres NV dans le diamant ultrapur ainsi que dans leurs applications. Le projet représente un investissement stratégique dans un domaine très prometteur de la technologie d’aujourd’hui.

Ce projet, d’une durée de 3 ans, vise à réaliser, en régime femtoseconde, le premier laser à rayons XUV par recombinaison dans la gamme du nm. Les récents progrès réalisés dans le domaine de la production de faisceaux lasers XUV par injection d’harmonique permettent en effet aujourd’hui d’envisager la démonstration du schéma d’inversion de population par recombinaison le long de transitions 3l-2l’ dans un plasma de néon lithiumoïde. Toutefois les difficultés expérimentales à surmonter pour mener à bien cette étude sont nombreuses et une approche multi-tâches est proposée pour les lever progressivement. L’originalité du projet, et son caractère ambitieux, réside en particulier dans la mise au point d’une véritable « chaine laser » dont le milieu amplificateur est créé par l’interaction et le guidage, sur plusieurs centimètres, d’un laser intense (doublé et/ou triplé en fréquence) avec un jet de gaz laminaire de densité proche de 1021 cm-3. Ceci implique un certain nombre de développements numériques et techniques mettant en jeu des technologies et des connaissances théoriques sophistiquées, pour la plupart développées et maîtrisées par les partenaires du projet. Le succès du projet repose en effet sur la mise en place d’une collaboration solide et durable entre cinq laboratoires français, internationalement reconnus en interaction laser-matière à haute intensité : le LOA, le CEA-Saclay, l’ISMO, le LPGP et le LULI, qui permet de réunit, outre des moyens techniques (codes numériques, accès privilégié aux installations SLIC et LOA, diagnostics IR et X….), des expertises uniques dans le domaine des lasers X et de leurs applications.

QUBIC est un concept instrumental novateur dédié à la recherche de la polarisation B du fond diffus cosmologique (CMB). Ce rayonnement est prédit dans le cadre des théories d'inflation comme résultant des perturbations tensorielles de la métrique (ondes gravitationnelles primordiales). Sa découverte serait une avancée considérable en cosmologie, ouvrant une nouvelle fenêtre sur l'Univers primordial. Le niveau des modes-B est directement relié au rapport tenseur/scalaire dont la valeur permet de distinguer entre le modèles d'inflation compatibles avec les données actuelles. La quête des modes B est l'un des défis de la cosmologie observationnelle moderne et plusieurs équipes, en particulier aux USA proposent des instrument (des imageurs). QUBIC est le seul projet européen de recherche de modes-B. QUBIC sera le premier interféromètre bolométrique, combinant les avantages des bolomètres en termes de sensibilité (limitée par le bruit de photons) à ceux de l'interférométrie en termes de contrôle des effets systématiques. Dans sa version finale, QUBIC comportera 6 modules de 400 cornets primaires. Un module comprend 400 cornets en configuration carrée, situés derrière la fenêtre d'un cryostat, servant à sélectionner les lignes de base (modes de Fourier) de l'interféromètre. C'est donc l'équivalent millimétrique de l'interféromètre de Fizeau avec 400 ouvertures. Le signal de ces cornets est réémis via des cornets secondaires vers un combineur optique situé dans le cryostat. Une lame demi-onde rotative module la polarisation. Finalement, une grille polarisante sépare le signal en ses deux polarisations qui se focalisent chacune sur un plan focal équipé de bolomètres. En interférométrie traditionnelle, l'observable est la visibilité dont la TF inverse est l'image synthétique. Notre observable est directement l'image synthétique, pour les paramètres de Stokes Q et U (après démodulation de la rotation de la lame-demi onde). Notre instrument peut donc être utilisé comme un imageur synthétique, en scannant le ciel (et en récupérant ainsi le paramètre de Stokes I), en fabricant des cartes et en reconstruisant les spectres angulaires polarisés à partir de ces dernières. Notre lobe est cependant significativement différent de celui d'un imageur (formé par les cornets et le telescope) puisqu'il est le résultat des modes de Fourier selectionnés par les cornets d'entrée. La sensibilité d'un tel instrument est comparable à celle d'un imageur alors que le contrôle des effets systématiques sera amélioré par sa nature interférométrique. Le lobe synthétique peut être connu très précisément grâce à deux techniques. La première st classique: observer une source ponctuelle (un calibrateur externe) et reocnstruire des cartes de lobes. La seconde est spécifique à notre instrument et se base sur sa nature interférométrique: on observe la source de calibration avec chacune des paires de cornets possibles (en utilisant des interrupteurs en guide d'onde pour fermer alternativement certains cornets) et on utilise la redondance de nos lignes de base pour reconstruire les paramètres des effets systématiques (gains, couplages de polarisation, position des cornets) pour chaque canal (cornet et bolomètre) séparément. Ces paramètres sont alors pris en compte dans l'analyse de données, qui bénéficie donc d'un niveau supplémentaire de contrôle des effets systématiques par rapport aux imageurs. La présente demande vise à financer la contribution française au premier module de QUBIC (permettant de contraindre un rapport tenseur/scalaire de 0.05 à 95% C.L. en un an) qui comportera 400 cornets primaires à 150 GHz et deux plans focaux de 1024 TES. La France est leader du projet et nous sommes impliqués dans la simulation et l'analyse de données, la chaîne de détection, la fabrication des cornets et interrupteurs de guide d'onde et dans l'intégration finale.

Il est aujourd’hui bien établi que la fonction des protéines est intimement liée à leur dynamique structurale. Cette dynamique trouve sa source dans des changements structuraux locaux de la protéine, dont les temps caractéristiques sont ceux des vibrations des molécules. Ces échelles de temps ne sont pas accessibles par les techniques usuelles de détermination de structure que sont la RMN ou la diffraction de rayon X. Et, parce qu’elle permet d’observer la dynamique vibrationnelle ultra-rapide des molécules lors de processus chimiques ou biologiques, la spectroscopie femtoseconde à 2 dimensions s’est imposée lors de la dernière décennie comme une technique puissante d’observation de ces phénomènes. En parallèle, des méthodes de façonnage d’impulsions dans l’infrarouge moyen ont été développées, ouvrant la voie à des techniques de contrôle direct des vibrations moléculaires, offrant ainsi de nouvelles perspectives d’étude de dynamique structurale des protéines. Par ailleurs, de récents modèles théoriques, basés sur des mélanges de calculs quantiques et classiques, permettent aujourd’hui de sonder des processus dynamiques complexes, prenant en compte un environnement riche d’un grand nombre d’atomes et d’interactions multiples. L’objectif de cette proposition de projet est de parvenir au contrôle cohérent vibrationnel d’un ligand diatomique comme le monoxyde de carbone (CO), au sein de différentes hémoprotéines. Une telle technique permettra d’investiguer la surface d’énergie potentielle de liaison de ces protéines, encore mal connue, et impliquera alors une meilleure compréhension de la dynamique vibrationnelle. Atteindre ce but n’est envisageable qu’à condition d’une collaboration conjuguant des efforts théoriques, expérimentaux, et technologiques. Afin de mener à bien ce projet, il sera en effet nécessaire de disposer d’une technologie de façonnage d’impulsion femtoseconde dans le moyen-infrarouge performante au point de rendre possibles les expériences de contrôle cohérent envisagées. Puis, de nouveaux modèles théoriques devront être élaborés, incluant d’une part la nature quantique du système, et d’autre part la dynamique moléculaire classique de molécules complexes comme les hémoprotéines. Ces méthodes seront alors confrontées aux résultats expérimentaux, obtenus en régime perturbatif à l’aide de la spectroscopie multidimensionnelle tout d’abord, puis issus d’expériences de contrôle cohérent vibrationnel en forte intensité à l’aide d’impulsions façonnées. La molécule CO, comme ligand lié aux hémoprotéines, constituera le système expérimental à partir duquel nous élaborerons notre méthodologie. En effet, malgré leur complexité, les protéines présentent des environnements plus homogènes pour l’activité dans le moyen-infrarouge que des systèmes plus simples. De plus, les ligands des hémoprotéines peuvent être facilement dissociés à l’aide d’impulsions visibles, impliquant que la molécule CO peut également être un sujet d’étude de l’environnement protéinique en d’autres points intéressants, comme le site d’accueil. En résumé, l’objet de cette proposition, via la compréhension profonde et détaillée de la dynamique de l’interaction ligand-protéine, est l’étude approfondie du fonctionnement des protéines. Notre proposition de recherche est une collaboration impliquant quatre partenaires : le Laboratoire d’Optique et Biosciences (LOB), de l’école Polytechnique, à Palaiseau, le Laboratoire Collisions, Agrégats et Molécules (LCAR) de l’université Paul Sabatier de Toulouse, l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO) de l’université Paris-Sud 11 à Orsay et la société FASTLITE dont le laboratoire de recherche est aussi situé à Orsay.

Le but de ce projet est le développement de nouvelles familles d’acides de Brønsted chiraux pour des applications en organocatalyse asymétrique. Les structures originales ciblées sont des acides phosphoriques possédant comme source de chiralité une chiralité plane, à savoir un Ferrocénophane tétrasubstitué ou un paracyclophane. A notre connaissance, des acides de Brønsted à chiralité plane n’ont jamais été utilisés en organocatalyse. Ces nouveaux acides vont pouvoir être synthétisés selon des approches synthétiques simples et efficaces, qui permettront une modification rapide de leurs propriétés stéréo-électroniques. Des études théoriques prédictives vont être utilisées dans ce projet pour guider les synthèses des nouveaux squelettes et pour mieux rationaliser le lien entre les excès énantiomériques obtenus dans des réactions tests et la structure tridimensionnelle des catalyseurs. Notre premier objectif est donc de trouver et de mettre en œuvre des méthodes synthétiques efficaces afin de synthétiser une petite librairie de nouveaux acides phosphoriques chiraux. Dans une deuxième partie, ces acides seront testés dans des réactions d’organocatalyse modèles afin de pouvoir comparer nos nouveaux catalyseurs avec ceux déjà existants, tant au niveau de l’activité catalytique que de l’enantiosélectivité. Nous les utiliserons ensuite dans des réactions qui ne sont pas encore maitrisées, et qui pourtant possèdent un fort potentiel synthétique, telles que certaines réactions de Friedel-Crafts ou les cyclisations de type Nazarov. Durant toute la période d’optimisation des réactions précitées, des calculs DFT viendront supporter la conception des nouveaux catalyseurs, ainsi que l’étude de leurs modes d’activation et des mécanismes des réactions envisagées.

Certaines phycotoxines marines (spirolides et gymnodimines) produites par des dinoflagellés peuvent être transférées et concentrées dans les fruits de mer puis, par transport vectoriel, atteindre les animaux marins et les êtres humains. En 2005, les spirolides ont été détectés dans les huîtres et les moules du bassin d'Arcachon en France, ce qui a conduit les autorités sanitaires à interdire leur commercialisation provoquant ainsi de fortes pertes économiques pour la filière conchylicole (350 entreprises). Jusqu’à présent ces toxines marines étaient détectées par l’injection d’extraits de crustacés ou d’huîtres à des souris de laboratoire, la mort des souris traduisant la présence de toxines. Ce test, très controversé du fait de sa spécificité et sa sensibilité modestes, a été abandonné en janvier 2010. De plus, aucune étude toxicologique n’a été réalisée à ce jour afin de déterminer l’impact à long terme des spirolides sur la santé humaine. Une des raisons à cela est la difficulté à isoler les spirolides naturels avec des rendements suffisants pour en permettre leur étude. En raison de leurs structures chimiques complexes et de leurs propriétés biologiques, certains spirolides et une gymnodimine font l’objet d’intenses recherches en chimie fondamentale. Récemment il a été montré que le 13-desmethyl spirolide C était le composé le plus actif de la famille des spirolides et qu'il présentait des propriétés d'antagoniste des récepteurs nicotinique de l'acétylcholine avec une faible spécificité pour un sous type de récepteur. Des fragments de spirolides ont été synthétisés, mais aucune synthèse totale de spirolide n’a encore été décrite. L'objectif de ce programme de recherche est de réaliser la synthèse totale du 13-desmethyl spirolide C en utilisant une stratégie de synthèse originale tout en développant des stratégies innovantes convergentes et efficaces pour construire les fragments nord et sud. Le fragment nord qui comporte un motif spiroimine sera synthétisé selon un approche basée sur une réaction d'allylation asymétrique décarboxylative ainsi que sur une réaction de cycloaddition [3+2] d'un azide avec une double liaison. Le fragment sud caractérisé par un motif bis-spirocétal sera synthétisé en utilisant une réaction de sila-Setter. Les fragments nord et sud seront assemblés grâce à un couplage de Nozaki-Hiyama-Kishi. Le macrocycle sera formé en utilisant une réaction de fermeture de cycle par métathèse. Les résultats obtenus au cours de ce programme contribueront à l'élaboration de nouvelles méthodes en synthèse organique pour accéder à des squelettes originaux. Ils devraient fournir un accès à de plus grandes quantités de complexes macrocycliques marins rares et fournir notamment du 13-desmethyl spirolide C aux biologistes, pour réaliser des études toxicologiques. Finalement, comme objectif à long terme, ils permettront de contribuer au développement d'un nouveau test, plus sensible, précis et pratique que ceux utilisés précédemment pour détecter les spirolides dans les échantillons de fruits de mer.

Le but de ce projet de recherche est de développer la chimie des complexes NHC-composés du groupe principal de manière significative. L'objectif est de mettre au point des nouveaux réactifs et catalyseurs pour des transformations de chimie organique. • Nous désirons renforcer notre compréhension de la chimie des complexes NHC-borane. Ces derniers posent encore des problèmes sans solution, par exemple leur hydroboration. De même, leurs réactivités ionique et organométallique sont restées au stade de la preuve de concept. Elles méritent donc qu'on y apporte plus d'attention. Nous rechercherons également d'autres classes de carbènes que les NHC pouvant complexer le bore. • Il existe quelques articles épars traitant de la chimie des complexes NHC-Si, principalement en chimie des polymères. Cependant, l'analyse systématique de l'interaction NHC-Si n'a à notre connaissance pas été faite. C'est l'un des objectifs de ce projet. Le fait que Si soit un élément du groupe 14 pouvant conduire à des espèces hypervalentes pourrait ouvrir la voie à des processus organiques catalytiques. • Enfin, les silaboranes combinent les deux éléments précédemment étudiés. Il nous apparait important d'étudier leur réactivité vis-à-vis des NHCs afin de déterminer si les réactivités de chacun des éléments peuvent également être combinées pour conduire à de nouvelles réactions.

Le projet BIOOPOM consiste en l’élaboration d’une nouvelle classe de matériaux moléculaires multifonctionnels comportant des entités polyoxométallates (notées POMs et définies comme des oxydes moléculaires contenant des polyèdres {MOx}, où M = V(IV,V), Mo(VI), W(VI)…) sur lesquels sont greffés de manière covalente des ligands organiques fonctionnels. Cette classe de molécules offre l’opportunité d’accéder, et ce à partir d’une même famille de composés hybrides, à deux propriétés fondamentales : le photochromisme d’une part et l’activité anticancéreuse d’autre part. Ce projet est né de résultats récents et particulièrement prometteurs basés sur l’étude d’un composé POM Mo(VI)/bisphosphonate dont les propriétés optiques et biologiques ont été publiées à la fin de l’année 2010 (Chem. Commun. 2010, 46, 7733 et Chem. Eur. J. 2010, 16, 13741 respectivement). Premièrement, il doit être souligné qu’à l’état solide les performances des POMs dans le domaine du photochromisme, en termes de vitesse de coloration comme de contraste, peuvent rivaliser avec celles des composés photo-actifs purement organiques. Dans le cas des POMs, le mécanisme impliqué a pu être rationalisé en termes de transfert d’électron intramoléculaire, couplé à un transfert de proton entre un groupement organique et le POM. Mais à ce jour, les seuls composés efficaces consistent en des systèmes comportant des contre-ions organoammoniums (COAs) dont le rôle est fondamental. Ainsi, ces composés ioniques peuvent être considérés comme extrinsèquement photochromes dans le sens où la propriété photochromique ne dépend pas exclusivement du bloc POM, mais est profondément dépendante de l’interface POM/COAs, difficilement contrôlable lors des processus d’auto-assemblages. Nous proposons ici de développer une famille de composés POMs intrinsèquement photochromes. Notre stratégie consiste à greffer de façon covalente un groupement organique donneur de proton sur le cœur inorganique. Une telle approche doit permettre d’optimiser le transfert de proton. De plus, de façon importante, cela doit permettre l’élaboration de matériaux comportant des contre-ions organiques fonctionnels comme des spiropyranes cationiques, une famille de composés photochromes, et d’ainsi accéder à des systèmes multi-couleurs. Des dérivés de ligands bisphosphonates (BPs) de formule générale [O3PC(OH)(R2)PO3]4-, où R2 est un groupement amino capable de former des liaisons hydrogènes, seront synthétisés et leur réactivité avec des ions Mo(VI) étudiée. Le but ultime de cette partie du projet est d’élaborer la famille de POM photochrome la plus performante, c’est à dire possédant de grandes vitesses de coloration et une large palette de couleurs. Par ailleurs, les POMs sont depuis longtemps étudiés pour leurs propriétés biologiques. Néanmoins, il n’existe à ce jour aucune étude médicale impliquant des POMs sur lesquels sont greffés des ligands eux-mêmes actifs biologiquement. La seconde partie du projet est basée sur l’étude de composés associant au sein de la même molécule des ligands BPs, une classe de médicaments largement utilisée dans des traitements anticancéreux, et des entités POMs, qui peuvent également posséder une activité biologique. D’un point de vue chimique, la famille de composés à développer est donc extrêmement proche de celle décrite ci-dessus. Les composés BPs les plus actifs décrits dans la littérature seront synthétisés et leur réactivité avec les ions Mo(VI), mais également W(VI) et V(IV,V), étudiée. Leur activité vis-à-vis de trois types de cellules cancéreuses sera testée de façon systématique. Un des buts de ce projet sera la mise en évidence d’un éventuel effet synergétique entre le POM et le BP, ainsi que la compréhension des mécanismes impliqués. Mais le but final est de déterminer la combinaison POM/BP possédant l’activité la plus forte, ceci en affinant la composition des espèces considérées en fonction des résultats obtenus par les différents groupes impliqués dans ce projet.

Ces dernières années, des efforts importants ont été consacrés à la mise au point de nouvelles méthodes de délivrance de médicaments précisément au niveau de l’organe atteint. Une stratégie prometteuse consiste à déclencher le relargage du médicament sous l’action de la lumière. La drogue peut être liée à une molécule porteuse pour donner une prodrogue, ou encapsulée dans une nanoparticule poreuse. L’irradiation de la prodrogue au niveau de l’organe cible doit conduire rapidement à la coupure de la liaison entre la drogue et la molécule porteuse. Dans le cas des nanoparticules, la lumière doit déclencher rapidement l’ouverture des nanoparticules, et donc la diffusion du principe actif. La liaison chimique impliquée dans l’assemblage de ces objets détermine la difficulté de synthèse ou de préparation, mais aussi les propriétés de relargage. Les méthodes chimiques décrites à ce jour pour la fabrication de tels systèmes rendent les synthèses complexes, ou sont caractérisées par une cinétique de libération non optimale. Récemment, l’IBL a mis au point une nouvelle stratégie appelée click-unclick (CC) qui permet dans un premier temps la liaison contrôlée de la drogue à la molécule porteuse (un peptide) et par la suite la libération rapide du principe actif. La stratégie CC met en jeu d’abord une nouvelle réaction de chimie « click » qui permet l’assemblage contrôlé, chimiosélectif, de la prodrogue. La réaction click étant chimiosélective, l’assemblage de la prodrogue est grandement simplifié comparativement aux méthodes existantes. Cette même liaison sert dans un deuxième temps à séparer (unclick) le principe actif de l’élément porteur. A ce jour, la stratégie CC a été validée en utilisant un déclencheur biochimique (endopeptidase) ou chimique (changement de pH). L’objectif de ce projet est de déclencher l’étape « unclick » par photochimie, et d’utiliser cette méthode pour concevoir de nouveaux systèmes de prodrogue et de nanovalves contrôlées photochimiquement. Les nanovalves vont être assemblées en fermant les pores des nanoparticules à l’aide de dendrimères. Dans ce cas, la chimie click-unclick va servir dans un premier temps à boucher les pores des nanoparticules, pour emprisonner le principe actif, et dans un deuxième temps à couper le lien dendrimère-nanoparticules pour permettre au principe actif de diffuser localement. Le projet demande le développement de nouvelles chimies pour faciliter l’obtention des éléments à assembler. Ce projet très innovant sous différents aspects doit être considéré comme une preuve de concept. Une fois les systèmes assemblés et validés, nous demanderons des financements pour pourvoir étudier leurs propriétés biologiques (les essais biologiques pertinents sont déjà maîtrisés par l'équipe IBL).

Les produits naturels ont toujours été une source de médicaments ou de candidats-médicaments. En particulier dans le traitement contre le cancer, de très importantes molécules ont pu voir le jour suite à leur découverte à partir du milieu naturel. Les exemples les plus connus en France sont les taxoïdes et les alcaloïdes de Vinca isolés respectivement de l’if et de la pervenche de Madagascar (ex : Taxotere et Navelbine). En parallèle de la recherche de produits naturels d’origine terrestre qui continue d’être une source majeure de nouveaux candidats médicaments, des produits naturels d’origine marine montrant des diversités fonctionnelles variées sont également à l’origine de médicaments notamment anticancéreux (Cytarabine ou Yondelis). Les écosystèmes fragiles et complexes dans lesquelles sont isolés ces produits d’origine marine ne permettent pas une culture intensive pour l’extraction. La seule solution envisageable est la synthèse totale mais la tache est malaisée du fait de la complexité structurale de ces molécules, ce qui signifie que l’obtention de ces produits naturels d’origine marine doit s’inscrire dans un programme de recherche ambitieux. Les amphidinolides sont un groupe de produit naturels d’origine marine isolés des dinophlagellés Amphidinum sp. Kobayashi et al. ont caractérisé plus de 30 membres de cette famille depuis 1986, la plupart montrant une cytotoxicité potentielle contre des lignées de cellules humaines cancéreuses. Les synthèses de plusieurs membres de cette classe ont été rapportées, dont plusieurs ont permis une réattribution de leur stéréochimie. L’amphidinolide C est l’un des membres les plus cytotoxiques de cette famille, montrant des cytotoxicités in vitro de 5.8 et 4.6 ng/ml contre le lymphome murin L1210 et les cellules KB de carcinomes epidermoïdes respectivement alors que ses congénères de structures très semblables, les amphidinolides C2 et F ont une activité 1000 fois réduite sur ces mêmes cellules. Déjà plusieurs travaux rapportant les efforts dans la synthèse des amphidinolides C, C2 et F ont été publiés, sans que leurs synthèses totales n’aient été toutefois accomplies. L’objectif principal de ce projet est de synthétiser les amphidinolides C, C2 et F à travers une stratégie convergente à 3 fragments dont un a été récemment préparé. Les motifs THF présents dans ces molécules seront notamment synthétisés par des méthodologies développées au laboratoire. Au delà de cet objectif prioritaire, d’autres objectifs secondaires seront abordés. Nous devrons élaborer une stratégie efficace pour être capable de préparer les amphidinolides C, C2 et F en grande quantité pour mieux évaluer leur potentiel anticancéreux. Une évaluation biologique d’intermédiaires avancés et d’analogues sera réalisée. Des études RMN permettront de confirmer ou non la structure des produits naturels et de déterminer leur conformation en solution.

La construction d’édifices moléculaires de complexité croissante par assemblage contrôlé de briques moléculaires et/ou la création contrôlée de liaisons C-C et C-hétéroatome est l’un des défis majeurs de la chimie du XXIème siècle. Le chimiste-architecte de la matière dispose d’un outil puissant, moteur d’innovations au cœur des enjeux sociétaux et de la stratégie nationale d’innovation et de recherche : la catalyse. Si les évolutions émergeantes de la catalyse comme la catalyse combinée ou l’association de systèmes catalytiques apportent de nouvelles solutions, d’importants verrous scientifiques restent à contourner pour générer une coopérativité accrue entre les systèmes catalytiques au sein d’une même séquence réactionnelle. Le projet P2MOC cible la conception de nouveaux systèmes catalytiques multitâches, polyvalents, comportant de multiples sites d’activation différents au sein du même système catalytique et combinant les avantages et bénéfices de l’organo- et de la métallo-catalyse. Le défi principal consiste à développer une plateforme de promoteurs uniques basée sur le motif pyridylmethylamine. Dans ce contexte, les critères multiples de sélectivité, efficacité et créativité seront associés au principe de robustesse général pour l’élaboration de cette famille de promoteurs. Ces derniers sont susceptibles d’activer un substrat ou de coordiner un métal afin de réaliser une succession de réactions organo- et/ou métallo-catalysées, de façon séquentielle ou en tandem. L’intérêt du choix de la famille des pyridylalkylamines ciblées réside dans le grand nombre de modulations accessible aisément. Ainsi, hormis les classiques modulations de contraintes stériques par des groupements de taille variable (aromatiques, aliphatiques cycliques ou non) et le jeu des stéréochimies relatives entre substituants, des sites acides, basiques, chélatants ou non, pourraient être modifiés permettant un habillage à la carte de la famille de promoteurs. L’un des avantages au développement de promoteurs bi- (ou poly-)fonctionnels azotés est qu’ils permettent de pallier l’utilisation de 2 catalyseurs distincts, amine primaire – amine secondaire par exemple, en intégrant les 2 fonctionnalités sur le même promoteur. Le rôle de chaque fragment peut être modulé et même inversé en passant simplement par la forme acide ou basique des fonctions présentes sur la plateforme. Plusieurs réactions et/ou associations inédites de réactions sont ciblées pour illustrer le concept. Ainsi, la formation d’aziridines suivie de leurs utilisations et ouverture à l’aide du même système catalytique, les combinaisons d’une réaction de type Friedel-Crafts ou de Heck et d’une réaction de Henry au sein de la même séquence sont des exemples envisagés. Les différentes méthodologies mises au point seront appliquées à la préparation de molécules plus complexes, bioactives ou à application pharmaceutique potentielle en série indolique, diazépine ou à motif biarylique.

Les imogolites sont des nanotubes d'aluminosilicate naturels de 2 nm de diamètre et jusqu'à plusieurs microns de longueur. Depuis peu, il est possible de produire de grandes quantités d'imogolites synthétiques ayant un diamètre de 2 à 4 nm, des morphologies différentes (simple ou double paroi) et une longueur de 10 à plus de 1000 nm. Ces nanotubes de synthèse sont parfaitement dispersés dans une solution et il est possible d'envisager de nombreuses modifications physico-chimiques de leur surfaces externes et internes ainsi que de leur parois. Dans le projet HIMO2 nous prévoyons i) d'étudier les modifications des imogolites pour produire des nanotubes hybrides (hydrophobes, magnétiques ...) et ii) d'utiliser une réaction de couplage bout-à-bout originale permettant d'obtenir des hybrides multi-blocs. Les propriétés physico-chimiques de ces imogolites hybrides seront ajustées dans l'optique de parvenir à leur auto-assemblage sous la forme d'une membrane dans laquelle les nanotubes sont orientés perpendiculairement à la surface. La production d'une telle membrane à base d'imogolites est actuellement un défi. En cas de succès, ces membranes trouveront sans aucun doute des applications très prometteuses pour la nanofluidique, la nanofiltration, les cellules solaires nanostructurées ou encore les membranes de pile à combustible. Les laboratoires impliqués dans le projet ont récemment obtenu plusieurs résultats importants dans le domaine de la recherche sur les imogolites (synthèse en grande quantité, découverte des nanotubes à double paroi, forme des précurseurs de synthèse, mécanisme et modélisation cinétique de la croissance...). Nous avons également développé une plateforme de caractérisation et une expertise sur les imogolitesau cours des dernières années. Nous avons l’ambition d'adapter ce savoir-faire au cas des imogolites hybrides et des membranes à base d'imogolites. Ce projet résulte de la volonté de notre consortium de développer les connaissances fondamentales utiles pour l'auto-assemblage des nanotubes d'imogolites. C'est également l'opportunité de soutenir la création d'un leadership international reconnu dans ce domaine.

Les propriétés physiques originales des mousses liquides en ont fait un sujet d’étude fondamentale très riche ces trente dernières années. Des progrès rapides ont été réalisés concernant la structure, la stabilité, le drainage et la rhéologie des mousses. L’importance de la composition physico-chimique de la mousse s’est révélée très importante. Cela est particulièrement vrai pour les propriétés dynamiques des mousses, quand la nature des agents stabilisants confère des propriétés de visco-élasticité aux interfaces gaz/liquide. Cette visco-élasticité de surface est couplée aux écoulements de liquide dans le squelette de la mousse, ce qui rend le comportement mécanique de la mousse très complexe. Essayer d’établir le lien entre la physico-chimie des mousses et leurs propriétés dynamiques est actuellement un domaine de recherche très actif dans la communauté internationale. Les applications industrielles des mousses liquides sont de plus en plus nombreuses et touchent les domaines les plus variés, des produits alimentaires à la récupération du pétrole. En outre, la plupart des mousses solides, dont la production atteint des millions de tonnes chaque année, sont fabriquées à partir de mousses liquides. Grâce à la compréhension et au contrôle accrus des propriétés physiques et physico-chimiques des mousses liquides, de nombreuses applications connaissent de profonds changements, dans le domaine médical ou militaire par exemple. Cette situation amène les industriels à chercher de nouveaux outils pour contrôler et analyser ces nouveaux produits. Les techniques actuelles ne satisfont pas à tous les besoins, et la plupart sont trop lentes. Les mondes industriels et académiques font donc face à un besoin croissant de nouvelles techniques, versatiles et rapides, pour sonder les mousses liquides. C’est la raison pour laquelle le projet SAMOUSSE propose de développer une sonde acoustique pour les mousses liquides, en menant en parallèle les études fondamentales et technologiques nécessaires. Les techniques acoustiques offrent de nombreux avantages pour la caractérisation des matériaux puisqu’elles procurent une multitude d’informations tout en étant rapides, transportables, peu chères et non intrusives. Des sondes acoustiques pour certains milieux diphasiques, tels que les émulsions, sont déjà répandues. Cependant, contrairement aux émulsions, les mousses liquides ont des propriétés acoustiques encore mal connues. Si des indications bibliographiques et nos expériences préliminaires se montrent très prometteuses quant au développement d’une sonde acoustique, une étude fondamentale détaillée reste nécessaire et elle est une part importante de ce projet. Le projet SAMOUSSE est un projet ambitieux qui nécessite de réunir des compétences dans de nombreux domaines : production et analyse des mousses liquides, rhéologie interfaciale, acoustique des milieux multiphasiques. Ces compétences, reconnues internationalement, sont toutes réunies dans les trois laboratoires de recherche académique partenaires du projet. Le quatrième partenaire est un industriel déjà présent sur le marché de l'instrumentation pour les mousses. Ce partenariat entre le milieu académique et industriel garantira le transfert technologique et le développement industriel de la sonde acoustique. SAMOUSSE nous paraît intervenir à un moment approprié au vu non seulement des besoins croissants dans le monde industriel, mais également de la question centrale des propriétés dynamiques des mousses, encore mal cernées à hautes fréquences, et qui sont l’objet d’une intense activité de recherche actuelle. L'acoustique est un angle privilégié pour aborder cette question. Un financement par l’ANR sur 4 ans donnerait au partenariat impliqué dans ce projet les moyens de se structurer pour à la fois mener les études fondamentales sur les propriétés acoustiques des mousses liquides et les appliquer pour aboutir à la conception du premier prototype de sonde acoustique des mousses liquides.

La compréhension des processus d’inflammation de combustibles demeure une question fondamentale et pratique de la recherche en combustion. Bien que le principe de l’allumage par étincelle ou de l’autoallumage soit couramment utilisé dans l’industrie automobile, l’utilisation de décharges par plasma peut être très bénéfique, notamment dans le cas de mélanges pauvres ou dilués, ou encore d’écoulements à grande vitesse de mélanges combustible/air basse pression (par ex. écoulements supersoniques). Le projet PLASMAFLAME est dédié à l’étude fondamentale, expérimentale et numérique, de l’effet d’un plasma hors-équilibre basse-température sur les processus de combustion. L’incidence d’un plasma hors-équilibre sur l’inflammation et la propagation de flamme est due à l’interaction de phénomènes physico-chimiques complexes. La description détaillée des processus de combustion assistée par plasma nécessite des connaissances approfondies en physique des décharges plasma, hydrodynamique et cinétique chimique. Le projet s’appuie sur la mise en place d’expériences dédiées à l’obtention de données quantitatives sur les concentrations espèces actives produites par la décharge et sur les délais d’inflammation et à la compréhension de l’impact de l’hydrodynamique sur l’interaction flamme/plasma, en s’appuyant notamment sur des simulations numériques détaillées. Les expériences seront réalisées dans des réacteurs de décharge plasma nanoseconde et des machines à compression rapide permettant de couvrir un domaine de « basse » température (max de l’ordre de 1000K) et de haute pression (5-40 bars). L’analyse de la décharge et de la combustion sera résolue en temps ; la durée totale de la décharge est de plusieurs ordres de grandeur plus courte que le délai d’inflammation. Les mesures seront réalisées in situ avec une haute résolution spatiale et temporelle (échelle de temps de la ns à la ms). La cinétique chimique de la décharge et de l’inflammation assistée par plasma sera analysée en détail. Des codes numériques décrivant l’inflammation assistée par décharge et l’interaction hydrodynamique plasma/flamme dans un domaine basse température/haute pression seront développés. Enfin, l’ultime finalité du projet concernera la mise en place du processus de décharge-plasma dans un moteur réel, en vue de l’étude de son impact sur la combustion. En plus de son ambition scientifique fondamentale, l’impact du projet proposé devrait être important dans d’autres domaines. En particulier, la meilleure connaissance des principes de l’inflammation et de la combustion assistée par plasma seront bénéfiques pour promouvoir la recherche sur les plasmas haute pression en France, ouvrant ainsi un large éventail d’applications comme l’inflammation et la stabilisation de flamme dans des réacteurs à écoulement, le contrôle de la combustion en régime pauvre, l’autoinflammation dans les moteurs HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) etc. La dissémination des résultats à l’échelle internationale sera garantie par une participation active des partenaires du projet (chercheurs, doctorants etc) à des congrès nationaux et internationaux.

Les cellules betavoltaïques sont des sources électriques prometteuses pour les systèmes micro-electro-mécaniques (MEMS), les capteurs environnementaux embarqués, les stimulateurs cardiaques et les implants biomédicaux, les applications spatiales et tout système électronique où la taille, et/ou l’accessibilité sont un problème. Les cellules betavoltaïques autorisent de fortes densités de puissance (400 mW/cm3 ou 3.80 mW/kg pour 63Ni), peuvent résister à des conditions extrêmes et avoir une durée de demi-vie très longue (100 ans pour 63Ni). Ces cellules sont équivalentes, en terme de puissance par unité de volume, aux piles alcalines et peuvent fonctionner de façon continue et sans danger sur des périodes de plusieurs dizaines d’années sans recharge. Les sources?betavoltaiques sont réalisées à partir d’une structure p-i-n équivalente à une cellule photovoltaïque, à la différence près que ce sont des radiations beta (électrons de forte énergie résultant de la désintégration des neutrons en électrons et photons) qui sont absorbées par la jonction p-i-n. Ces électrons induisent de nombreuses ionisations conduisant à la génération de nombreuses paires électrons-trous qui sont collectées. La profondeur de pénétration des radiations beta dans les matériaux solides n’étant que de quelques microns, ces radiations peuvent être aisément confinées dans des boitiers sécurisés. Plusieurs isotopes produisent des radiations betas pures sans émission de radiations gamma difficiles à confiner, et sans émission de particules alpha, ces dernières étant faciles à confiner mais pouvant dégrader les jonctions p-n des semi-conducteurs. La France, étant donnée sa position de leader dans les programmes nucléaires, est bien placée pour mener le développement de ces batteries, d’autant plus que les déchets nucléaires produits par les réacteurs nucléaires peuvent produire des isotopes à radiations beta à l’échelle industrielle. En revanche, à notre connaissance, la France ne mène pas actuellement de recherches dans ce secteur et la plupart des progrès récents viennent des États-Unis. Le projet BATGAN rassemble des chercheurs expérimentés de la communauté scientifique française dans le but d’essayer d’établir la voie d’une production industrielle pour les composants beta voltaïques. Les partenaires dans ce projet ont des compétences complémentaires, en croissance par épitaxie des matériaux semi-conducteurs à grand gap (UMI GT-CNRS), en procédés technologiques des matériaux semi-conducteurs (LPN/CNRS), en dépôt des matériaux beta nucléaires pour leur utilisation dans des composants (CEA-LIST), et en dépôt des couches minces de ZnO par la startup Française Nanovation reconnue mondialement pour son expérience dans ce domaine. Le but de ce projet Beta piles est de démontrer la faisabilité d’une pile betavoltaique à partir de diodes à jonction p-i-n à base de GaN. alimentés en puissance par une source en Nickel-63. Le GaN et ses composés sont connus pour leur résistance aux radiations et leur efficacité énergétique. Le nickel 63 est un isotope qui a une demi-vie de 100 ans, qui émet des radiations beta d’énergie moyenne de 17 keV avec une longueur de pénétration ne dépassant pas 1.5 micron dans GaN. L’objectif du projet BATGAN est de déveloper une nouvelle génération de piles betavoltaiques constituées d’un empilement de deux jonction p-i-n autour d’une couche de nickel 63 qui pourront ouvrir la voie à la réalisation de nouveau capteurs ou composants très compacts. Ce projet étant basé sur la démonstration du concept physique en utilisant des bases technologiques éprouvées, il a une grande probabilité de succès.

Pour de nombreuses applications dans le domaine des plasmas froids, il est préférable d’avoir peu d’électrons résiduels, voir aucun. En microélectronique par exemple, le procédé de gravure peut-être perturbé par des phénomènes de charges de surface liés aux électrons chauds du plasma. Les électrons nécessaires à la neutralisation du faisceau d’ions d’un propulseur à plasma sont en partie à l’origine de la charge du satellite qui peut conduire à des dégâts irréversibles. Les plasmas « sans électron », c'est-à-dire composés uniquement d’ions positifs et négatifs, sont communément appelés plasmas ion-ion. De tels plasmas peuvent être créés soit dans la post-décharge d’un plasma électronégatif (qui contient certes de nombreux ions négatifs mais reste riche en électrons) soit par un filtrage magnétique continu des électrons. Dans ce dernier cas, une ségrégation se produit au sein du plasma entre le cœur électronégatif et la région magnétisée où existe le plasma ion-ion. Une fois créés, les ions de différente polarité peuvent être extraits du plasma et accélérés vers un substrat ou bien dans le vide, pour graver un motif ou générer une poussée. L’objectif du projet EPIC est d’étudier les mécanismes fondamentaux mis en jeu dans les processus physiques suivants : (i) formation d’un plasma ion-ion par filtrage magnétique, (ii) extraction et accélération des ions vers un substrat ou une électrode, (iii) extraction et accélération au moyen d’un système à grilles pour la création d’un faisceau. Ce projet implique trois équipes dont les compétences sont parfaitement complémentaires. Les travaux seront à la fois expérimentaux, théoriques et numériques.

Les ondes de spin constituent les excitations élémentaires d’un matériau ferromagnétique. Ces excitations ont des fréquences caractéristiques dans le domaine des GHz et elles gouvernent la dynamique de l’aimantation dans le régime temporel correspondant. L’importance fondamentale des ondes de spin en magnétisme est reconnue de longue date, mais leur utilisation en tant qu’éléments de base pour de nouvelles technologies n’est envisagée que depuis peu. C’est aujourd’hui un sujet d’intenses recherches, rassemblées dans un domaine naissant baptisé « magnonique ». Les échelles spatiale et temporelle associées aux ondes de spin (nanomètre et picoseconde) sont précisément celles de l’électronique moderne ce qui laisse entrevoir la possibilité de concevoir avec elles des dispositifs extrêmement petits, dédiés au traitement analogique ou digital du signal et qui combineraient les avantages des dispositifs magnétiques (non-volatilité) et ondulatoires (flexibilité de l’architecture). Deux obstacles majeurs devront toutefois être surmontés avant que la magnonique ne donne naissance à des technologies viables. Tout d’abord, une technique performante permettant de mesurer précisément la propagation des ondes de spin de courte longueur d’onde (100 nm ou moins) n’existe pas. D’autre part, un fort taux d’atténuation limite la cohérence spatiale des ondes de spin se propageant dans les matériaux ferromagnétiques itinérants (les métaux de transition Fe, Co, Ni et leurs alliages) qui sont les matériaux de choix pour les applications. L’objectif principal du projet NanoSWITI est de contribuer à surmonter ces deux obstacles en développant des méthodes entièrement électriques de détection et de manipulation des ondes de spin, à l’échelle nanométrique. Pour la détection, nous procéderons en deux étapes. Dans un premier temps, la technique d’antennes inductives développée récemment par l’un des partenaires du projet et actuellement adaptée aux longueurs d’onde de l’ordre de 1 µm sera miniaturisée davantage pour atteindre 200 nm, aux moyens de procédés de nano-fabrication à l’état de l’art. Dans un deuxième temps, des longueurs d’onde encore plus courtes, jusqu’à 30 nm, seront obtenues en accélérant localement les ondes de spin par conversion de mode à la jonction entre deux media possédant différentes relations de dispersion pour les ondes de spin. Pour la manipulation des ondes de spin, nous intégrerons directement sur les circuits de propagation des nano-piliers magnétorésistifs permettant de générer et/ou d’amplifier les ondes par effet de transfert de spin. Ces nano-piliers seront également utilisés comme détecteurs en exploitant les effets de magnétorésistance géante et tunnel. Nous évaluerons le potentiel applicatif de ce type de dispositifs pour le traitement du signal dans la gamme hyperfréquence. Un élément clé pour le développement de la magnonique est de mieux comprendre les processus physiques régissant la dynamique des ondes de spin dans les matériaux métalliques. Le second objectif du projet NanoSWITI est d’utiliser les méthodes expérimentales développées dans son cadre pour aborder des questions ouvertes concernant les fondements du nanomagnétisme, en particulier la question de la relation complexe entre le transport polarisé en spin et la dynamique de l’aimantation dans les métaux de transitions. Pour ce faire, nous étudierons des systèmes de couches minces modèles (permalloy polycristallin et fer monocristallin) dans différentes conditions expérimentales (températures de 4 à 300 K, champ magnétique appliqué jusqu’à 5 T, fréquences jusqu’à 50 GHz) dans le but de tester les théories récentes sur les ondes de spin de très courte longueur d’onde dans les ferromagnétiques itinérants. Combiné aux avancés technologiques que nous envisageons de réaliser, cet aspect fondamental du projet nous permettra d’évaluer précisément les potentialités de l’intégration, à moyen terme, de dispositifs magnoniques dans l’électronique conventionnelle.

Le déplacement de parois magnétiques induit par un courant électrique à travers l’effet de couple de transfert de spin (STT) a attiré beaucoup d’attention ces dernières années, de par ses possibles applications dans la logique magnétique et l’enregistrement magnétique mais aussi par les riches phénomènes physiques associés. Au sein d’un projet ANR précédent (DYNAWALL-PNANO 2007) les partenaires ont fait des progrès remarquables aussi bien dans la compréhension du STT que dans l’amélioration des propriétés des matériaux utilisés pour le déplacement de parois. Notamment, des vitesses de déplacement de plusieurs centaines de mètres par seconde – les plus hautes reportées dans la littérature - ont été obtenues pour des nanostructures de Pt/Co/AlOx et dans des vannes de spin NiFe/Cu/Co où le STT est particulièrement efficace. Dans ce projet, les phénomènes physiques nouveaux mis en lumière par DYNAWALL seront explorés dans le but de mieux les comprendre et d’optimiser les matériaux utilisés pour le STT. D’un coté, des papiers théoriques ont montré qu’un fort taux de spin-flip des électrons de conduction conduit à une efficacité du STT importante. Dans le volume, la source principale de spin-flip est l’interaction spin-orbite (SOI). Nous étudierons des matériaux où cette SOI est plus grande que dans les matériaux magnétiques classiques, en dopant des métaux ou en utilisant des oxydes de façon à ce que les électrons de conduction soient plus de symétrie p ou d, avec une SOI plus importante que des s purs. Un autre moyen d’augmenter le taux de spin-flip, démontré dans DYNAWALL pour le système Pt/Co/AlOx, est d’utiliser une couche ultramince magnétique en sandwich entre deux matériaux différents (un système à asymétrie d’inversion structurale). Dans ce cas, un champ électrique non nul est présent dans la couche magnétique donnant lieu à une interaction Rashba. Cette interaction interfaciale conduit à un terme spin-orbite et donc à un spin-flip important. Néanmoins, l’interaction Rashba agit aussi directement sur l’aimantation de la couche magnétique, de par le couplage s-d entre les électrons de conduction et l’aimantation locale. Un but important de ce projet est de mieux comprendre l’effet de cette interaction Rashba sur la dynamique de l’aimantation et le déplacement des parois, par des expériences de transport et de microscopie ainsi que par des calculs et des simulations micromagnétiques sur des nouveaux matériaux optimisés. Un autre effet important que nous avons mis en évidence est l’influence de la géométrie du courant sur l‘efficacité du STT dans des tricouches NiFe/Cu/Co. D’une part, une composante du courant perpendiculaire aux couches peut donner une contribution supplémentaire très efficace au déplacement de parois. D’autre part, un champ magnétique (Oersted) non nul transverse aux nanostructures agit sur l’aimantation du NiFe. Nous étudierons séparément l’influence de ces deux phénomènes sur l’efficacité élevée du STT dans ces tricouches. L’injection d’un courant purement perpendiculaire aux couches sera effectuée dans des systèmes en vannes de spin ou des jonctions tunnel magnétiques. L’effet du champ Oersted seul sera étudié dans des nanostructures de bicouches de NiFe avec un métal non-magnétique de différentes épaisseurs, permettant de modifier le champ Oersted pour un courant et donc un STT donné. Le succès de DYNAWALL a été bâti sur nos compétences complémentaires dans la fabrication des matériaux, les mesures de transport et de microscopie, les calculs et les simulations micromagnétiques. L’utilisation de microscopies à haute résolution spatiale permettra d’observer directement l’effet du STT, de l’interaction Rashba et/ou du champ Oersted sur l’aimantation pendant les impulsions de courant. L’étude de systèmes montrant une physique originale avec des outils de caractérisation et de simulation uniques permettra aux partenaires de rester sur le devant de la scène internationale.

Ce projet de recherche porte sur l’étude des propriétés mécaniques de nano-objets (nanofils, ilots) semi-conducteurs (GaAs, GaN) ou bien métalliques (Cu, Au). Il s’agit d’étudier – en fonction de la taille des objets – le comportement élastique et plastique en sollicitant les nanostructures à l’aide d’une pointe AFM et en enregistrant in situ la figure de diffraction X cohérente en utilisant un faisceau synchrotron focalisé. L’AFM est utilisé en mode contact et les propriétés mécaniques de l’objet sont obtenues à partir de la courbe force-déplacement. La combinaison des deux techniques (AFM et diffraction X) in situ permet – de façon non destructive – d’enregistrer une carte de déformation du nano-objet sous sollicitation mécanique. Les figures de diffraction contiennent non seulement l’information sur le champ de déformation interne mais aussi sur les défauts du réseau (dislocations, fautes d’empilement, etc). Les partenaires de ce projet (IM2NP, SIMaP, INAC, ESRF-ID01, LPS and MPI Stuttgart) sont des experts reconnus dans les domaines de la nano-mécanique, la diffraction cohérente des rayons X, la croissance des nanostructures et la simulation numérique. Au-delà de son intérêt académique un tel projet devrait apporter des informations très précieuses sur le comportement mécanique aux échelles nanométriques. De telles informations sont indispensables pour la maîtrise de la fiabilité et la conception des micro et nano-systèmes.

Le contrôle des propriétés magnétiques par des voies purement électriques est actuellement un enjeu important en physique du solide et pour la mise au point de futurs nano-dispositifs spintroniques. Parallèlement aux stratégies exploitant le transfert de spin de nouvelles approches basées sur l'application d'un champ électrique à travers un isolant et donc intrinsèquement peu consommatrice d’énergie ont été proposées. Par exemple on peut citer celles visant à contrôler l’anisotropie magnétique par la piézoélectricité dans les composites magnétoélectriques, à manipuler la température de Curie (Tc) dans les canaux ferromagnétiques via des grilles ferroélectriques, ou celles exploitant l’effet magnétoélectrique existant dans les multiferroïques. Malgré de nombreux efforts à l’échelle internationale, il n'a toujours pas été possible d’obtenir un contrôle reproductible des propriétés dépendant du spin par application d’un champ électrique à température ambiante. L'objectif du projet NOMILOPS est de résoudre ce problème et d’obtenir un contrôle électrique non-volatile des propriétés magnétiques et de spin dans des jonctions tunnel magnétiques à barrière ferroélectrique (appelées «jonctions tunnel multiferroïques artificielles" ou MFTJs). Nous proposerons, explorerons et exploiterons plusieurs nouveaux mécanismes de couplage magnétoélectrique de nature purement interfaciale dans des combinaisons de couches ultraminces ferroélectriques et de matériaux magnétiques. Notre projet s’appuie sur notre démonstration récente d’un contrôle ferroélectrique de la magnétorésistance tunnel reflétant le contrôle de la polarisation de spin à basse température dans des MFTJs de La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3/Fe. Ici, nous visons spécifiquement un fonctionnement à température ambiante dans des MFTJs alliant des ferroélectriques et des matériaux magnétiques de Tc supérieures à 300K. Nous proposons trois types d'interfaces magnétoélectriques entre un film ultra-mince ferroélectrique et plusieurs systèmes magnétiques qui devraientt permettre un contrôle électrique non-volatile de: 1. l’ordre magnétique (ferro / antiferro ou ferro / para) 2. la Tc sur une plage de plus de 50K autour de 300K 3. l'amplitude et du signe de la polarisation de spin Pour chaque type d’interface nous réaliserons des calculs ab initio afin de prévoir les interfaces les plus prometteuses et leur réponse attendue (changement de leur densité d’états dépendant du spin, transmission tunnel une fois intégrés dans jonctions tunnel). Cette activité théorique orientera la croissance d'hétérostructures dans un système de bâtis de croissance couplés (ablation laser et pulvérisation cathodique). La structure des différentes couches et de leurs interfaces sera caractérisée à l'échelle atomique par plusieurs techniques complémentaires telles que la microscopie électronique en transmission (STEM), la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS). Un effort important sera également fourni pour évaluer la réponse des films ultra-minces ferroélectriques en fonction de la contrainte, de l'épaisseur, des conditions aux limites électriques, de la température et de la fréquence. Nous caractériserons les propriétés magnétiques des interfaces élément par élément via des mesures de dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD). Ces hétérostructures seront nanostructurées par lithographie optique et électronique afin de définir des MFTJs et des dispositifs permettant de sonder in situ l'influence de la polarisation ferroélectrique sur la réponse XMCD. Notre consortium rassemble des experts de classe mondiale en théorie, caractérisation, croissance et mesures magnétiques et magnétotransport, ainsi qu’un acteur industriel majeur. Les liens déjà solides entre les partenaires attesté par leur liste de publications communes, constituent un atout garantissant une synergie intense, essentielle à la réussite du projet.