Projets

Les codons stops prématurés (PTC), UAA, UAG et UGA, représentent 12% des mutations causant des maladies génétiques. Les approches de trans-lecture des PTCs visent à rétablir la synthèse d’une protéine complète et fonctionnelle. La mucoviscidose, qui peut être due à des mutations de CFTR liées à des PTCs, est un bon modèle pour évaluer ces stratégies. Grâce à la détermination en très haute résolution de la structure du ribosome eucaryote 80S, nous avons identifié un nouveau composé, nommé URN-1, efficace sur les 3 PTCs, et démontrant une restauration de l'activité de CFTR supérieure à celle obtenue avec le composé actuellement testé en clinique (ELX-02). Ce projet vise à identifier des composés avec une activité de translecture plus importante que URN-1 par 4 objectifs principaux : (1) recherche de composés plus puissants grâce à une approche structure fonction unique basée sur la co-cristallisation de la molécule avec le module de traduction (ribosome 80s/ARN message/ARN de transfert/Facteur d’élongation eEF2). Les composés les plus intéressants subiront une 1ere étape de sélection dans un système d’expression hétérologue exprimant les principales mutations de CFTR liées à des PTCs. (2) évaluation de la bioactivité des meilleurs composés URNs sur la translecture des PTCs de CFTR dans des lignées cellulaires respiratoires puis des cultures primaires respiratoires et intestinales de patients. Ceci sera basé sur l’étude des niveaux de transcrits et de l’expression et de l’activité de la protéine CFTR. La combinaison avec des modulateurs de CFTR et des inhibiteurs du système NMD permettra de maximiser la restauration fonctionnelle de CFTR. Cette étape permettra de déterminer le composé le plus efficace et le moins toxique. (3) caractérisation du mécanisme d'action du meilleur composé en évaluant son impact sur la reprogrammation traductionnelle, en particulier sur la translecture des codons stops terminaux, et en identifiant les acides aminés dont il favorise l’incorporation. (4) caractérisation de l’effet du meilleur composé sur la translecture de CFTR grâce au modèle murin porteur de la mutation G542X CFTR. La restauration de l’activité de CFTR sera évaluée in vivo sur la muqueuse nasale et ex vivo sur la muqueuse intestinale après administration intranasale ou systémique à court et long terme. L'originalité du projet repose sur l'identification d'une toute nouvelle famille d'inducteurs de trans lecture des 3 PTCs et leur optimisation par « drug design » sur la structure du ribosome. Si cette approche s’avère efficace, cela constituera une avancée majeure, car il n’existe actuellement aucun remède pour la plupart des maladies héréditaires causées par les PTC et certains cancers.

Les infections urinaires peuvent se développer lorsqu'une sonde est posée sur des patients alités, et elles correspondent au type d'infection le plus fréquent (30 %) parmi les infections nosocomiales. Différentes équipes de recherche travaillent pour contrer ce problème, mais aucune solution idéale n'a été trouvée jusqu'à présent. Face à ce besoin urgent, nous développons des méthodes de chimie plus verte pour la fonctionnalisation des surfaces polymères. L'association d'une activation par plasma froid atmosphérique avec le greffage chimique de molécules bio-sourcées, ayant des propriétés antibiofilm, est l'essence même de notre projet. Trois équipes sont impliquées: 1) SM2ViE de l'ICMMO développe des surfaces fonctionnalisées et aura en charge le greffage de composés bio-sourcés antibactériens, sur une surface de PDMS, utilisant une activation par plasma froid comme technologie éco-responsable de greffage. 2) DIREBIO du LPGP, qui développe des jets de plasma pulsés, a déjà montré qu'un plasma froid peut être généré dans de longs capillaires remplis de gaz à pression atmosphérique ; elle s'occupera du développement technologique d'un plasma capable d'activer la surface interne d’un cathéter de PDMS de 40 cm de long. 3) MBCM de l'I2BC, réalisera les tests microbiologiques sur les surfaces modifiées afin d'évaluer leurs propriétés antibiofilm. Au-delà de l'application, des travaux fondamentaux seront réalisés: nous nous concentrerons à la fois sur la création du plasma dans différentes atmosphères (gaz rares + H2O, O2), visant la production efficace de radicaux tout au long du capillaire (spectroscopies d’émission et d'absorption), et sur l'interaction du plasma avec la surface interne du tube (imagerie rapide intensifiée). Nous chercherons aussi à avoir une meilleure idée du mécanisme de greffage des molécules bio-sourcées et une partie du projet sera consacrée à la détection des espèces organiques créées par l'action du plasma sur la surface du tube (SM CI-FTICR).

Les lésions de la moelle épinière (LME) touchent plus de 2,5 millions de personnes dans le monde. La majorité des lésions se produit au niveau cervical, altérant la locomotion mais aussi la fonction respiratoire. Après une lésion haute (en C4 ou au-dessus), les patients peuvent devenir ventilo-dépendants, ce qui compromet considérablement la qualité de vie et augmente le taux de mortalité. A ce jour, la ventilation mécanique (VM) est l’unique solution pour ces patients, incapables de respirer par eux-mêmes. Les rares alternatives à la VM, comme l’implantation d’un stimulateur phrénique, ne peuvent être mises en place que des mois ou années après la LME, avec un très faible taux de succès (10%). L’électrostimulation des muscles extra-diaphragmatiques pourrait être une solution pour induire une neuroplasticité et améliorer/ préserver la structure et la fonction du diaphragme, mais les dispositifs actuellement accessibles sur le marché ne sont pas conçus pour ces effets. Le PARTENAIRE 1 a développé un système de stimulation non-invasive des muscles extra-diaphragmatiques (les intercostaux et les abdominaux), chez la souris, de façon synchronisée à la respiration (rSynES). Les résultats préliminaires suggèrent que le diaphragme et la fonction respiratoire récupèrent suite à cette stimulation indirecte du diaphragme. Ainsi, les réseaux neuronaux pourraient être activés et une régénération axonale pourrait apparaitre, représentant un espoir de traitement chez les patients dépendants de la VM. Cependant, le système rSynES doit être optimisé pour être parfaitement synchronisé à la respiration spontanée et/ou sous VM et le lien entre la stimulation extra-diaphragmatique et la fonction du diaphragme démontré. Le PARTENAIRE 2 a une expertise reconnue dans le développement de méthodes d’acquisition et d’analyse de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (fIRM) du cerveau, et a récemment développé un dispositif pour l’IRM de la moelle épinière chez la souris. Cette approche permettrait de mettre en évidence une activation neuronale au cours d’une session de rSynES et aider à l’optimisation fonctionnelle du système. Le PARTENAIRE 3 a développé une expertise en imagerie de Transfert de Saturation par Échange Chimique (CEST) du glutamate (IMR-GluCEST) chez la souris. Cette approche émergeante permet de cartographier la distribution du glutamate dans la moelle épinière, informant ainsi sur l’intégrité neuronale. Le projet RECOVDIA vise à optimiser le développement de rSynES chez la souris et à obtenir une preuve de concept de l’efficacité de cette thérapie. Les objectifs sont : 1/ d’optimiser le développement de rSynES, 2/ d’obtenir une preuve de concept de l’efficacité de rSynES sur la fonction respiratoire, tout en identifiant de nouveaux biomarqueurs de neuroplasticité, et, enfin, 3/ de déterminer les mécanismes d’action de rSynES. Des approches standardisées seront utilisées pour étudier la fonction respiratoire et l’activité diaphragmatique au côté d’analyses structurales et moléculaires et par IRM fonctionnelle et métabolique (GluCEST) de la moelle épinière. Le consortium combine des expertises complémentaires en physiologie respiratoire, neurobiologie et en imagerie pour développer une approche à haut potentiel de transfert clinique. En outre, ce projet sera déterminant pour le succès d’un projet de maturation associé à un algorithme récemment breveté, et ayant pour but l’adaptation du dispositif à l’humain. Au cours du projet RECOVDIA, nous avons également espoir d’identifier les paramètres d’IRM qui pourront servir de biomarqueurs en médecine régénérative. Ce projet est une opportunité unique d’associer le développement technologique de la stimulation neuromusculaire et des biomarqueurs d’IRM à des objectifs à la fois clinique -développer une nouvelle approche thérapeutique visant à réduire le handicap respiratoire chez des patients dépendants à la VM – et scientifique - d’améliorer les concepts de neuromodulation.

La réparation des lésions nerveuses dans le système nerveux périphérique (SNP) est un défi de taille en médecine régénérative. Les traumatismes, les maladies dégénératives et les interventions chirurgicales peuvent avoir des conséquences débilitantes pour les patients. Malgré les progrès réalisés en neurobiologie et neurochirurgie, les traitements actuels restent souvent limités dans leur capacité à promouvoir une régénération nerveuse efficace. Notre projet vise à combler cette lacune en développant un biomatériau électroactif innovant spécifiquement conçu pour stimuler la croissance axonale et favoriser la réparation des nerfs endommagés. Pour ce faire, nous adoptons une approche multidisciplinaire, réunissant des expertises en biologie cellulaire, en ingénierie des matériaux et en neurophysiologie. L'objectif principal est de comprendre les mécanismes sous-jacents de l'effet bénéfique d'un champ électrique local (CEL) sur la régénération nerveuse et d'appliquer ces connaissances à la conception d'un dispositif thérapeutique novateur. i) Phase 1 du projet : Caractérisation des Interactions Neurones-Substrat sous l'Influence du CEL Dans cette première phase, notre objectif est de comprendre en détail les interactions entre les neurones et le substrat électroactif en présence d'un CEL. Nous avons mis au point un dispositif expérimental original qui permet de contrôler précisément l'intensité du champ électrique appliqué et de visualiser en temps réel la croissance des neurites. Ce dispositif est hautement adaptable, ce qui nous permet d'incorporer des molécules bioactives favorisant la croissance axonale. Parallèlement, nous utilisons des techniques d'imagerie avancées telles que la microscopie à fluorescence et la microscopie électronique à balayage pour étudier les interactions cellulaires à l'interface neurone-substrat. Nous menons également des études biologiques approfondies pour caractériser les effets du CEL sur différents paramètres cellulaires, tels que l'élongation des neurites, l'adhésion neuronale et le couplage membrane-cytosquelette. En modifiant les propriétés adhésives, biochimiques et élastiques du substrat, nous visons à déterminer les conditions optimales pour favoriser la régénération nerveuse tout en minimisant les réactions inflammatoires et les phénomènes de rejet. ii) Phase 2 du projet : Développement d'un Prototype d'Implant Cylindrique Dans cette deuxième phase, nous envisageons de concevoir un prototype d'implant cylindrique intégrant les électrodes à un tube biocompatible et biorésorbable. Ce dispositif permettra d'appliquer de manière ciblée un CEL à la zone lésée, favorisant ainsi la régénération des fibres nerveuses. Nous prévoyons de tester ce prototype in vivo, en utilisant des modèles animaux de lésions nerveuses, afin de valider son efficacité et sa sécurité d'utilisation. iii) Résultats Attendus Nous anticipons que notre approche novatrice permettra une meilleure compréhension des mécanismes de régénération nerveuse et conduira au développement de stratégies thérapeutiques plus efficaces pour traiter les lésions nerveuses. Nous espérons démontrer que l'application d'un CEL peut stimuler la croissance axonale et améliorer la fonctionnalité des neurones régénérés. De plus, nous prévoyons que notre dispositif implantable sera bien toléré par l'organisme et capable de favoriser une régénération nerveuse significative chez les patients atteints de lésions nerveuses sévères. iv) Conclusion En conclusion, notre projet représente une avancée majeure dans le domaine de la régénération nerveuse en combinant des approches multidisciplinaires pour développer un biomatériau électroactif innovant. Nous sommes convaincus que nos travaux contribueront à améliorer la qualité de vie des patients souffrant de lésions nerveuses en offrant des solutions thérapeutiques plus efficaces et mieux adaptées à leurs besoins spécifiques.

La barrière hémato-encéphalique (BHE) est un obstacle naturel qui empêche le passage de tout agent extérieur dans les cellules du tissu cérébral. Des solutions non invasives et réversibles existent aujourd'hui pour perméabiliser temporairement la BHE. Parmi elles, les ultrasons focalisés combinés à l'administration de microbulles offrent des perspectives prometteuses pour améliorer l’efficacité des agents thérapeutiques. Elles sont actuellement évaluées dans de nombreux essais cliniques. Le contrôle du processus d'oscillation des microbulles (intensité et localisation), que l’on appelle la cavitation, est essentielle pour garantir l’ouverture de la BHE tout en évitant tout risque d’endommagement irréversible du tissu cérébral. Par ailleurs, les systèmes d'ouverture de la BHE non guidés par IRM sont exclusivement positionnés à l'aide de la neuro-navigation, ce qui entraîne des erreurs de positionnement potentielles souvent liées à des erreurs d'enregistrement. L'une des solutions pour faire de l’imagerie, dans ce contexte spécifique, consiste à capturer l’ensemble des signaux ultrasonores réémis par les microbulles à l'aide de réseaux multi-éléments de récepteurs ultrasonores passifs. Cette technique, connue sous le nom de cartographie acoustique passive (PAM), est généralement réalisée avec des réseaux d'imagerie conventionnels non optimisés pour cette application. Le projet SENSICAV vise à développer un dispositif PAM multi-sites à très large bande (0,2 MHz à 2 MHz) et une méthodologie pour surveiller et localiser en temps réel, à des échelles millimétriques, le processus de cavitation. Des réseaux dédiés (1D et 2D) basés sur des technologies de capteurs ultrasonores à très faible bruit (transducteurs ultrasonores capacitifs micro-usinés avec électronique dédiée) seront développés. De plus, nous nous appuierons sur cette capacité à localiser la cavitation pour affiner et corriger le positionnement, assisté par robot, du transducteur thérapeutique.

De nombreux troubles neurodéveloppementaux sont associés à des perturbations des interactions fonctionnelles entre les zones cérébrales. Cela fait de l'évaluation quantitative et non invasive de ces interactions un biomarqueur potentiel efficace pour assurer une détection précoce et un meilleur pronostic de ces pathologies. Cependant, les limites des techniques de neuro-imagerie actuellement disponibles en termes de résolution spatio-temporelle et d'applicabilité clinique ont entravé le large déploiement clinique d'un tel diagnostic basé sur la connectivité fonctionnelle. Notre projet relève ce défi en développant la connectivité fonctionnelle spatio-temporelle (STFC), une caractérisation innovante de l'activité cérébrale à plusieurs échelles (mésoscopique à grande échelle) qui devrait offrir une sensibilité et une spécificité sans précédent. Elle s'appuie sur la neuro-imagerie fonctionnelle par ultrasons (fUS), une modalité d'imagerie cérébrale de pointe à fort potentiel translationnel, et sur des techniques de post-traitement innovantes axées sur l'activité cérébrale propagative. L'objectif final est d'identifier des biomarqueurs potentiels du STFC basés sur le fUS pour les maladies neurodéveloppementales, adaptés à l'imagerie néonatale préclinique et clinique. Premièrement, nous développerons un ensemble d'outils descripteurs conçus pour capturer spécifiquement l'activité propagative dans les données neuronales (optique et fUS) et nous élaborerons une technique de mesure de la STFC reposant sur ces descripteurs afin d'estimer les schémas spatio-temporels propagatifs répétitifs. Deuxièmement, nous évaluerons les performances de ces méthodes dans l'évaluation de la dynamique corticale spontanée associée à des états internes distincts (par exemple, actif, calme, phases de sommeil, sédation) en utilisant des données d'imagerie optique calcique et intrinsèque enregistrées de manière synchrone chez des souris GCaMP6. Cette étape sera cruciale pour garder le descripteur spatio-temporel le plus pertinent (robustesse, reproductibilité) de l'activité propagative corticale extraite à la fois des signaux neuronaux et des signaux liés à l'hémodynamique. Elle permettra également de mieux caractériser la façon dont l'hémodynamique, qui peut être observée de manière non invasive par échographie fonctionnelle (fUS), est liée à l'activité neuronale sous-jacente (imagerie calcique). En outre, la technique sera également utilisée pour évaluer les états internes chez les furets à l'aide d'ultrasons fonctionnels, étant donné que les furets ont un cerveau de taille moyenne et un cortex plié présentant une homologie plus étroite avec les humains pour ce qui est des régions frontales et sensorielles. Notre objectif final est de valider le fait que la STFC basée sur le fUS peut marquer efficacement les états pathologiques du cerveau. Nous évaluerons le potentiel de la STFC appliquée aux données fUS en tant que biomarqueur précoce des maladies neurodéveloppementales dans un modèle préclinique inter-espèces (souris et furets). Nous mettrons en œuvre le modèle d'activation immunitaire maternelle (MIA) dans ces deux espèces, puis nous suivrons les signatures spécifiques du STFC qui mettent en évidence des altérations de la dynamique cérébrale spontanée chez le jeune adulte (souris et furets) et aux stades périnataux (furetons à P5-P12). A partir des biomarqueurs définis chez le furet, nous rechercherons ensuite des signatures STFC comparables dans les données fUS acquises chez les nouveau-nés humains (via un essai clinique externe à cette proposition ANR). Ce projet comblera le fossé entre les modèles animaux et les nouveau-nés humains pour révéler les indicateurs précoces des maladies neurodéveloppementales avec un nouveau type de biomarqueurs analytiques, offrant la possibilité d'une intervention opportune et de meilleurs résultats à long terme pour les personnes affectées.

Les longs ARN non codants (ARNnc) sont désormais reconnus comme des régulateurs de l'expression des gènes, de la conformation de la chromatine à la traduction des protéines, jouant un rôle clé dans divers processus biologiques. Cependant, leur mode d'action reste mal compris en raison de l'absence de caractéristiques connues permettant de déterminer leur mécanisme d'action. Leur intégration au sein des réseaux biologiques demeure largement méconnue, notamment le développement de la racine latérale. Le projet multidisciplinaire RESOLAT vise à comprendre l'impact des ARNnc sur le réseau génique régulant le développement des racines latérales chez les Brassicaceae. Nous proposons de reconstruire, à partir de séries temporelles de données RNA-seq, le réseau de gènes contrôlant le développement des racines latérales chez huit Brassicaceae en intégrant les gènes codants et les non-codants (petits et longs). Cette approche nous permettra d'identifier de nouvelles interactions et voies de régulation, en mettant particulièrement l'accent sur les ARNnc. En comparant différentes espèces possédant un programme d'organogenèse de racines latérales commun, ce projet révélera des mécanismes évolutivement conservés et spécifiques qui contrôlent le développement des racines latérales chez les Brassicaceae, y compris des espèces sauvages et cultivées. Pour dépasser les défis liés à la caractérisation fonctionnelle des longs ARNnc, nous proposons une approche basée sur la conservation de leur fonction. En nous appuyant sur le développement des racines latérales, un processus hautement conservé chez les Angiospermes, nous utiliserons la conservation de position dans le réseau de régulation comme proxy de conservation de fonction, c'est-à-dire la régulation de gène orthologues dans différentes espèces. En intégrant des données de conservation génomique (synténie génomique, séquence, structure secondaire) et d'expression au cours du développement de la racine latérale, nous chercherons à mieux comprendre les caractéristiques de conservation conduisant à la fonctionnalité des longs ARNnc, notamment leur capacité à réguler les gènes orthologues au sein des Brassicaceae. En utilisant des approches d'apprentissage profond basées sur les grands modèles de langage (LLM) et qui combineront les données de séquences et de réseau, nous envisageons de développer un outil prédictif permettant de déterminer si un long ARNnc agit en tant que régulateur du niveau de l'expression génique. Finalement, nous utiliserons des approches fonctionnelles chez plusieurs espèces pour valider la fonction des lncRNA conservé dans le contrôle de l'architecture des racines latérales. Dans un premier temps, nous utiliserons une méthode semi-haut-débit dérivée du Perturb-seq pour confirmer l'action régulatrice des lncRNAs conservés chez A. thaliana. Sur la base de ces résultats, nous caractériserons plus avant fonctionnellement des longs ARNnc conservé dans plusieurs espèces de Brassicaceae pour valider leur rôle dans le contrôle de l'architecture des racines latérales. En modifiant la dynamique d'expression des régulateurs conservés, devrait nous permettre de modifier quantitativement l'architecture racinaire et de confirmer les liens de régulation établis par l'inférence du réseau génique. En comparant différentes espèces avec un programme commun d'organogenèse des racines latérales, ce projet révèlera des mécanismes évolutifs conservés et spécifiques contrôlant le développement des racines latérales chez les Brassicaceae, y compris des espèces sauvages et cultivées. Il nous permettra également d'identifier des longs ARNnc fonctionnellement conservés et d'analyser les caractéristiques qui sous-tendent leur conservation.

Les éléments transposables (ET) sont des composants ubiquitaires des génomes eucaryotes. D’abord considérés comme de l’ADN ‘poubelle’, ils sont aujourd’hui reconnus pour leurs impacts fonctionnels, notamment via leur capacité à fournir des éléments cis-régulateurs (ECR) contrôlant l'expression des gènes voisins. Bien que certains cas aient été bien décrits, nous manquons d’une compréhension étendue de la contribution des ET à l'évolution des fonctions biologiques, depuis celles impliquées de façon conservée dans les programmes de développement, aux fonctions plus spécifiques à une espèce, dont celles permettant la réponse à l'environnement. Dans SATURN, nous proposons de caractériser la contribution des ET à l’évolution de la régulation de l’expression des gènes chez les plantes, en étudiant 6 espèces présentant une gamme de divergence de 20 à 200 Ma et pour lesquelles des données génomiques et fonctionnelles sont disponibles. Nous visons à : (i) évaluer la contribution des ET aux ECR impliqués dans la régulation du développement et de la réponse à l’environnement, (ii) décrypter comment les ET contribuent à la régulation des fonctions conservées entre espèces, ou importantes pour une espèce, (iii) tester le rôle des ECR dérivés des ET dans la régulation de l’expression génique. SATURN élucidera la contribution des ET aux fonctions qui ont façonné l’évolution et l’adaptation des plantes, en utilisant une approche pluridisciplinaire combinant annotation avancée des ET, génomique comparée, développements innovants en épigénomique et transcriptomique, et validation fonctionnelle in vivo. Il apportera un éclairage nouveau sur les principaux ET impliqués dans l’évolution fonctionnelle des espèces, et sur les fonctions biologiques concernées. L’utilisation d’espèces modèles et cultivées permettra d’apporter des informations utiles à l’amélioration variétale, et des connaissances essentielles pour comprendre la contribution fonctionnelle des ET à l’évolution des espèces.

Les plantes de la famille des légumineuses sont capables de s’associer avec des bactéries du sol fixatrices d’azote appelées rhizobia. Cette association symbiotique conduit à la formation de nodosités pour héberger les bactéries au niveau des racines. Lors de la mise en place de cette association, les rhizobia produisent des signaux microbiens appelés LCOs (Lipo-chitooligosaccharides) nécessaires à la mise en place et au fonctionnement de la symbiose. Les LCOs sont perçus à la surface de la racine mais ont également un effet sur les autres tissus racinaires plus profonds. Les partenaires du projet INSIDER ont récemment découvert de nouveaux rôles des LCOs dans la régulation du développement des tissus profonds de la racine, notamment au niveau de la différenciation des tissus conducteurs de sève et de l’endoderme qui ont tous deux un rôle clé dans la nutrition de la plante. En combinant des techniques de pointe d’analyse transcriptomique en « noyau unique » et différents fonds génétiques permettant une dissection fine de ces réponses développementales, nous identifierons les mécanismes moléculaires contrôlant l’effet des LCOs au niveau des cellules des tissus profonds de la racine chez la légumineuse Medicago truncatula. Ce projet apportera une meilleure connaissance des effets des signaux microbiens de type LCOs, non seulement lors de la mise en place des nodosités mais aussi de leur impact sur le développement et la différenciation des tissus profonds de la racine en lien avec la nutrition des plantes. A plus long terme, les résultats du projet INSIDER permettront d’identifier des déterminants génétiques susceptibles d’améliorer la nutrition des plantes symbiotiques, un élément essentiel pour une agriculture plus durable.

Au cours du développement des plantes, les domaines frontières (BD) délimitent les organes et orchestrent leur croissance et leur différentiation. Les régulateurs opérant dans les BD sont réutilisés tout au long du développement de la plante, par exemple pour initier les primordia des ovules. Afin d'obtenir une vision complète du rôle des BD dans les premières étapes du développement de l'ovule, nous proposons ici d'utiliser une méthode statistique innovante qui permet la reconstruction de la dynamique d'expression des gènes et des formes, basée sur l'imagerie statique en 3D, afin d'obtenir des données quantitatives multimodales spatio-temporelles sur une longue période de temps. Combinée à l'imagerie en "time-lapse" et à des stratégies d'enregistrement d'images ad hoc, notre approche permettra d'étudier des questions pour lesquelles des données statistiques sont nécessaires, par exemple pour déterminer si la croissance du primordium de l'ovule repose sur des processus cellulaires et moléculaires stéréotypés ou variables. De plus, pour étudier fonctionnellement comment la croissance anisotrope et les propriétés mécaniques des cellules des BD peuvent influencer la forme du primordium d'ovule et la plasticité des cellules germinales, nous imagerons et comparerons, en utilisant ce cadre de référence, des variants génétiques altérant i) la fonction des gènes d'identité des BD, ii) la géométrie, la topologie ou les propriétés mécaniques des cellules BD. Le projet LOVE_ME vise à intégrer les données tissulaires, cellulaires et moléculaires, afin de fournir une analyse dynamique et multi-échelle de la régulation génétique de la morphogénèse et de la différentiation. Les outils innovants développés constitueront une percée pour les approches de modélisation et de simulation afin de révéler les propriétés émergentes possibles des tissus végétaux, et pourraient aider à proposer des stratégies de sélection végétale innovantes.

Les facteurs de transcription CUP-SHAPED COTYLEDON (CUC) sont des acteurs clés, conservés au cours de l'évolution, qui dirigent le développement des organes aériens des plantes. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires qui sous-tendent ces rôles développementaux restent encore largement incompris. Nos données préliminaires indiquent que les gènes CUC jouent de multiples rôles supplémentaires, non encore caractérisés, au cours du développement des racines. Ces rôles sont, en apparence du moins, différents de ceux qu'ils jouent dans la partie aérienne. Cela soulève la question de savoir si les gènes CUC ont des rôles multiples ou une fonction fondamentale unique, non encore identifiée, qui peut être modulée par le contexte développemental. Le premier objectif de ce projet est de caractériser les rôles des gènes CUC au cours du développement racinaire d'Arabidopsis. Le deuxième objectif est d'établir le réseau de régulation génique pour les CUC et de déterminer sa modulation possible par le contexte développemental. Le troisième objectif est de déterminer dans quelle mesure les rôles apparemment diversifiés des gènes CUC dans le développement peuvent en fait cacher un rôle fondamental unique qui n'a pas encore été identifié. L'ensemble de ce projet permettra non seulement de mettre en lumière les rôles d'un groupe de régulateurs centraux du développement des plantes, mais aussi de comprendre la malléabilité des réseaux de régulation génique entre les organes des plantes.

La qualité des semences, lesquelles sont utilisées pour des usages agroalimentaires et servent de vecteur de propagation chez les plantes cultivées comme chez les espèces sauvages, est conditionnée à la fois par leur contenu (quantité et composition des composés de réserve) et par leurs caractéristiques germinatives (profondeur de la dormance, vigueur germinative). Dans les graines de nombreuses espèces oléoprotéagineuses, telles les Brassicacées, le tégument influence ces deux composantes de la qualité en participant à la nutrition de l’embryon d’une part, et en constituant d’autre part une barrière protectrice qui sépare l’embryon de l’environnement extérieur. Certaines assises tégumentaires produisent un polyester lipidique, appelé subérine, qui est déposé à la surface des cellules et dont les propriétés biophysiques sont particulièrement adaptées aux différentes fonctions dévolues aux assises tégumentaires. Des données préliminaires suggèrent que la subérine pourrait jouer un rôle d’autant plus important dans la physiologie de la graine que celle-ci est soumise à des épisodes de fortes chaleurs durant son développement et/ou son stockage. A l’heure actuelle, notre connaissance des voies de biosynthèse associées à la production de subérine est incomplète (on comprend mal par exemple comment les précurseurs de la subérine sont exportés à l’extérieur de la cellule et assemblés dans l’espace extracellulaire), et les spécificités de ce métabolisme dans la graine sont mal caractérisées. De la même façon, alors que la régulation transcriptionnelle de ce métabolisme joue un rôle important dans la graine et en réponse au stress thermique, les mécanismes moléculaires sous-jacents demeurent mal caractérisés dans la graine. Suite à la découverte de deux facteurs de transcription activant la biosynthèse de subérine dans la graine (MYB9 et MYB107), le projet LIPSTIQ a été conçu pour combler ce déficit de connaissances fondamentales. Le consortium LIPSTIQ réunit deux équipes de recherches (de l’Institut Jean-Pierre Bourgin et du Laboratoire de Biogenèse Membranaire) aux compétences complémentaires qui se proposent, en utilisant l’espèce modèle Arabidopsis thaliana : (i) de décrire de façon exhaustive les voies de biosynthèse de la subérine dans la graine en identifiant les gènes cibles de MYB9 et MYB107 puis en caractérisant fonctionnellement de nouveaux acteurs enzymatiques pour lesquels codent certains de ces gènes, (ii) d’identifier de nouveaux régulateurs transcriptionnels de la voie de biosynthèse de la subérine dans la graine et de modéliser le réseau de régulation transcriptionnelle associé, (iii) d’étudier comment ces réseaux (métabolique et transcriptionnel) contribuent à la résilience des graines en réponse à un stress thermique. Les connaissances nouvelles qui émergeront de ce projet autour des déterminismes génétiques et moléculaires de la production de subérine chez l’espèce modèle constitueront autant d’outils utiles pour ensuite guider l’amélioration des semences chez les oléaprotéagineuses de grande culture, ceci dans un contexte agroécologique en plein bouleversement. Concrètement, l’identification de marqueurs biochimiques (teneur ou composition en subérine) ou moléculaires (accumulation de transcrits) associés à la production de subérine et affectant le remplissage et la qualité des graines pourront guider la sélection de cultivars mieux adaptés, par exemple, aux fortes chaleurs estivales. Mais des retombées sont également envisageables dans le domaine de la protection des semences contre les pathogènes, ou bien à travers des initiatives émergentes visant à atténuer le changement climatique grâce aux plantes en stockant le carbone atmosphérique sous une forme non décomposable chez des ‘super-accumulateurs’ : la subérine est un polymère carboné présentant de telles caractéristiques.

Les légumineuses sont capables d’établir une symbiose fixatrice d’azote avec des rhizobia qui sont hébergés dans les nodules. Certaines légumineuses tropicales forment des nodules exclusivement à la bases de racines latérales (LRB), via la colonisation de couronnes de poils axillaires (ARH). Bien que ces ARH représentent les sites d’entrée pour l’infection rhizobienne, la connaissance de comment ils contribuent à ce processus reste limitée. Parmi les légumineuses à nodulation LRB, Aeschynomene evenia est originale dans sa capacité à déclencher la nodulation sans implication des facteurs Nod. Chez cette espèce à nodulation Nod-indépendante, les ARH présentent une morphologie et une activité de chimiotactisme très différentes de celles trouvées chez la majorité des espèces à nodulation LRB. Nous faisons l’hypothèse que ces ARH présentent des adaptions spécifiques pour faciliter la symbiose Nod-indépendante. Une approche de génétique directe appliquée à A. evenia a conduit à la découverte que le régulateur transcriptionnel AeNSP2 et les récepteur-kinases, AeRINRK2 et AeSYMRKL2, sont des acteurs importants pour la formation des ARH et l’infection symbiotique par les rhizobia. Le projet SymBase a pour objectif de caractériser les ARHs comme éléments clé de la nodulation LRB. Par l’analyse comparative d’A. evenia avec des espèces proches et l’utilisation de mutants nsp2 déficients pour les ARH, ce projet combine des strategies originales (transcriptomique ‘single cell’ et microscopie poussée) pour (i) comprendre à l’échelle de la cellule comment les ARH sont formés et interagissent avec les rhizobia et (ii) identifier des acteurs moléculaires clés dépendants de NSP2 qui soutendent ce processus, notamment via l’analyse fonctionnelle des récepteurs AeRINRK2 et AeSYMRKL2. Ce projet permettra de mettre à jour de nouveaux mécanismes qui sont requis à la fois pour la symbiose Nod-indépendante et la nodulation LRB chez les légumineuses.

Les animaux possèdent des mécanismes physiologiques leur permettant de répondre de manière adaptée à des situations naturelles de stress, mais qui peuvent s’épuiser en cas de stress chronique. Cependant, ces mécanismes sont très mal connus chez les insectes. L’abeille domestique est une espèce de grande importance économique et écologique, confrontée à de nombreux stress, donc ce projet vise à mieux caractériser sa réponse au stress et à en identifier les facteurs modulateurs. Nous étudierons comment elle répond à un signal social de stress, comment cette réponse est influencée par la saison et le contexte social, et si nous pouvons la moduler pour limiter l’impact d’un stress chronique lié à la prédation par le frelon à pattes jaunes. Nos travaux précédents ont montré que l’exposition à un signal social d’alarme réduit les performances d’apprentissage, un effet impliquant les allatostatines, des neuropeptides cérébraux. Cependant, tous les individus d’une même colonie ne sont pas aussi sensibles, donc la réponse physiologique est régulée de manière différentielle, notamment selon la saison (été ou hiver) et le rôle social de l’individu (ex: nourrice ou butineuse). Notre consortium de trois équipes emploiera une combinaison unique d’approches expérimentales (comportement, imagerie cérébrale fonctionnelle, neuroanatomie, pharmacologie, biologie moléculaire, chimie) pour : 1) caractériser les facteurs de variation interindividuelle de réponse; 2) identifier les bases nerveuses et hormonales de cette plasticité; 3) évaluer comment celles-ci sont affectées par une prédation chronique du frelon et tester des stratégies pour améliorer la capacité d’adaptation à ce facteur majeur de stress apparu récemment. Ce projet devrait donc permettre de faire d’importants progrès dans notre compréhension de la biologie de l’abeille et de sa capacité à faire face au stress, et d’ouvrir des perspectives d’applications possibles pour améliorer leur résilience et leur bien-être.

Les pathogènes vasculaires colonisent les vaisseaux des plantes à partir des racines, hydathodes ou blessures et se propagent systémiquement dans tout l’organisme, allant jusqu’à causer la mort de l’hôte ou l’infection des graines. Outre les approches prophylactiques (désinfection des graines, pratiques culturales), le meilleur moyen de contrôler l’infection reste l’usage de génotypes de plantes résistantes ou tolérantes. Le projet VIP vise à identifier et caractériser les bases génétiques de l’immunité vasculaire de la plante modèle Arabidopsis thaliana contre trois bactéries phytopathogènes d’importance économique majeure (Xanthomonas, Ralstonia, Pseudomonas). Une collection séquencée et compacte de 870 plantes homozygotes portant chacune 600 mutations EMS homozygotes (HEM) sera phénotypée pour sa résistance et sa sensibilité à ces pathogènes. Ces données phénotypiques seront intégrées avec les séquences génomiques déjà disponibles et les transcriptomes (à produire) de chaque lignée pour identifier les gènes candidats explicatifs de ces phénotypes. Une caractérisation fonctionnelle approfondie sera conduite avec un focus particulier sur les mécanismes de sensibilité communs aux deux pathogènes vasculaires étudiés. Ce projet servira de preuve de concept pour l’exploitation plus large de cette ressource génétique unique par la communauté Arabidopsis et ouvrira la porte à des cribles de génétique directe qui seraient trop coûteux ou trop complexes pour être réalisés sur les ressources TILLING ou T-DNA existantes.

Une caractéristique intrinsèque des arbres des écosystèmes forestiers boréaux et tempérés est l'association mutualiste avec des champignons ectomycorhiziens (ECM) du sol au niveau de leurs racines. Les ECM fournissent aux arbres des nutriments et reçoivent en retour des molécules carbonées de la photosynthèse. Ces échanges améliorent la nutrition de l'arbre et ainsi sa croissance et ses performances. Les événements moléculaires au cours de l’interaction mutualiste ont été décrits, mais le rôle de l'épigénétique lors de la mycorhization reste à établir. Une publication de notre consortium suggère que plusieurs gènes de l'hôte et du champignon impliqués dans l'interaction mutualiste sont sous contrôle épigénétique, suggérant un nouveau niveau de régulation des gènes dans des interactions déjà complexes. EpiMyc vise à établir la causalité entre les variations épigénétiques dans l'arbre ou le champignon et la reconnaissance, l'établissement et le fonctionnement de la mycorhization. EpiMyc réunit des disciplines expérimentales et informatiques dans une approche intégrative exploitant le système arbre peuplier (Populus spp.) avec le champignon ECM Laccaria bicolor. EpiMyc rassemble des spécialistes de la mycologie, de l'écophysiologie des arbres et d’épi/génomique pour i) Distinguer les changements épigénétiques constitutifs et inductibles au cours de la mycorhization et voir comment cela peut être étendu à l'établissement du microbiote racinaire, ii) Tester la variabilité génétique naturelle des populations d'arbres quant à leur capacité à établir une ectomycorhization et identifier les variations épi/génomiques associées, iii) Évaluer la plasticité et la signification biologique de l'association ECM en cas de déficit hydrique et iv) Réaliser une analyse intégrative modélisant les relations multi-échelles entre les caractéristiques de la mycorhization et leurs déterminants moléculaires et la validation fonctionnelle de gènes candidats à l'aide de l'édition du génome.

La bioconversion des déchets organiques par les insectes offre des perspectives innovantes pour une alimentation durable et respectueuse de l'environnement. Toutefois, les élevages d'insectes sont exposés aux risques sanitaires liés aux agents pathogènes qui peuvent affecter la santé et la productivité des colonies. La survenue et la propagation des maladies dépendent de nombreux facteurs, tels que le type d'agent infectieux, le mode de transmission, le nombre d'hôtes sensibles et les conditions environnementales. Le projet FLYPATH vise à évaluer les risques posés par des pathogènes pour l'une des espèces d'insectes les plus utilisées dans le monde : la mouche soldat noire (Hermetia illucens) ou BSF. Pour cela, il réunit des chercheurs et des producteurs français de cet insecte. Les objectifs du projet visent : i) à identifier les agents pathogènes potentiels et les voies de contamination dans les élevages de mouches soldat noire via des analyses métagénomiques (WP1), ii) à étudier l’effets de divers pathogènes (virus et bactéries sporulantes) sur de l'insecte (WP2), et iii) à modéliser la dynamique des maladies dans les fermes à insectes, en utilisant les données des WP1 et WP2, afin de réaliser une première estimation qualitative et quantitative des risques sanitaires pour les producteurs de mouches soldat noire (WP3). Nos travaux visent à comprendre les origines et les trajectoires possibles des agents pathogènes et à développer et adapter des méthodes pour l'identification des agents pathogènes qui pourront servir de critères de diagnostic. Ce projet permettra aussi de fournir des recommandations aux producteurs de BSF pour prévenir et contrôler les maladies. De plus, nos résultats contribueront à éclairer des questions fondamentales relatives à la dynamique et à l'écologie des agents pathogènes, selon leur degré de spécialisation, et selon leur transmission horizontale ou verticale.

Le transfert inter-espèces d'éléments mobiles contribue à l'évolution des génomes eucaryotes. Pourtant, la dynamique, le contrôle et les impacts à court terme de ce processus sont mal connus, car difficiles à étudier. L'ADN-T est un élément mobile transféré de la bactérie Agrobacterium tumefaciens à de nombreuses plantes dicotylédones, dont Arabidopsis thaliana. De nombreuses dicotylédones sauvages et domestiquées contiennent des vestiges de l'ADN-T dans leur génome, ce qui indique que le transfert d'ADN-T peut modifier le génome de manière permanente. L'interaction entre A. tumefaciens, l'ADN-T et A. thaliana offre l’opportunité d'étudier, dans des conditions contrôlées, un processus naturel de transfert d'ADN depuis son arrivée dans la cellule, en temps réel. Le projet MOBIL_DNA étudiera le devenir et la régulation de l'ADN-T sauvage dans la plante hôte et son impact sur les cellules hôtes ainsi que sur le mode de vie des agents pathogènes. Avec une résolution à l’échelle de la cellule unique et de la molécule unique, le projet MOBIL_DNA propose d'élucider de nouveaux processus moléculaires chez la plante confrontée à la présence de l'ADN-T (et plus généralement d’un ADN étranger). Ce projet, à l'interface de l’étude des interactions plantes-pathogènes et de la réponse de l’hôte face à un ADN étranger, est possible grâce à l'expertise complémentaire des 3 partenaires, et aux données préliminaires qu'ils ont acquises. Le consortium MOBIL_DNA combine des expertises sur le mode de vie d'A. tumefaciens (Partenaire1 équipe Faure à l'I2BC, Gif-sur-Yvette), l'imagerie en temps réel de l'ADN et de l'ARN chez les plantes (Partenaire2 équipe Pontvianne au LGDP, Perpignan) et la régulation des éléments mobiles chez les plantes (Partenaire3 équipe Déléris à l'I2BC, Gif-sur-Yvette). Ce projet bénéficiera également de l'infrastructure et de l'expertise des plateformes de séquençage, microscopie et bio-informatique de l'I2BC et du LGDP. Mobil_DNA est organisé en 3 actions (WP). Dans le WP1, nous déterminerons le paysage co-transcriptomique de l'interaction Agrobacterium-Arabidopsis à deux étapes clés de l'infection, en analysant tout particulièrement les processus impliqués dans le transfert de l'ADN-T, la réponse de l'hôte à l'ADN étranger, le contrôle de la variabilité génomique et le mode de vie du pathogène sur les racines et les tumeurs. La transcriptomique sur cellule unique permettra de mieux comprendre l'hétérogénéité des populations de cellules végétales dans la tumeur afin de révéler les réponses du génome et les voies de régulation liées à l'expression de l'ADN-T. Dans le WP2, nous utiliserons l'imagerie en direct de l'ADN et de l'ARN pour caractériser la localisation et le devenir de l'ADN-T pathogène dans les cellules végétales, avec une résolution sub-tissulaire et sub-cellulaire, et nous relierons ces informations à l'état transcriptionnel de l'ADN-T et à la transcriptomique sur cellule unique. Dans le WP3, nous visons à comprendre les mécanismes contrôlant l'expression de l'ADN-T (silencing post-transcriptionnel/transcriptionnel). Nous révélerons la régulation de l'ADN-T, les changements globaux du paysage épigénomique dans la tumeur végétale, et les croisements entre régulations de l'ADN-T et des éléments transposables (ET) de l'hôte. Les transpositions somatiques et autres réarrangements du génome de la plante et de la bactérie seront évalués. La contribution de l'état prolifératif des cellules des galles à l'activation des éléments mobiles et au changement de mode de vie du pathogène sera testée à l'aide de mutants et d'outils appropriés. Dans l'ensemble, ces travaux conduiront à des découvertes majeures sur la dynamique spatio-temporelle du transfert horizontal de l'ADN-T avec une résolution sans précédent et sur le contrôle et l'impact de l'ADN-T, fournissant des informations précieuses pour l’étude de l'évolution des génomes, pour l'ingénierie génomique basée sur l'ADN-T et la protection des plantes.

Le projet FRiPPon vise à explorer une nouvelle classe de peptides fongiques appelés dikaritines, et à comprendre leur rôle en tant qu'effecteurs chimiques chez les champignons qui interagissent avec les plantes. Les champignons produisent une large gamme de métabolites secondaires (SM) qui agissent comme des effecteurs chimiques pour coloniser leur niche écologique. En particulier, les espèces phytopathogènes et endophytes produisent des SM pour manipuler la physiologie de leur hôte ou son microbiote. Les dikaritines sont désormais considérées comme la principale classe de peptides synthétisés par la voie ribosomale puis modifiés de manière post-traductionnelle (RiPPs) chez les Ascomycètes. Les cinq dikaritines identifiées à ce jour comprennent des phytotoxines (e.g. Ustiloxines) et un effecteur manipulant l'immunité des plantes (Victorin). Leur synthèse est initiée à partir d'une protéine précurseur (Kexin-Processed Protein) et d'au moins une enzyme avec un domaine DUF3328 (Domain of Unknown Function) permettant leur cyclisation. L’exploration des génomes fongiques a révélé un répertoire inexploré de centaines de clusters de gènes (BGCs) permettant la synthèse de dikaritines, et ceci non seulement chez des espèces phytopathogènes mais également chez des espèces endophytes. Par ailleurs, certains de ces BGCs ne sont exprimés qu’en présence de la plante hôte, ce qui suggère un rôle dans cette interaction biotique. Les objectifs spécifiques du projet FRiPPon sont (i) de découvrir de nouvelles dikaritines bioactives à partir de champignons interagissant avec les plantes, (ii) d’explorer leur diversité chimique, (iii) de caractériser leurs activités sur les plantes et micro-organismes, et (iv) d’évaluer leur potentiel agronomique. Le programme se concentre sur quatre espèces fongiques qui présentent des stades endophyte, biotrophe et/ou nécrotrophe bien caractérisés sur leur plante hôte et pour lesquelles des données transcriptomiques de haute qualité sont disponibles (Botrytis cinerea, Colletotrichum higginsianum, C. tofieldiae et Leptosphaeria maculans). Le projet s’intéresse également à trois souches de Penicillium développées par le partenaire industriel (CMI Roullier) pour leur action bénéfique sur la croissance des plantes. Le principal défi du projet est d'isoler des dikaritines qui ne sont quasiment pas produites en l'absence de la plante. Pour relever ce défi, les BGCs d'intérêt seront sélectionnés puis exprimés dans un hôte hétérologue, la levure. Des techniques chimiques de pointe seront ensuite utilisées pour extraire, purifier et déterminer la structure d’au moins cinq nouvelles dikaritines. Celle-ci seront testées sur des plantes et des micro-organismes pour déterminer leurs activités. En parallèle, des études de génétique fongique seront menées afin d'évaluer le rôle de ces effecteurs chimiques dans les interactions plante-champignon. FRiPPon est un PRCE qui réunit deux instituts de recherche avec des expertises complémentaires en phytopathology (BIOGER-INRAE) et en écologie chimique (MNHN) ainsi que la société CMI - Roullier qui développe des produits naturels l’industrie agronomique. Sur le plan académique, ce projet interdisciplinaire devrait permettre de décrypter la manière dont les champignons manipulent les plantes hôtes ou leur microbiote, et de révéler de nouvelles structures de dikaritines. Enfin, l'exploration de cette source inexploitée de SMs fongiques ouvrira la voie à de nouvelles possibilités de développement de solutions durables et naturelles pour l'agronomie.

Le projet ANR-JCJC ShySM a pour but de comprendre le rôle joué par les métabolites spécialisés que produisent les champignons phytopathogènes hémibiotrophes spécifiquement au cours l’infection. Le projet se focalisera sur les molécules produites au cours de la phase biotrophe, là où leur rôle est susceptible d’être important pour la manipulation des défenses de la plante hôte et l’installation de la maladie en amont de la phase nécrotrophe. Des données préliminaires de transcriptomique indiquent que ces métabolites spécialisés ne sont pas produits par ces champignons pathogènes en condition de laboratoire et peuvent donc être qualifiés de cryptiques ou ‘timides’. Elles indiquent également que ces molécules sont produites en vagues successives correspondant aux étapes du cycle infectieux : pénétration de l’hôte, phase biotrophe. Ces caractéristiques font qu’il est particulièrement difficile de les purifier en quantités suffisantes à partir de tissus infectés pour (i) déterminer leur structure chimique, (ii) identifier leurs activités biologiques et caractériser leur mode d’action. Avec ce projet pluridisciplinaire, nous proposons de combiner de façon innovante des approches de biologie synthétique, de métabolomique et de protéomique pour produire les métabolites spécialisés d’intérêt en quantités suffisantes à la fois pour leur élucidation structurale et pour étudier leur mode d’action. La définition du mode d’action de ces molécules passera par l’identification des cibles protéiques chez la plante à l’aide de méthodes non ciblées. Les interactions protéine-métabolite spécialisé seront ensuite validées à l’aide de tests ciblés in planta incluant des lignées rapportrices puis des tests biochimiques. Le projet JCJC ShySM établira le rôle que les métabolites spécialisés fongiques jouent dans l’établissement des phases précoces de la maladie et fournira les connaissances fondamentales nécessaires à la conception de nouveaux moyens de lutte contre ces agents pathogènes.

Les virus des plantes sont des pathogènes intracellulaires obligatoires qui menacent la sécurité alimentaire et entraînent des milliards de dollars de pertes agroéconomiques chaque année. La compréhension de la nature moléculaire de la résistance de l'hôte et des mécanismes de défense viraux est cruciale pour développer des cultures résistantes aux virus pour une sécurité alimentaire durable. Lors de la reconnaissance, l'augmentation rapide du calcium cytoplasmique (Ca2+) et des espèces réactives de l'oxygène (ROS) sont fréquemment observées comme deux seconds messagers essentiels pour activer les réponses immunitaires des plantes. Pourtant, nous ne connaissons toujours pas leurs rôles précis pendant l'infection virale et s’ils sont impliqués dans les processus viraux de contournement de l’immunité des plantes. Ce projet aborde les questions suivantes : les virus manipulent-ils les niveaux de ROS et de Ca2+ et quels composants moléculaires sont impliqués dans ce processus ? Comment ces composants sont-ils interconnectés ? Comment les canaux calciques sont-ils activés ? Quelles sont les étapes du cycle viral sur lesquelles ils agissent (réplication, mouvement, régulation des plasmodesmes) ? Quel est le rôle sous-jacent de la membrane plasmique dans la réponse virale ? Ce projet réunissant 3 équipes très complémentaires utilisera Arabidopsis thaliana et ses ressources génomiques comme un nouveau et puissant pathosystème pour étudier les potexvirus.

Les changements globaux actuels nous obligent à repenser nos systèmes d’élevage pour réduire la pression sur les écosystèmes, augmenter la sécurité alimentaire et sanitaire et mieux prendre en considération le bien-être animal. Pour atteindre ces objectifs globaux, le phénotypage à haut-débit du fonctionnement intime des tissus animaux est une condition nécessaire. Son couplage à des systèmes cellulaires innovants est une voie prometteuse pour évaluer en haut-débit des phénotypes difficilement mesurables en élevage sur des animaux vivants, et remplacer à terme le recours à l’expérimentation animale. Pour cela, parmi les différentes stratégies qui peuvent être mises en œuvre, nous proposons d’utiliser les cellules souches embryonnaires pluripotentes (ESC) car ces cellules, obtenus à partir d’embryons au stade blastocyste, peuvent théoriquement se différencier in vitro et in vivo vers tous les lignages cellulaires. Leur génome pouvant être facilement manipulé ou édité, elles permettent donc, à partir d’une lignée, d’étudier de nombreux phénotypes intermédiaires pour différents tissus et lignages cellulaires et d’évaluer expérimentalement la contribution de gènes ou de variants génétiques à ces phénotypes. Dans le cadre de ce projet, nous démontrerons que les ESC porcines peuvent être utilisées en routine pour du phénotypage in vitro, en évaluant leur potentiel de différenciation vers les lignages intestinaux, musculaire et adipocytaire. Nous montrerons que des modifications génétiques produites dans les ESCs ont un effet a posteriori sur le phénotype des organoïdes intestinaux ou musculaires qui en sont issus. Enfin le projet visera à comprendre et à réduire l’hétérogénéité intra-lignée et inter- lignées d’ESC en agissant sur les modules de régulation génique et les communications cellule-cellule, cruciaux pour le développement du blastocyste porcin et pour la biologie des cellules pluripotentes.

La réduction des émissions de méthane (CH4) des ruminants constitue un enjeu majeur pour le secteur de l’élevage. Une stratégie optimale de réduction du CH4 doit également induire des co-bénéfices tels que l’amélioration de la productivité et de la santé animale. Le CH4 est produit lors de la fermentation des aliments dans le rumen. Ce processus est réalisé par le microbiote ruminal (une communauté microbienne complexe) et est médié par l'hydrogène (H2). Nos connaissances sur les facteurs qui façonnent les flux d’hydrogène sont encore incomplètes. H2Rumen vise à générer des connaissances fondamentales sur les flux de H2 dans l'écosystème ruminal et à traduire ces connaissances dans des modèles mathématiques prédictifs de la fermentation ruminale. Nos résultats seront d’une grande valeur pour la conception optimale de stratégies de réduction du CH4 avec des co-bénéfices pour l’animal. Notre hypothèse est que la thermodynamique et les interactions microbiennes contrôlent conjointement les transactions d'hydrogène dans l'écosystème du rumen. H2Rumen répond à la question scientifique fondamentale suivante : où va le H2 ? Nous répondrons à cette question par une approche intégrative combinant expérimentations in vitro, modélisation in silico et approches omiques. Pour cela, H2Rumen rassemble une équipe interdisciplinaire couvrant des expertises sur la fermentation ruminale, la microbiologie ruminal et la modélisation métabolique. Outre l’impact sur l’levage des ruminants, nos méthodes pourraient être applicables à d’autres écosystèmes tels que l’intestin humain, des bioréacteurs et des écosystèmes alimentaires fermentés.

Dans le contexte d’une alimentation durable, l’innovation pour la qualité des produits fermentés nécessite une meilleure compréhension des procédés fermentaires. En œnologie, les nutriments azotés, dont la composition et quantité dans le moût de raisin varient selon les conditions viticoles, sont essentiels pour les levures réalisant la fermentation et pour la qualité du produit. Des études récentes ont révélé l’importance de l’assimilation des petits peptides par les levures sur l’amélioration du procédé de fermentation et sur la qualité organoleptique du vin. Cependant, la composition de ces petits peptides dans les moûts de raisin, les mécanismes de transport, la régulation, l’impact des facteurs environnementaux ainsi que la diversité intra- et inter-espèces des levures sur la consommation de ces peptides sont mal connus. Nous proposons tout d’abord la mise au point de méthodes innovantes pour identifier et quantifier les petits peptides d’un moût de raisin. Nous examinerons ensuite la diversité de leur transport chez Saccharomyces cerevisiae, en prenant en compte les facteurs environnementaux et leur influence sur la fermentation et la production aromatique. Puis les conditions de milieux et de souches seront choisies afin de déterminer les bases métaboliques de ce transport. L’étude de la production et du transport des petits peptides par les levures non-Saccharomyces de vin permettra d’envisager des ajustements de la composition azotée. Enfin, nous évaluerons l’impact de l’assimilation de ces petits peptides dans les conditions de moût naturel sur le profil aromatique et la qualité sensorielle des vins. L'approche multidisciplinaire de ce projet améliorera la compréhension du rôle des oligopeptides et des levures non-Saccharomyces en œnologie. Le projet vise à proposer des solutions innovantes pour une vinification durable, assurant l'efficacité de la fermentation et la qualité du vin, tout en respectant les considérations environnementales et économiques.

Ces dernières années, la prise de conscience de l’impact environnemental de l’alimentation a conduit à un regain d’intérêt pour les aliments fermentés et le végétarisme. Les aliments fermentés (AF) sont une source de microorganismes vivants et leur consommation régulière, en particulier lorsqu’ils contiennent des Bactéries Lactiques (BL), est un facteur de bonne santé. De plus, suite à une consommation régulière, les BL pourraient moduler le microbiote oral (MO) et les fonctions orales de l’hôte. Il a été montré que la composition du MO est liée à la sensibilité gustative (SG) chez l'homme. Par conséquent, une modulation du MO pourrait modifier cette SG. Malgré une certaine disparité entre les études, les BL peuvent persister dans la bouche entre quelques heures et quelques jours avec une importante variabilité interindividuelle. Les facteurs à l’origine pourraient inclure les propriétés de l’environnement oral et les interactions avec le MO. Notre groupe a récemment montré que la persistance orale des BL était plus faible chez des rats présentant des marqueurs de réponse à un stress oxydatif dans leur salive. Cette dernière constatation conduit à l’hypothèse selon laquelle les régimes pro-oxydants pourraient être un facteur antagoniste à la persistance des LAB dans la cavité buccale. De nombreuses études ont montré que le régime végétarien était moins oxydatif que le régime omnivore. Par conséquent, les sujets ayant adopté un régime végétarien semblent être des candidats appropriés pour étudier la persistance et l’activité orales des LAB. L’objectif général de ce projet est d’élucider la contribution des facteurs oraux (de l’hôte et du MO) et des habitudes de consommation en AF sur l’activité et la persistance orale des BL ainsi que sur la SG chez des sujets végétariens ou omnivores. Le projet PERSIST repose sur l’interconnexion de 3 unités de recherche expertes en sciences sensorielles, biochimie salivaire, microbiologie et métagénomique.

L'Organisation mondiale de la santé et de nombreux organismes de santé recommandent l'allaitement maternel exclusif pendant les six premiers mois de la vie. Néanmoins, ces dernières années, plusieurs cas de bactériémies sont survenus à l’hôpital chez des nouveau-nés prématurés avec un lien possible avec des lots de lait maternel contaminés par la bactérie pathogène Bacillus cereus (Bc). Ce projet vise à déterminer le statut de contamination d’échantillons de lots de laits maternels provenant de lactariums et de son environnement à l’égard de ce danger. Le potentiel de virulence des souches de Bc isolées des laits sera estimé en quantifiant le niveau de production des toxines émétiques (céréulide) et diarrhéiques (entérotoxines), ainsi qu’en évaluant sa toxicité chez l’hôte grâce au modèle Drosophila melanogaster. Une comparaison avec des souches impliquées dans les infections humaines en France permettra ensuite de déterminer l'importance relative des différentes voies de transmission (maternelle ou environnementale) et leur implication possible dans les maladies infectieuses chez les nouveau-nés. Les différents enjeux sociopolitiques et contextuels liés aux débats sur le lait maternel seront également identifiés et analysés. Ainsi, les professionnels de santé seront mieux à même de justifier l'adéquation et la pertinence des mesures de contrôle mises en œuvre face au danger Bc, le cas échéant les réexaminer et de diffuser les pratiques préventives sélectionnées.

Le projet FIDD répond aux défis contemporains de la fouille de données et de l'IA. Avec l'explosion de la génération de données dans divers domaines, la demande croissante d'approches interactives centrées sur l'utilisateur devient impérative. Les méthodes traditionnelles présentent des limites pour suivre l'évolution des besoins des utilisateurs et l'adaptation aux environnements dynamiques. Elles utilisent généralement trois approches pour gérer les contraintes des utilisateurs : le prétraitement, l'intégration des filtrages et le post-traitement. La programmation par contraintes (CP) est une solution déclarative qui peut s'avérer complexe à mettre en œuvre et exige des compétences d'analyste. De plus, la modélisation manuelle des contraintes est un défi ardu. Une réponse à ce défi émerge dans le domaine en pleine expansion de l'Acquisition de Contraintes (AC), qui se concentre sur l'acquisition directe des contraintes à partir des données. La fouille interactive révolutionne les méthodes traditionnelles en introduisant une approche itérative composée de l'extraction de motifs, de l'interaction avec les utilisateurs pour façonner le processus et de l'apprentissage des préférences des utilisateurs pour guider la recherche. Cependant, les méthodes actuelles comportent des limitations, notamment l'utilisation de descripteurs indépendants et les défis posés par l'hétérogénéité et la nature dynamique des données. Ainsi, une approche itérative et déclarative est indispensable pour relever ces défis. En réponse, FIDD intègre des techniques avancées de fouille de données basée sur les contraintes, d'acquisition de contraintes, d'apprentissage automatique et de fouille interactive des données, visant à fournir un cadre complet et unifié capable de s'adapter aux besoins évolutifs des utilisateurs, d'extraire efficacement des motifs à partir des données et d'améliorer continuellement ses performances grâce aux retours des utilisateurs et à la révision déclarative du modèle.

SCALP considère des systèmes complexes régis par des dynamiques multi-échelles non linéaires avec des interactions non locales entre échelles. Ces systèmes présentent des événements extrêmes dans leur dynamique ainsi que des dépendances à longue portée. Quelques exemples de ce type de processus sont donnés par la turbulence des fluides, la dynamique des océans et de l'atmosphère, les marchés boursiers, les processus d'avalanche. Ils résistent généralement aux approches analytiques/simulation traditionnelles, faute de disposer d'un modèle physique fiable et exploitable nécessaire pour effectuer des tâches de prévision. Les systèmes chaotiques de grande dimension présentent généralement une dynamique trop complexe pour permettre une analyse théorique. Ainsi la construction d'un modèle minimal interprétable devrait pouvoir fournir des éléments de compréhension de tels systèmes. Les approches d'apprentissage automatique sont séduisantes dans ce contexte, mais elles nécessitent la conception de nouvelles architectures d'apprentissage automatique qui présentent des propriétés spécifiques informées par la physique, telles que les symétries d'échelle et les lois de conservation. De plus, les observations sont souvent rares, éliminant de facto les architectures trop volumineuses. Notre objectif est de développer des modèles profonds mais interprétables avec des symétries d'échelle pertinentes et respectant les lois de conservation physiques. En tant que cas d'étude, nous nous concentrerons sur divers modèles dynamiques multi-échelles de la turbulence (turbulence des ondes, turbulence des fluides), des modèles chaotiques de la dynamique atmosphérique et des processus d'avalanche. Ensuite, des données réelles provenant d'observations, d'expériences et de simulations numériques directes seront étudiées. Les impacts à long terme de SCALP concernent des contextes qui ne se limitent pas à la physique et où de plus grands réseaux non interprétables ne sont pas la solution.

Le traitement automatique des conversations humaines pose d'importants défis en raison de leur nature multimodale et dynamique. Le projet MINERAL vise à améliorer la compréhension des situations conversationnelles en abordant des problématiques clés : exploiter les indices non verbaux, intégrer l'ancrage sémantique et comprendre la structure discursive dynamique. Situé à l'intersection des modalités textuelles, audio et visuelles, le projet MINERAL s'appuie sur des travaux sur la compréhension de conversations tout en se concentrant sur le domaine largement inexploré de l'analyse conversationnelle multimodale. En exploitant des ensembles de données incluant des données télévisuelles, des réunions multipartites, des enregistrements anonymisés de centres d'appels d'Orange, ainsi qu'un jeu de données axé sur le développement socio-cognitif des enfants, le premier objectif du projet MINERAL consiste à développer des modèles capables d'effectuer des analyses contextuelles multimodales sémantiques, discursives et pragmatiques des conversations humaines à plusieurs participants. Pour aborder la conversation dans sa globalité, nous commencerons par caractériser les actes de communication, c'est-à-dire les plus petites unités de communication au sein de la conversation, qui peuvent être verbales ou non verbales, puis étudier la structure communicative, à savoir les relations entre les actes de communication. Pour évaluer l'efficacité de ces modèles, le deuxième objectif du projet consistera à générer automatiquement un script (sur le modèle de script de film) décrivant le contenu d'une conversation en tenant compte des dimensions sémantiques, discursives et pragmatiques. Nous prévoyons d'évaluer la capacité de généralisation de nos modèles dans différents cas d'utilisation, qu'ils soient industriels (résumé de réunion) ou académiques, grâce à la recherche sur le développement socio-cognitif des enfants.

« Je pense donc je suis », citation peut-être la plus célèbre de Descartes, met en lumière la complexité cognitive humaine, qui a la capacité de raisonner sur elle-même. Est-il possible de conférer certains de ces attributs aux machines et les faire "penser" afin de qu’elles partagent nos tâches ? Cette question est traitée par de nombreux chercheurs dans de nombreux domaines : l'électronique, la photonique, mais également la spintronique. Pour imiter les capacités cognitives du cerveau, nous avons besoin d'éléments nonlinéaires tels que les neurones connectés aux synapses. Je propose d'utiliser la non-linéarité intrinsèque des ondes de spin et leurs interactions complexes pour imiter l'architecture neuronale du cerveau, c’est-à-dire réaliser les calculs dans l’espace réciproque, permettant ainsi de s’affranchir des circuits électroniques classiques. L'idée est d’utiliser l'excitation paramétrique de modes d'ondes de spin (les neurones) dans un système magnétique simple et de contrôler leur couplage (les synapses) en modulant l’anisotropie magnétique par une tension appliquée (VCMA pour Voltage Control of Magnetic Anisotropy), ceci dans le but de créer une signature spectrale unique pour une même famille d’inputs, dans le but de les classer (l’une des tâches principales d’une IA). Les défis sont multiples : réussir à combiner faible damping et coefficient de VCMA élevé, et contrôler les interactions non-linéaires entre modes. Cette approche non-conventionnelle (neuromorphe) de l'informatique n'a à ce jour pas été exploitée et combine plusieurs avantages : l'efficacité énergétique, la compacité et un faible coût, promettant des dispositifs à faible impact environnemental. Une application directe d’un tel système est le traitement de données (reconnaissance vocale et d’images, traitement du langage), et pourrait également être étendue à des applications dans plusieurs systèmes embarqués.

Aujourd'hui, les commutateurs RF sont des éléments clés dans les technologies de l’information permettant la communication sans fil dans de nombreuses applications. Actuellement, la technologie des commutateurs RF est dominée par les semi-conducteurs (diodes PIN ou FET) ou par les systèmes électro-mecanique (MEMS). Cependant, il existe un vrai besoin d’une technologie émergente capable d’apporter de nouvelles fonctionnalités tout en maintenant le rythme de la réduction de la taille, de poids et de la consommation d'énergie des composants ainsi que des coûts. Les matériaux bidimensionnels (2D) et en particuliers les TMDs (Transition-Metal Dichalcogenide) comme PtSe2, WS2, WSe2 avec leurs propriétés exceptionnelles (bandgap et mobilité d’électrons) pourraient être cette nouvelle génération de matériaux pour les futurs commutateurs RF à consommation électrique faible, meilleure efficacité et sur une bande de fréquence très large (du GHz au THz). Des premiers résultats obtenus au sein de consortium ont permis de valider le concept mais des défis technologiques sont encore à lever. La premier consiste à développer le dépôt de couches simples de TMDs et en hétérostructures sur des grandes surfaces (5cm) et une caractérisation physique approfondie. Le deuxième défi va se focaliser sur la mise au point de modèles électromagnétiques permettant de faire le lien entre les propriétés des TMDs et la modélisation d’un commutateurs RF. Enfin, nous démontrerons la fonction RF à base de TMDs pour des déphaseurs à trois fréquences. L'intérêt scientifique du projet 2DHEXPLOR est de donner les outils nécessaires à la communauté scientifique permettant le développement d'une nouvelle génération de composants RF capables de répondre à des problématiques industrielles avec une montée en TRL pour ce type de matériau et en tenant en compte des contraintes SWAP-C. Le consortium diversifié et très complémentaire est composé de Thales Recherche et Technologie, IETR, et UMPHY.

Ce projet a pour but la démonstration d’une nouvelle famille de composants photoniques moyen-infrarouge (MIR, 3-12 µm) mettant à profit l’interaction acousto-optique. Le MIR est une gamme spectrale à fort potentiel applicatif notamment pour les télécommunications en espace libre, car le rayonnement MIR est assez robuste aux perturbations atmosphériques, mais également pour la spectroscopie. Malgré de nombreux progrès vers l’émergence de systèmes intégrés, de nombreux dispositifs, tels que les modulateurs de phase, n’existent pas dans le MIR. Ce projet vise à répondre à ce besoin en combinant les propriétés piézoélectrique et de transparence MIR du GaAs, pour démontrer : 1) la modulation en phase pure et 2) le routage sur puce de faisceaux MIR. Ces deux fonctions seront mises à profit pour démontrer le verrouillage en fréquence d’un laser à semiconducteur sur la résonance d’une cavité intégrée à haut facteur de qualité.

Bien que les technologies III-V sur InP, à base d’alliages d'indium (In) et de gallium (Ga), aient démontré leur supériorité pour les applications haute fréquence et photoniques, leur développement est limité par l'utilisation de substrats InP fragiles et coûteux. En outre, ces technologies sont confrontées à un grave problème de disponibilité de Ga et d'In, en raison de réserves limitées (In) et/ou d'une extraction principalement réalisée en Chine (In, Ga). Enfin, la production de Ga et d'In a des conséquences néfastes importantes sur l'environnement. Pour réduire la dépendance géopolitique envers ces matériaux et préserver l'environnement, l'utilisation de Ga et In doit être limitée. Les matériaux 2D (2DMs) offrent une solution pour réduire la quantité de matériau actif nécessaire. Grâce à leur structure cristallographique, les 2DMs peuvent être épitaxiés sans contrainte d’accord de maille et donc sur substrat silicium (Si), le meilleur candidat en raison de son faible coût et de sa grande disponibilité. Nous proposons donc le développement de transistors à effet de champ (FETs) utilisant des 2DM sur un substrat Si. Le 2DM choisi est InSe présentant une bande interdite directe de 1.26 eV au-delà de quelques monocouches et une mobilité électronique de 2000cm2/Vs, l'une des meilleures parmi les 2DM semi-conducteurs. La réalisation de cet objectif s'appuiera sur l'expertise de 3 plateformes technologiques principales du réseau Renatech: C2N, LTM et IEMN. Deux techniques de croissance, MOCVD et MBE, seront comparées grâce à une étude approfondie des propriétés structurelles et électroniques des couches obtenues. La fabrication des FETs se concentrera sur l’optimisation des contacts ohmiques et de l’oxyde de grille. Les performances électriques des dispositifs seront évaluées à basse et à haute fréquence. La valeur ajoutée du projet s'étendra bien au-delà du domaine des FET puisqu'une grande variété de dispositifs pourrait bénéficier de la technologie développée.

Le projet OptoMecaSNIC est un projet d'équipe unique visant à développer des neurones impulsionnels optomécaniques ultrarapides pour des applications aux réseaux de neurones. Les neurones impulsionnels suscitent beaucoup d'intérêt car ils constituent des briques de base biologiquement plausibles pour les réseaux de neurones impulsionnels, censés être plus efficaces en termes de ressources utilisées que d'autres types de réseaux plus courants. Le développement d'une nouvelle plateforme, incluant des accès optiques et électriques et intégrée sur une puce de silicium sur isolant, ouvrira de nouvelles perspectives dans le domaine du calcul neuromorphique. L'intérêt d'une telle plateforme réside dans la combinaison de l'intégration sur puce, de la vitesse de réponse et de la possibilité de s'interfacer directement à des stimuli mécaniques ou optiques pour effectuer des calculs. Le projet visera à tester des tâches informatiques à nœud unique et à quelques nœuds, ainsi qu'à développer une interface hybride pour se connecter aux neurones laser impulsionnels ultrarapides déjà présents dans l'équipe. L'équipe du projet possède une expertise reconnue dans les domaines de l'optomécanique, des technologies de nanofabrication, de la photonique neuromorphique et de la dynamique non linéaire. Elle est localisée au Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies de Palaiseau, qui héberge une salle blanche de premier cercle appartenant au réseau Renatech. L'équipe projet rassemble ainsi toute l'expertise nécessaire à la réussite d'OptoMecaSNIC. De plus, cette proposition fait partie de l'axe H.12 pour le développement et l'intégration de briques de base de nouvelle génération pour l'informatique et le traitement de l'information, avec une utilisation efficace des ressources. Cela peut avoir un impact sur de nombreux secteurs différents dans lesquels les modèles d’apprentissage automatique et de réseaux neuronaux sont appelés à jouer un rôle de premier plan.

Les communications optiques sans fil (OWC) sont des technologies haut débit et hautement sécurisées développées pour soutenir les solutions radiofréquences face à la croissance rapide des échanges sans fil. Les OWC utilisent souvent des photodiodes PIN ou à avalanche pour la réception optique, qui malgré leurs avantages ont une faible photosensibilité. Cela limite la couverture de communication à quelques mètres carrés et ne peut être amélioré qu'au détriment de la compacité et de la consommation d'énergie du système OWC, alors que la réduction de ces deux paramètres est critique pour leur intégration dans les équipements grand public comme les smartphones ou les ordinateurs. Une solution très prometteuse est d’utiliser à la place des récepteurs SPAD (Single Photon Avalanche Diode) capables de détecter la lumière au niveau du photon et compatibles avec les technologies CMOS, permettant ainsi la fabrication de récepteurs OWC ultra-sensibles et compacts sous forme de circuits intégrés (IC). Bien que les SPAD souffrent de plusieurs limitations, la littérature a montré qu'elles peuvent être utilisées en OWC à des débits de quelques Gbps. Cependant, ces travaux sont principalement théoriques et les quelques résultats expérimentaux disponibles utilisent des SPAD commerciales non optimisées pour les OWC et évaluées selon un nombre limité de métriques. Le projet CLIPS vise donc à démontrer tout le potentiel des SPAD pour les OWC en adoptant l'approche d'optimisation globale suivante : 1) Concevoir un IC 3D de réception à 940 nm pour bénéficier des dernières avancées en matière de SPAD 3D sur silicium, initialement développées pour la détection de proximité, etc. 2) Intégrer ce récepteur dans un système OWC complet, dont les performances seront évaluées selon de multiples métriques et dans des cas d'utilisation nominaux. Pour cela, le projet CLIPS réunit des organisations à la pointe des OWC (Oledcomm, LISV) et du développement de circuits intégrés SPAD (INL, ICube, TIMA).

Le projet VISOPEC vise à lever un obstacle majeur à la création de sources supercontinuum intégrées aux longueurs d'ondes des télécommunications. Il exploite de manière unique des techniques d'apprentissage adaptées à la propagation non linéaire de la lumière pour produire un supercontinuum sur puce compatible avec des lasers de pompe ps compacts. La stratégie intègre un compresseur d'impulsions et un générateur de supercontinuum dans un circuit photonique SiN unique en modulant la dispersion longitudinale et les propriétés non linéaires des guides. La méthodologie bénéficie de l'expertise combinée de 3 partenaires : C2N, PHLAM, et XLIM, dotant le consortium de compétences en conception par apprentissage pour l'optique non linéaire, de la gestion de sources d'impulsions ultra-rapides (fs/ps), et des possibilités de fabrication de circuits photoniques. Le projet est composé de 5 modules scientifiques. Le WP1 se concentre sur des méthodes innovantes basées sur des techniques d'apprentissage pour la compression d'impulsions et la génération de supercontinuums cohérents, et des approches de conception qui hybrident ces deux aspects. Cette stratégie prend en compte les vastes possibilités de conception des circuits photoniques dans la limite cependant de leurs contraintes technologiques de fabrication. Le WP2 met l'accent sur la réalisation et l'optimisation des circuits SiN. Le WP3 se penche sur des schémas uniques de compression de solitons d’ordre 1 sous l’effet de sources >1ps. Le WP4 explore la génération de supercontinuums dans les régimes de dispersion normal et anormal des guides, en visant un élargissement spectral extrême et une cohérence de phase optimale. Le WP5 fait la démonstration de sources intégrées large bande présentant des spectres cohérents. Globalement, le projet offre une méthodologie et des outils d'apprentissage pour la génération de sources supercontinuum intégrées adaptables aux futures avancées des lasers de pompe intégrés ps.

L'objectif du projet ALTAr est de développer des tableaux de lasers adressables à émission verticale en utilisant des sources à plasmons Tamm. Le principal apport du projet, par rapport à l’existant, sera de développer un principe qui peut être étendu, sans obstacle technologique majeur, à de grandes surfaces et donc à un grand nombre de sources indépendantes. Nous exploiterons pour cela le caractère surfacique des plasmons Tamm qui existent entre un miroir de Bragg semi-conducteur et un métal. Cette propriété autorise le confinement optique et l’excitation électrique à travers le même plot métallique. Les structures étudiées seront constituées d’une partie électrique pour amener le courant dans des disques métalliques répartis en surface (taille caractéristique 5 à 10 µm), mise en contact avec une partie émissive plane de GaAs comprenant des puits quantiques dans un miroir de Bragg. Cette dernière étant non structurée, aucun alignement fin entre la partie d’adressage électrique et le semiconducteur n’est requis. Ce projet débutera par la démonstration de l'effet laser par excitation électrique pour un composant unique (des lasers excités optiquement et très récemment des diodes ont été démontrés avec des modes de Tamm). Nous nous intéresserons ensuite à des structures constituées de quelques lasers pour tester l’indépendance des sources en fonction de la distance. Enfin le collage d’une structure électrique adressable simplifiée et d’une partie émissive plane sera réalisé. Les dispositifs obtenus pourront être exploités dans les domaines qui requièrent un faisceau lumineux localisé à une position choisie comme la microscopie ou la microfluidique (lab-on-chip), et pourraient, en remplaçant des dispositifs optiques complexes, considérablement simplifier ces systèmes.

La possibilité d'intégrer des lasers à semi-conducteurs à faible seuil et miniaturisés sur une seule puce est au cœur d'une pléthore d'applications allant de la communication optique, l'imagerie, l'éclairage à l'information quantique et au stockage de données. Les lasers à polaritons, qui utilisent le régime de couplage fort exciton-photon, sont l'une des plates-formes les plus innovantes pour l'émission laser à très bas seuil. S'agissant d'une émission spontanée, cette lumière cohérente ne nécessite pas d'inversion de population et peut avoir lieu à un seuil de densité de porteurs beaucoup plus bas que celui des lasers à photons conventionnels. En vue d'un nouveau paradigme de laser à polaritons sur puce fonctionnant à température ambiante, peu coûteux, de fabrication compatible avec la technologie CMOS, le projet POLAROID vise trois objectifs : 1) Optimiser les couches minces de pérovskite tout-inorganique pour un régime robuste de couplage fort exciton-photon à température ambiante. 2) Démontrer l'effet laser des polaritons à partir de métasurfaces de pérovskite de taille micrométrique. 3) Développer un laser à polariton pompé optiquement avec un contrôle électrique et fonctionnant à température ambiante.

Les bases de données relationnelles font face à la complexité des données interconnectées et hétérogènes. Ainsi, les bases de données graphes ont gagné en popularité dans l'industrie et l'académie. Par exemple, certaines avec des données multiomiques ont été collaborativement conçues pendant la pandémie pour des analyses génomiques et le traçage de contacts (EU Datathon, CovidGraph, Covid-19 Knowledge Graph). Finance, télécommunications, journalisme et transports intelligents sont d'autres utilisations critiques sociétales. Cependant, le traitement à grande échelle de graphes géo-distribués nécessite des modèles qui posent encore des défis : la réplication, pour gérer des réseaux lents et peu fiables, le partitionnement, pour répartir de grands graphes, et la réplication partielle à proximité des clients, pour la localité. Aussi, les modèles local-first offrent une haute disponibilité, combinant partitionnement et réplication, pour accéder à une partie pertinente de données en cas de déconnexion. Si les mécanismes de distribution, tels que les types de données répliqués (RDT), sont utilisés par des bases clés-valeurs local-first, pour les bases de données graphes leur usage est largement inexploré. Cela est plus difficile, car il nécessite la maintenance des invariants de connectivité complexes compositionnels. VERDI propose une méthodologie interdisciplinaire pour concevoir des RDT graphes (GRDT) fiables, recoupant les domaines des bases de données, des systèmes distribués, des méthodes formelles et des langages de programmation. Il comprend quatre packages de travail (WP). WP1 fournira un fondement formel unifié pour le prototypage et l'extraction des GRDT corrects par construction. WP2 les adaptera pour assurer la préservation des invariants complexes dans des modèles à faible cohérence. WP3 étendra les GRDT avec la paramétricité et les transactions, et WP4 évaluera leurs performances sur le cas industriel d’un registre décentralisé basé sur des graphes.

Ces dernières années, des technologies matérielles innovantes ont émergé pour améliorer les calculs distribués dans les centres de données. Ainsi, les switchs programmables permettent le traitement des paquets avec des fonctionnalités définies par l'utilisateur pendant le transit des paquets. De même, les DPUs peuvent décharger les calculs sur les données des processeurs de calcul. Simultanément, l'urgence des crises climatiques et énergétiques a souligné la nécessité d'architectures économes. Or, ces nouvelles technologies offrent une opportunité pour réduire le trafic global du réseau des services distribués en déchargeant les calculs des CPU vers le réseau lui-même. Elles doivent donc être intégrées dans la conception des composants fondamentaux des systèmes distribués tels que les détecteurs de défaillance, la gestion de groupe, la dissémination fiable d'information ou le consensus. Nous proposons FurgalDinet, une plateforme pour construire des services distribués fiables et peu coûteux, tirant parti de ces technologies et qui minimise l'utilisation du CPU dans les centres de données et, par conséquent, leur consommation d'énergie. Notre approche globale étend les algorithmes clés tels que l'élection du leader, l'adhésion à un groupe et la diffusion, nécessaires à la création de services fiables. Nous visons non seulement à décharger la logique des algorithmiques sur les composants réseau, mais aussi d'utiliser de façon opportuniste des informations disponibles au niveau des switchs. Nous proposerons également un nouveau langage de programmation de haut niveau facilitant l'utilisation transparente de ces services distribués économes et fiables. Le projet sera évalué pour mettre en oeuvre un système de transactions de données répliquées

La prochaine génération des réseaux mobiles devrait permettre le fonctionnement efficace des systèmes industriels IoT (IIoT), comprenant le contrôle sensible au temps des machines, la perception/décision distribuée des véhicules autonomes et la collaboration des robots, tout en étant sobre en énergie. L'objectif du projet est de fournir un cadre de communication orienté vers des objectifs permettant le contrôle conjoint du réseau sans fil et des applications IIoT. Les contributions scientifiques envisagées comprennent, côté du réseau, la prédiction de la QoS, l'intégration de la 5G et du TSN et la reconfiguration du réseau orientée vers des objectifs et, côté des applications IIoT, la perception collaborative et la planification distribuée des chemins et des tâches. Le cadre du projet CANCUN partira de l'objectif de l'application IIoT et d'une planification des tâches de haut niveau fournie par un contrôleur central, et en déduira une planification de la configuration/reconfiguration du réseau correspondante qui devrait répondre aux exigences de l'application avec une grande confiance. Une fois que les tâches sont lancées et que les robots/véhicules mobiles commencent à exécuter les tâches, le réseau sans fil se reconfigure et s'efforce d'atteindre en permanence l'objectif de l'application. Les leviers d'approvisionnement en capacité et en couverture seront l'allocation des ressources radio et l'intégration flexible des interfaces sans fil et des petites cellules mmWave, tandis que l'apprentissage par renforcement (et en particulier les bandits manchots) sera l'outil privilégié dans CANCUN pour apprendre la configuration optimale du réseau. L’approche axée sur les objectifs opère sur deux fronts. Premièrement, le contrôleur réseau, conscient de l'objectif de l'application, élabore une politique optimale de planification et d'allocation des ressources qui échantillonne sélectivement les sources dont les données sont censées avoir le plus grand impact sur l'objectif de l'application. Deuxièmement, une prédiction conjointe de la qualité de service et du trafic conduira, du côté des sources, à une adaptation continue du mode de fonctionnement et du trafic généré à l'état du réseau. Un tel paradigme axé sur les objectifs est préconisé par CANCUN comme un catalyseur essentiel de la durabilité des réseaux industriels 6G, car il permet de transmettre la quantité minimale de trafic nécessaire pour atteindre l'objectif de l'application, au lieu de respecter constamment une QoS cible (en termes de débit de données et latence), comme pour les URLLC dans les réseaux 5G. Les principaux objectifs de CANCUN sont les scénarios avec des véhicules autonomes à basse vitesse (ALSV), tels que les zones industrielles et les campus, où la sécurité doit être assurée malgré l'environnement difficile et l'absence de signalisation routière. Les solutions de CANCUN seront étudiées théoriquement et testées sur des bancs d'essai développés au CS et NTU. Les schémas sélectionnés seront testés avec des véhicules autonomes à basse vitesse coordonnés à l'aide des communications 5G sur la planification des trajets et l'évitement des collisions.

La conception et vérification formelles de systèmes critiques exigent de considérer avec la même importance, dès le début, les exigences fonctionnelles et temporelles. Néanmoins, intégrer le temps sous toutes ses formes dans les assistants de preuves reste un défi majeur car le temps est souvent intégré tard, après plusieurs niveaux de raffinement et de manière manuelle et ad-hoc. D'un autre côté, il y a de nombreux modèles de temps riches et variés qui ont chacun leur expressivité et leurs limites mais qui intègrent peu ou pas les exigences fonctionnelles. Nous distinguons le temps des autres propriétés non-fonctionnelles car beaucoup d'autres propriétés sont interdépendantes du temps (énergie, chaleur, sécurité) et le temps prend une importance particulière dans les systèmes hybrides ou systèmes cyber-physiques dont certaines parties dont décrites par des équations différentielles. Ce projet propose des outils et une méthodologie pour combiner Event-B à des outils de vérification automatique de propriétés temporelles et promeut le temps comme un citoyen de premier niveau. D'un côté, cela augmente l'efficacité des assistants de preuve sur les propriétés temporelles qui peuvent être établies efficacement par des model-checkers. D'un autre, cela repousse les limites des outils de vérification automatique par l'utilisation de preuves sur des modèles paramétriques, lorsque la preuve généralise sur un domaine un résultat sans nécessiter l'exploration exhaustive (explicite ou symbolique) du domaine. Ceci constitue une innovation majeure pur la vérification des systèmes critiques en combinant les avantages des deux communautés qui à ce jour, progressent essentiellement séparément.

Depuis le début du siècle, l'Afrique est la deuxième région du monde à connaître la croissance la plus rapide (CUA/OCDE, 2023), avec à la fois une croissance démographique rapide et des signes importants de changement structurel dans de nombreux pays. Dans le même temps, c'est aussi le continent qui a connu le plus fort taux de déforestation au cours de la dernière décennie, perdant en moyenne 4 millions d'hectares de forêt chaque année (FAO et PNUE, 2020). Ces deux processus doivent-ils inévitablement aller de pair ? Ou existe-t-il des moyens de faciliter la croissance économique tout en préservant les forêts ? L'objectif de ce projet est double. Tout d'abord, il s'agit de mieux comprendre la relation entre le développement économique récent et la disparition des forêts en Afrique subsaharienne. Deuxièmement, nous chercherons à savoir s'il existe des mécanismes qui favorisent le développement économique tout en réduisant le taux de disparition des forêts sur le continent.

Les personnes homosexuelles (lesbiennes et gays) sont victimes de plusieurs formes de violences au travail : discriminations (dans l’accès à l’emploi, aux responsabilités, par exemple), stigmatisation, humiliations, violences sexuelles, entre autres (Zurbrügg & Miner, 2016). Les femmes, quelle que soit leur orientation sexuelle, sont aussi victimes de discriminations et de violences dans le milieu professionnel (Laufer, 2014). Ce projet de recherche s’inscrit à l’intersection de ces deux champs et vise à décrire et comprendre le vécu au travail des salariées lesbiennes, et la façon dont les organisations de travail peuvent devenir plus inclusives pour ces femmes (acronyme ODILE : Organisation – Diversité – Inclusion – LEsbiennes). En cela, il intègre une « approche genre » dans la compréhension des discriminations et violences vécues par les personnes homosexuelles au travail. Le projet repose sur trois études : une étude exploratoire qualitative par entretiens, une netnographie, et une étude quantitative, fondée sur un questionnaire ayant pour objectif de construire et d'analyser une base de données représentative de salariés français. Il vise à enrichir la littérature sur le genre et la littérature sur l’inclusion des personnes homosexuelles en les croisant et en montrant la spécificité des expériences vécues par les salariées lesbiennes au travail. Cet enrichissement permettra aussi un éclairage sur la notion d’inclusion, de plus en plus utilisée (mais aussi critiquée) dans la littérature académique.

Ce projet vise à intégrer le bien-être des animaux sentients dans l’évaluation des politiques publiques. La sentience, définie comme la capacité à être conscient et à avoir les facultés cognitives nécessaires pour ressentir des émotions, constitue un pilier fondamental en philosophie pour la considération morale. L’objectif principal du projet est d'affiner la méthodologie de l’analyse coût-bénéfice (ACB) pour évaluer quantitativement les impacts des politiques publiques sur le bien-être tant des humains que des autres animaux sentients. En somme, notre objectif est de développer une ACB sentientiste. Le projet est organisé en quatre work packages (WP). L'objectif du WP1 est de construire un indice de bien-être animal basé sur le cadre des Five Domains (nutrition, environnement, santé, comportement, états mentaux) utilisé dans les sciences animales. Il s’agit de produire un score de bien-être animal sur une échelle 0-1 appelé AQUALY (Animal QALY), inspiré par l’approche QALY en santé, où 1 représente le bien-être maximal et 0 un niveau de bien-être équivalent à la mort. Le WP2 étudie le problème nouveau et très complexe des comparaisons de bien-être entre espèces en calculant des “poids” associés à chaque espèce dans le critère d'évaluation. À ce jour, plusieurs approches concurrentes ont été envisagées pour évaluer ces poids : l’une repose sur des enquêtes auprès de la population où des choix hypothétiques sont présentés sur des arbitrages entre certaines espèces ; une autre se fonde sur l’évaluation du nombre de neurones (ou de certains neurones) des différentes espèces ; enfin, une autre repose sur une comptabilisation de certaines capacités des animaux. L’objectif de ce WP est d'explorer ces différentes approches et de réfléchir à la manière de paramétrer ces poids dans un modèle économique. Le WP3 se concentre sur la fonction de bien-être social (SWF), c’est-à-dire sur la règle d'agrégation des utilités normalisées calculées dans les WP 1 et 2. Notre objectif est d'analyser les propriétés d'une SWF englobant plusieurs espèces et de réfléchir spécifiquement aux principes d'égalité entre différents animaux (humains inclus), ainsi qu'à la représentation des individus présentant des caractéristiques très variées (telles que le niveau cognitif, la durée de vie, etc.). Par ailleurs, nous examinerons du point de vue de la théorie économique du bien-être certains principes d'éthique animale et d'éthique des populations, notamment l'argument de la remplaçabilité. En capitalisant sur les connaissances acquises dans les WP précédents, le WP4 vise à élaborer des ACB spécifiques pour des politiques environnementales, alimentaires ou de santé, en tenant compte de leurs répercussions sur le bien-être des humains et des animaux. Nous nous attacherons également à comparer ou combiner des ACB sentientistes et anthropocentriques, ainsi qu'à explorer la possibilité d'évaluer quantitativement le bien-être animal dans les démarches de responsabilité sociale et environnementale (RSE) des entreprises.

Le projet TITULI a pour ambition d'étudier une source méconnue du Moyen ge : les rouleaux des morts. Ces rouleaux contenaient des avis de décès que moines et chanoines faisaient circuler à travers l’Europe pour informer leurs confrères de la mort de l’un des leurs et pour solliciter des prières pour le défunt. Ces documents sont formés d’une lettre de départ (encyclique), confiée au porteur du rouleau, à laquelle étaient adjoints, à chaque étape du voyage, des titres (tituli) honorant la mémoire du défunt et promettant des prières. Les 471 rouleaux des morts antérieurs à 1536 et conservés aujourd’hui ont été édités en 5 volumes par Jean Dufour (Dufour, 2005-2013). Les rouleaux des morts, par leur écriture progressive au cours de leur déplacement, constituent des documents exceptionnels pour étudier les phénomènes de circulation dans le monde médiéval de la latinité, qu’il s’agisse de personnes – le rotuliger ou porte-rouleau –, d’objets – le rouleau et les matériaux nécessaires à sa production – mais également de modèles d’écriture – (paléo)graphiques et textuels – attestant de proximités culturelles et institutionnelles. Le projet poursuit trois objectifs principaux : 1) contribuer à une histoire des circulations et des déplacements dans l’Europe médiévale qui pourra conduire, par l’étude des réseaux, à mieux connecter des évolutions scripturales, liturgiques et culturelles observées à l’échelle locale 2) concourir, à partir du cas des rouleaux des morts, à l’étude de l’usage et de la résilience des réseaux de communication terrestres 3) compléter, par un travail de modélisation des déplacements des porte-rouleaux, l’étude des réseaux ecclésiastiques de l’époque médiévale.

La classification des monnaies anciennes, fondement numismatique des études sur les échanges et les économies, connait un point de blocage par la difficulté à se doter d'une méthode et de normes collectives. Depuis 4 ans, des travaux exploratoires ont été menés pour formaliser des perspectives méthodologiques et les mettre à l'épreuve sur un panel restreint de monnayages. L'apport des sciences du vivant est crucial, tant pour la méthodologie de classification que pour la qualité des ouvrages mis à disposition de la communauté scientifique. L’objectif du projet ClaMoMed est triple : (1) établir des normes de classification numismatiques consolidées, (2) réaliser une classification scientifique d’un panel large des monnaies médiévales (Ve-XVe s.) issues de l’actuel espace français à l'aide d'outils numérique, (3) mener à terme un projet éditorial destiné à inventer et produire de nouveaux outils permettant un accès facile à une information rigoureuse sur ces monnayages. Le partenariat réuni pour ce projet regroupe les numismates médiévistes des équipes de trois UMR françaises (CRAHAM, IRAMAT, IDEES) et du premier opérateur d'archéologie en France (INRAP), mais aussi le Pôle document numérique de la MRSH de Caen ainsi que les Presses universitaires de Caen.

Les lipides constituent une classe hétérogène de biomolécules impliquées dans le stockage d'énergie, la signalisation, et la modulation des fonctions des protéines membranaires. Les lipides sont des métabolites complexes qui présentent une importante diversité structurale et fonctionnelle due notamment à la coexistence de multiples isomères. La structure moléculaire et les fonctions biologiques des lipides sont étroitement liées, ce qui rend cruciale une annotation précise de ces composés. La caractérisation structurale au niveau isomérique des lipides complexes offre donc une opportunité d'améliorer la compréhension de la relation entre le métabolisme des lipides et leurs activités biologiques. Depuis qu'il a été démontré que les lipides complexes tels que les glycérophospholipides (GPL) portant une position particulière de double liaison pouvaient être des biomarqueurs de diverses maladies, le développement d'une méthode analytique au niveau isomérique constituerait une avancée significative pour le diagnostic précoce de nombreuses maladies. Le projet CopperField-MS vise à développer une méthode MS facile à utiliser, sensible et robuste basée sur l'adduction par le cuivre pour caractériser les lipides complexes à tous les niveaux isomériques. Au-delà des connaissances fondamentales sur la réactivité en phase gazeuse et la conformation des lipides adduits au cuivre que ce projet est conçu pour fournir, il aidera également à surmonter les obstacles analytiques actuels à l'annotation des lipides complexes à l'échelle isomérique. La spectrométrie de masse en tandem (MS/MS) sera utilisée pour mener à bien ce projet en couplage à différentes méthodes séparatives telles que la chromatographie et la spectrométrie de mobilité ionique (IMS). Les objectifs de ce projet sont multiples et permettront de comprendre et formaliser les résultats obtenus par MS/MS à partir de complexes de cuivre en utilisant des méthodes spectroscopiques et spectrométriques. L’utilisation des couplages chromatographiques et IMS permettra d’étendre les possibilités offertes pour la caractérisation structurale des lipides complexes pour l'analyse d'échantillons complexes. Enfin, une simplification des annotations des spectres MS/MS grâce au développement d’un logiciel qui pourra être implémenté au workflow classique de lipidomique. Les résultats de ce projet auront de multiples conséquences en lipidomique, car aucune méthode ne permet à l’heure actuelle de résoudre entièrement la structure isomérique de lipides complexes à l'aide d'un seul instrument.

Les protéines sont naturellement dynamiques et adoptent diverses conformations, souvent de manière transitoire, pour assurer leurs fonctions. De nombreuses techniques biophysiques actuelles ne permettent pas d’observer ces états conformationnels éphémères. Cependant, malgré leur faible population, ces états jouent un rôle déterminant dans de nombreux processus biologiques. Le projet "EnergyLandByNMR" ambitionne de combler cette lacune en allant au-delà des représentations 3D statiques pour explorer en profondeur la dynamique conformationnelle des protéines au niveau atomique. En associant des méthodes de pointe de spectroscopie RMN à des techniques de calcul pilotées par l'IA, la recherche proposée vise à décoder les processus d'échange complexes propres aux biomolécules. Les principaux objectifs de ce projet sont : 1) la conception d'expériences CEST améliorées, optimisées pour la détection des dynamiques d'échange complexes ; 2) l'utilisation de méthodologies d'apprentissage automatique pour analyser efficacement les données RMN d'échange chimique; et 3) l'intégration de modèles cinétiques sensibles à la pression dans le logiciel ChemEx afin de tirer parti du potentiel de la RMN haute pression pour sonder le paysage énergétique des protéines. Une application spécifique de cette méthode intégrée sera l'exploration du domaine de liaison à l'ATP de la chaperonne humaine HSP90, une cible thérapeutique clé. Étant donné le rôle de HSP90 dans la prolifération tumorale, une compréhension plus profonde de son paysage conformationnel dynamique et des moyens par lesquels les ligands peuvent l'influencer pourrait révolutionner la conception de ligands thérapeutiques. En somme, "EnergyLandByNMR" s'efforce d'offrir une perspective dynamique et complète sur les paysages énergétiques biomoléculaires, jetant ainsi les bases pour un développement médicamenteux sophistiqué et repoussant les frontières de la biologie structurale.

Bien que de nombreux matériaux courants soient des verres, nous ne comprenons pas vraiment le mécanisme par lequel la dynamique d'un liquide vitreux ralentit lorsqu'il est refroidi au-delà de la transition vitreuse. Il a été établi que la relaxation structurelle dans un liquide surfondu implique des groupes de molécules se déplaçant collectivement, appelés hétérogénéités dynamiques (DH). Comme certaines DH sont beaucoup plus rapides que d'autres, il est extrêmement difficile de prendre en compte théoriquement la facilitation dynamique, c'est-à-dire le fait que la dynamique des DH les plus lentes peut être influencée par la forte activité fournie par les DH rapides. La plupart des théories de la transition vitreuse ignorent ou traitent la facilitation dynamique de manière simpliste. Le manque de résultats expérimentaux quantitatifs à ce sujet explique la lenteur de nos progrès à propos de la transition vitreuse. Des simulations numériques sophistiquées de dynamique moléculaire - réalisées par certains d'entre nous - ont très récemment souligné le rôle de la facilitation dynamique sur des verres modèles. Le projet GLASSGO vise à tester l'existence et à quantifier l'effet de la facilitation dynamique dans des verres réels, en combinant plusieurs mesures d'observables très spécifiquement choisies pour leur lien connu avec la taille et la dynamique des DHs, des simulations de dynamique moléculaire de pointe, et une approche théorique approfondie spécifiquement adaptée à nos expériences. En particulier, notre projet GLASSGO étudiera le comportement diélectrique et calorimétrique de familles d'oligomères formant des verres, où chaque molécule contient un nombre contrôlé "n" de monomères, qui sera systématiquement varié, typiquement entre 1 et 20 (restant ainsi bien au-dessous de la limite du polymère). L’effort expérimental de grande ampleur proposé dans GLASSGO nous permettra d'obtenir une vision générale et quantitative de la facilitation dynamique. Nous revisiterons et généraliserons également les modèles précédents où la facilitation a été utilisée, en utilisant nos simulations pour fournir une interprétation microscopique claire de toutes nos observations expérimentales.

Avec des rendements record et des coûts réduits, les cellules solaires à base de couches minces de pérovskites hybrides halogénées pourraient créer une révolution dans le photovoltaïque, à condition de résoudre le problème rédhibitoire de leur instabilité. La question se pose quant à son origine principalement intrinsèque (thermodynamique) ou extrinsèque (liée aux défauts). Par ailleurs, le mystère demeure encore quant aux liens entre morphologie et propriétés optoélectroniques. En effet, les couches préparées en solution, polycristallines par nature et comportant de nombreux défauts, affichent des performances paradoxalement meilleures que les couches élaborées sous vide, pourtant de meilleure qualité cristalline. Afin de répondre, sur le plan fondamental, à tous ces questionnements, le projet HaPero propose une approche originale pour élaborer des couches minces de grande qualité structurale, sous ultravide et par une caractérisation multitechnique en temps réel. Une palette d’outils, tels que la diffusion d’ions et d’atomes, la génération de fréquence somme ou la spectroscopie magnéto-optique, permettra d’identifier les propriétés (optoélectronique et de stabilité) intrinsèques de ces couches monocristallines ainsi que les processus de dégradation par réaction avec l’environnement (lumière, eau, oxygène). Ces études, menées parallèlement sur des couches similaires produites en solution, permettront d’élucider l’influence de la morphologie sur les propriétés optoélectroniques : dynamique des excitons, couplage électron-phonon, existence et nature des polarons. Le consortium réunit trois partenaires complémentaires dans les domaines clefs allant de la synthèse chimique à la caractérisation optique, en passant par la croissance de couches minces et l’analyse des surfaces sous ultravide. Ces résultats devraient apporter un nouvel éclairage sur les mécanismes fondamentaux à l’origine de l’instabilité ainsi que des propriétés remarquables de ces matériaux fascinants.

RISOTO est un projet de recherche axé sur l’étude des corrélations entre le transport des électrons et les modes électromagnétiques au sein de jonctions tunnel opérant à des fréquences optiques. Ce projet multidisciplinaire combine des études théoriques, des simulations numériques et des expériences pour explorer les liens complexes entre les fluctuations de courant et l'émission de lumière dans des jonctions tunnel impliquant des interactions entre les électrons, les plasmons et les photons. RISOTO cherche à développer un cadre théorique complet basé sur la Fonction de Green hors équilibre en s’appuyant sur des simulations numériques réalistes. Cela fournira une base solide pour comprendre les liens entre les corrélations courant-courant et l'émission de lumière. Le travail expérimental consiste à étudier l’émission de lumière visible par des jonctions tunnel en présence d’environnements électromagnétiques contrôlés, intégrant des éléments tels que des antennes plasmoniques et des résonateurs diélectriques. Ce projet cherche à répondre à des questions fondamentales telles que l’effet des modes optiques des cavités diélectriques sur le tunneling inélastique et réciproquement l'impact des résonateurs sur la caractéristique courant-tension de la jonction lorsque le champ optique est fortement hors d’équilibre. Outre l’étude de l'interaction entre le transport électronique et les modes optiques, RISOTO vise à développer une nouvelle génération de détecteurs de plasmons à inductance cinétique. Ces détecteurs permettront de mesurer directement les corrélations entre les plasmons et le courant, offrant une sensibilité accrue et une bande passante plus large. En résumé, RISOTO vise à approfondir la compréhension du lien entre le transport électronique et les champs électromagnétiques. Cela aboutira au développement de sources lumineuses, de détecteurs et de dispositifs électroniques novateurs, comblant ainsi l’écart entre la photonique et l'électronique.

La physique attoseconde est à la pointe de la spectroscopie résolue en temps. En effet, elle exploite les impulsions lumineuses les plus courtes pouvant être produites expérimentalement pour sonder la matière, grâce au processus de génération d’harmoniques d’ordre élevé (HHG). Malgré l'immense succès de la science attoseconde, célébré par le prix Nobel de physique 2023, il n'y a toujours pas de consensus sur une description quantique de la HHG. ASAP propose plusieurs schémas expérimentaux pour résoudre ce problème et exploiter les caractéristiques quantiques de l'émission produite par HHG afin de jeter un nouvel éclairage sur le processus de photoionisation. L'exploitation de la nature quantique de la lumière a déjà permis d'augmenter la précision des détecteurs d'ondes gravitationnelles pour mesurer les distances. Le projet ASAP soutient que la maîtrise des propriétés quantiques des impulsions attosecondes produites par la HHG permettra d'améliorer la précision du chronométrage des événements les plus rapides qui se produisent dans la matière, et ouvrira de riches questions sur la notion de temps en mécanique quantique.

L'acoustique quantique – le contrôle du mouvement mécanique à l’échelle du phonon unique – est un domaine en pleine expansion. Elle aborde des questions très fondamentales, comme l'exploration de la frontière entre les mondes classique et quantique. Elle est également porteuse d’applications potentielles : les phonons uniques pourraient constituer un nouveau moyen de distribuer de l’information sur une puce. Dans ce contexte très dynamique, le couplage d’un oscillateur mécanique à un système à deux niveaux est une stratégie très prometteuse pour obtenir un contrôle ultime sur le mouvement mécanique. De plus, la réalisation d'un tel système nanomécanique hybride avec un atome artificiel optiquement actif ouvre des possibilités uniques, notamment un accès direct à la statistique des phonons. En pratique, il est nécessaire d’atteindre le régime de couplage fort tout en maitrisant la décohérence thermique de l’oscillateur mécanique, deux défis considérables. Notre consortium a apporté des contributions pionnières au domaine, en s’appuyant sur un système hybride basé sur une boîte quantique semiconductrice couplée par contrainte à un microfil vibrant. Très récemment, nous sommes parvenus à induire une vibration du microfil à partir de l'excitation optique résonnante d'une seule boîte quantique. Dans cette expérience délicate, le système reste cependant très loin du couplage fort et la vibration induite est de nature purement classique. D’autre part, la faible fréquence du résonateur (en dessous du MHz) impose des temps d’intégration très longs pour moyenner les fluctuations thermiques. La génération optique d'états quantiques du mouvement reste donc aujourd’hui un défi majeur, qui appelle une nouvelle génération de dispositifs, aux performances massivement améliorées. Le projet AQOUSTIQS vise à réaliser des systèmes hybrides couplés par contrainte opérant largement dans le régime quantique. Pour permettre une manipulation optique cohérente, la fréquence mécanique et la constante de couplage seront toutes deux portées au-dessus du taux d’émission radiatif de la boîte quantique (~160 MHz). Afin de maximiser nos chances de succès, nous explorerons deux stratégies distinctes. (1) Nous ferons tout d’abord évoluer la génération actuelle de systèmes à microfils. En effet, grâce à une nouvelle technique d’actuation, notre consortium a mis en évidence dans ces derniers des modes de vibration à faibles pertes, avec une fréquence approchant d’ores et déjà le GHz. (2) En parallèle nous développerons une nouvelle hétérostructure acoustique permettant de confiner un mode résonant à 10 GHz avec un très haut facteur de qualité. Pour nos premiers pas dans le domaine de l'optomécanique hybride quantique, nous préparerons des états de Fock mécaniques à un phonon. Grâce à une transduction phonon-vers-photon intégrée, la nature quantique de cet état mécanique sera directement mise en évidence à l'aide de techniques d'optique quantique éprouvées. Nous démontrerons également l'échange élémentaire de phonons uniques entre deux boîtes quantiques intégrées dans le même résonateur. En chemin vers ces objectifs, le projet AQOUSTIQS abordera plusieurs questions fondamentales, notamment la nature des processus de bruit affectant les boîtes quantiques à l’échelle du phonon unique. Une fois terminé, AQOUSTIQS aura établi les bases d’un lien mécanique entre plusieurs boîtes quantiques. D’un point de vue technologique, ce projet donnera aussi naissance à une interface cohérente entre des photons propagatifs et un résonateur mécanique, avec des applications possibles aux technologies quantiques de l’information.

Grâce à leurs remarquables propriétés électriques et optiques, les matériaux à changement de phase (PCM) attirent depuis longtemps l'attention, tant sur le plan de la science fondamentale que sur celui de leurs applications technologiques potentielles. Cependant, les dispositifs basés sur des PCM bien connus, tels que les chalcogénures, présentent des temps de commutation caractéristiques de l'ordre de centaines de nanosecondes. Pour dépasser les fréquences de commutations actuelles, un changement de paradigme est nécessaire ; soit en étudiant de nouvelles classes de matériaux, soit en utilisant des propriétés physiques différentes de l'encodage résistif de l'information associé à l'état d’une phase donnée du matériau. L'objectif principal du projet FASTPHASE est d'étudier la physique des transitions de phase ultrarapides induites par des champs électriques transitoires intenses dans des matériaux., et ceci proche d'une instabilité de phase, afin de parvenir à contrôler ces changements de phase de façon l'ultrarapide. Cela nous amène à étudier la modification dynamique et le contrôle des phases ferroélectriques métastables photoinduites dans les matériaux para-, antiferro- et ferroélectriques à proximité d'une transition de phase paraélectrique-à-ferroélectrique ou antiferroélectrique-à-ferroélectrique. Pour cela, Nous utiliserons des champs électriques intenses d'une durée de l'ordre de la picoseconde pour piloter la transition de phase. De telles impulsions sont désormais disponibles en laboratoire. FASTPHASE s’intéressera à la fois aux phénomènes physique sous-jacents, au contrôle des transition de phase ultra-rapides induites par des champs électriques intenses, et à la recherche des matériaux les plus pertinents.

Ce projet (36 mois) vise à étudier les changements de structure électronique à travers la transition métal-isolant (MIT) induits par la température, le dopage ou la déformation dans V2O3 et VO2. Pour ce faire, nous utiliserons la spectroscopie de photoémission résolue en angle (ARPES), le micro-ARPES, et la spectre-microscopie à effet tunnel (STM). Notre effort expérimental sera soutenu par nos collaborations robustes de longue date avec des spécialistes de la fabrication de couches minces et de monocristaux d'oxydes corrélés, et des théoriciens de la matière condensée, spécialistes des systèmes d'électrons corrélés et des calculs DMFT. La MIT est l’exemple le plus fondamental de la façon dont les corrélations électroniques modifient radicalement les propriétés d’un matériau. Cependant, sa compréhension complète constitue un défi majeur depuis plus de 50 ans. Un pilier manquant est la mesure des changements induits par la MIT dans la structure électronique résolue en énergie, en impulsion et dans l'espace d'un système corrélé. Ici, nous espérons identifier les caractéristiques microscopiques universelles (états électroniques, symétries des gaps d'énergie) ainsi que les aspects spécifiques de la MIT dans ces deux vanadates. Pour ce faire, nous sollicitons à l'ANR le financement pour le salaire et l'environnement recherche pour un postdoc de 2 ans, pour travailler dans l'équipe "Systèmes électroniques fortement corrélés", au sein du groupe SIM2D, à l'Institut des Sciences Moléculaires d'Orsay.

Les sols des domaines périglaciaires sont gelés en permanence ou pendant une grande partie de l'année. La présence et le déplacement d'un front de solidification dans ces sols génèrent des écoulements d'eau souterrains ainsi que des déformations du sol. Ces deux phénomènes sont fortement couplés et sont à l'origine des déformations importantes observées à la surface des sols périglaciaires. Avec le réchauffement climatique, ces flux internes sont modifiés, altérant les paysages, leurs écosystèmes et déstabilisant les infrastructures. Les processus régissant les écoulements d'eau dans les sols partiellement gelés ainsi que ceux qui gouvernent les déplacements de grains à l'origine de la déformation plastique de ces sols, sont encore mal compris car les mécanismes physiques associés ne sont pas encore identifiés. Le but de notre projet est d'identifier ces mécanismes et d'en apporter une compréhension physique par une démarche de modélisation. Différents modèles de sols, allant de matrices poreuses 2D hautement idéalisées à des expériences 3D avec des matériaux granulaires réalistes, partiellement ou complètement saturés en eau et soumis à des gradients de température, seront étudiés expérimentalement afin de mesurer les écoulements d'eau, la dynamique des fronts de glace et les déplacements des grains. Ces mesures micro-mécaniques nous permettront de développer des modèles prédictifs pour les dynamiques observées et d'appliquer ces résultats à des configurations expérimentales reproduisant les conditions naturelles. Grâce à un consortium alliant des physiciens, géomorphologues et géophysiciens, nos résultats permettront d'améliorer de manière décisive notre compréhension des écoulements d'eau et de la déformation des sols dans le domaine périglaciaire, des résultats qui ont un enjeu à l'échelle globale puisque l'hydrologie de ces régions est à présent prise en compte dans les modèles de prédiction du climat.

Le projet MIDI vise à étudier des hétéro-structures de van der Waals constituées de nano-graphènes empilés sur ou entre des matériaux 2D (h-BN, dichalcogénures de métaux de transition) qui fournissent des interfaces parfaites à l'échelle atomique pour améliorer les propriétés optiques d'émetteurs quantiques des nano-carbones. Le projet vise à la fois l'amélioration des propriétés de cohérence d'émetteurs uniques intégrés dans des matériaux à large bande interdite (hBN) ou la création de nouveaux états excités comme les excitons inter-couches dans le cas d'un schéma d'alignement de bandes de type II avec des encapsulants semi-conducteurs (TMDs). L'originalité du MIDI par rapport aux hétéro-structures 2D largement étudiées réside dans la flexibilité supplémentaire fournie par le confinement quantique latéral réglable grâce à la maitrise de la taille et de la forme des nano-carbones obtenus par synthèse chimique. MIDI s'appuie sur des résultats préliminaires conséquents tant dans nos équipes que dans la littérature. MIDI vise à faire progresser la synthèse bottom up du nanographène par chimie organique, permettant un contrôle atomiquement précis des structures. Des approches d'évaporation ou de spin coating seront mises oeuvre pour fabriquer les empilements van der Waals contenant le nanographène, soit déposé à la surface, soit intégré dans l'empilement. Les propriétés électroniques seront étudiées par spectroscopie en champ proche dans un microscope à effet tunnel cryogénique pour inspecter l'électro/photoluminescence avec une résolution inférieure au nm. Le troisième objectif du MIDI est de sonder et d'améliorer les propriétés optiques de l'hétérostructure à dimensionnalité mixte à l'aide de techniques de micro-photoluminescence cryogéniques au niveau d'un nano-objet unique, en mettant l'accent sur les signatures d'une cohérence quantique améliorée, d'effets à N corps et d'effets collectifs lorsque plusieurs excitations sont créées dans le même nano-objet.

Ce projet, proposé par un consortium de partenaires expérimentaux et théoriques, vise à résoudre le problème à petit nombre de corps dans un gaz froid d'atomes lanthanides. En raison des grands couplages dipolaires magnétiques présents dans ces fluides, leurs propriétés diffèrent radicalement de celles des gaz d'alcalins bien connus. L'ajustement des interactions binaires par un champ magnétique révèle une forte densité de résonances de diffusion qui ne sont pas encore totalement comprises et qu'on modélise à partir d'outils issus de la théorie des matrices aléatoires. Notre premier objectif est de caractériser ces résonances sur une nouvelle plateforme expérimentale, et de les interpréter en combinant le calcul précis des interactions à longue portée et les interactions paramétriques à courte portée décrites par le code numérique que nous avons développé. Nous commencerons par distinguer les effets à deux et à trois corps pour un gaz polarisé, puis nous étendrons cette étude au cas non polarisé, où plus de canaux de collision sont disponibles. Cette compréhension est essentielle pour l'utilisation du couplage spin-orbite dans les gaz de lanthanides. Enfin, nous aborderons le cas d'un mélange dysprosium-potassium. En utilisant une géométrie de confinement spécifique, notre objectif est de prédire et d'observer de nouveaux trimères Dy2K (stables !), résultant de la combinaison des interactions dipolaires Dy-Dy et de la liaison fournie par l'atome K. Ces trimères peuvent être considérés comme des parents des trimères d'Efimov (de courte durée de vie !) prédits en physique nucléaire et observés avec des atomes froids. La valeur ajoutée du projet réside dans la combinaison de mesures de haute précision et de calculs numériques de pointe pour identifier les principales lois sous-jacentes qui régissent les interactions au sein de ces gaz. Cette recherche jettera les bases de l'exploration de nouvelles phases de la matière quantique avec des objets composites originaux.

L'expérience DAMIC-M à Modane utilise une nouvelle technologie de détection directe de la matière noire (DM). En utilisant des dispositifs à couplage de charges (CCD) épais et à très faible bruit de fond avec une lecture "skipper" innovante, nous avons obtenu une résolution d'une fraction d'électron et avons abaissé le seuil de détection à quelques eV. Un tel seuil permet des recherches de WIMP de faible masse ainsi qu'une recherche dans le secteur sombre basée sur la diffusion de particules de matière noire sur les électrons. La sensibilité prévue de DAMIC-M est supérieure de plus de deux ordres de grandeur aux limites existantes et nous explorerons des sections efficaces cosmologiquement pertinentes dans une gamme de masse allant d'une fraction de MeV à 10 GeV. Les CCDs de DAMIC-M sont maintenant en production et l'instrument atteindra une masse de près de 1 kg en utilisant 52 CCD. Un prototype, appelé Low Background Chamber, utilisant deux CCDS est installé et exploité à Modane depuis 2022. Il a prouvé la validité de nos choix technologiques et nous a permis de publier les meilleures limites mondiale pour le diffusion sur électrons pour des masses de DM d'une fraction de MeV à 1 GeV (Phys. Rev. Lett .130, 171003 ; 2023). De 2018 jusqu’à mi-2024, l’instrument DAMIC-M a été développé sur des fonds ERC. Avec la fin de la subvention le groupe français perdra son rôle de leader dans cette expérience alors que la prise de données débutera fin 2024. Le présent projet vise à maintenir notre leadership et à permettre à de jeunes chercheurs de participer à l'exploitation scientifique de ce nouvel instrument qui promet de produire dans les années à venir des résultats de premier plan mondial dans la recherche de particules de matière noire.