Projets

Les forêts tempérées fournissent des services écosystémiques essentiels. Leur capacité à s'adapter au changement climatique est alors une préoccupation majeure. Des orientations stratégiques dans les pratiques de gestion pour une régénération durable des forêts sont nécessaires mais entravées par notre manque de compréhension des dynamiques de reproduction des arbres, en particulier chez les espèces présentant de fortes variations inter-annuelles synchronisées des fructifications (masting). Notre programme de recherche vise à étudier le masting du hêtre (Fagus sylvatica) et du chêne sessile (Quercus petraea), deux espèces d’importance écologique et économique majeures dans les forêts tempérées européennes. Notre objectif principal est d'acquérir des connaissances fondamentales sur les mécanismes et les trajectoires évolutives du masting, et de les traduire dans des recommandations opérationnelles pour optimiser les pratiques de régénération forestière. Les hêtres et les chênes présentent des dynamiques de fructification très contrastées suggérant que les principaux déterminants sont de nature différente. Les hêtres ont des dynamiques cycliques et biennales marquées, très synchronisées au sein et entre les populations. Les chênes présentent des dynamiques de fructification plus imprévisibles, avec une synchronicité limitée entre et au sein des populations. En nous éloignant de la vision dichotomique qui fait consensus, REGEMAST propose que les différences entre chênes et hêtres reposent principalement sur la phénologie de développement de la floraison, et à la variabilité génétique associée à ces traits phénologiques. Par ailleurs, le masting est généralement considéré comme un moyen efficace de réguler les consommateurs spécialistes de graines. Nous faisons l'hypothèse que les différences de stratégies de masting entre chênes et hêtres résultent de pressions sélectives distinctes exercées par les insectes parasites des graines. Les hêtres sont confrontés à une seule espèce de Lépidoptère au cycle de vie annuel. L’alternance d’années avec et sans fruits, ainsi que la forte synchronicité des arbres devraient contrôler efficacement ce parasite. En revanche, les chênes tempérés doivent faire face à cinq espèces spécialistes (un papillon et quatre espèces de charançons) avec des cycles de vie de un à trois ans. Cette diversité de parasites devrait avoir favorisé l'évolution de traits induisant de fortes fluctuations interannuelles stochastiques des productions de fruits. Dans le contexte du changement climatique, la dynamique de régénération forestière ne dépend pas seulement de l'avenir du masting mais aussi de son efficacité dans le contrôle des consommateurs spécialisés. Il est attendu que les trajectoires du masting et du succès de la régénération forestière puissent diverger significativement dans les prochaines décennies, en fonction de l'espèce considérée, des caractéristiques édaphiques, des conditions climatiques et de la diversité génétique des populations. Le programme REGEMAST prévoit quatre ‘work Packages’ (WP). Le WP1 vise à décrire le masting du chêne et du hêtre dans différentes populations réparties sur un large gradient climatique et à évaluer l'efficacité du masting dans le contrôle des dynamiques des insectes consommateurs de graines. Le WP2 identifiera les déterminants environnementaux et les traits impliqués dans deux processus majeurs : la limitation du pollen et l'induction florale. Il mesurera également les contributions génétiques à ces traits dans les populations de chênes et de hêtres. Le WP3 développera des modèles pour évaluer le poids relatif de ces mécanismes et comprendre comment les traits liés au masting peuvent évoluer sous la pression de sélection exercée par les insectes. Le WP4 s’inspirera des connaissances issues des autres WPs pour élaborer des outils et des recommandations visant à améliorer la gestion de la régénération forestière dans le contexte du changement climatique.

La conception d'artefacts, tels qu'un site web destiné à communiquer sur la pénurie d'eau ou une interface utilisateur pour une application permettant de visualiser des images de galaxies sur un mur d'écrans, fait appel à de multiples sources d'information qui nécessitent une grande surface d'affichage et des équipes pluridisciplinaires pour les concevoir. Nous étudierons comment améliorer de telles activités de conception en utilisant des écosystèmes d'affichage interactifs qui permettent la conception collaborative sur des sites distribués, en s’adaptant à leurs capacités techniques. Ces écosystèmes vont combiner des écrans affichant de grandes quantités d’informations pour la collaboration colocalisée (murs d'images, tables et environnements d'affichage mixtes) avec des technologies plus légères pour les participants distants (casque de réalité augmentée ou ordinateur de bureau). Nous avons identifié des cas d'usage d'équipes multidisciplinaires réparties sur différents sites pour nous aider à aborder des questions théoriques et conceptuelles autour (i) des moyens que les écosystèmes d'affichage doivent fournir, en termes d'interaction et d'indices de sensibilisation, lors de la conception avec de tels écosystèmes mais aussi pour ces écosystèmes ; (ii) la collaboration distribuée à long terme dans de tels environnements ; (iii) le suivi et la communication de mesures de la qualité de la collaboration, qui doivent être suffisamment flexibles pour s'adapter à différents contextes de collaboration dans le monde réel.

Ce projet vise à améliorer les performances des athlètes et à susciter l'intérêt du public en développant des visualisations situées avancées pour les vidéos sportives. Actuellement, les visualisations ne sont pas intégrées dans la scène sportive en raison d'un manque de compréhension de sa structure 3D et de mécanismes de rendu efficaces. Par conséquent, les analystes sportifs s'appuient principalement sur des superpositions de visualisations, qui peuvent manquer de précision et n'exploitent pas toute la richesse et profondeur d'une scène sportive. Bien que les diffuseurs télévisés utilisent des outils d'édition graphique et vidéo dédiés, il s'agit de systèmes fermés sans fondement scientifique lors de leur usage. Le projet SPORTSVIZ cherche à combiner la vision par ordinateur, l'informatique graphique et la visualisation de données pour concevoir des visualisations situées efficaces et précises selon des bonnes pratiques rigoureusement identifiées. Ce travail se base sur l'hypothèse que les vidéos présentent des opportunités inexploitées pour de nouvelles générations de visualisations pour l'analyse et la communication de vidéos sportives. Nos objectifs sont d'identifier les meilleures pratiques et les lignes directrices pour la perception visuelle, d'appliquer le suivi vidéo pour acquérir une compréhension détaillée des scènes sportives et de concevoir de nouvelles visualisations situées dans la scène 3D. Tout au long du projet, nous impliquerons des athlètes, des entraîneurs, des journalistes et des supporters dans des ateliers et des réunions. Nous prévoyons que SPORTSVIZ aura un impact tangible en fournissant des outils ouverts, des ensembles de données et des efforts de diffusion créatifs et efficaces.

Contexte : l'hypertension artérielle pulmonaire (HTAP) est une maladie rare et incurable touchant des personnes de tous âges. Elle se caractérise par un remodelage obstructif des petites artères pulmonaires, responsable d'une augmentation de la pression artérielle pulmonaire, conduisant à une insuffisance cardiaque droite et au décès en l'absence de traitement. L'HTAP peut être associée à diverses maladies, mais environ la moitié des cas d'HTAP sont idiopathiques ou héréditaires et pourraient se développer à la suite d'un "second hit", comme le suggère l'identification de cas d'HTAP associés à la prise de médicaments anorexigènes, de métamphétamine et à l'exposition professionnelle à des solvants organiques. Aucune étude n'a analysé de manière systématique l'exposome de patients atteints d'HTAP, en associant les expositions environnementales et professionnelles ainsi que les drogues et médicaments. Objectif principal : caractériser l'exposome au moment du diagnostic de l'HTAP et évaluer son rôle dans le développement de l'HTAP. Méthodologie : La première étape sera une étude cas-témoins, pour caractériser l'exposome au moment du diagnostic chez les patients diagnostiqués dans les centres de compétence du réseau français de l'HTAP, en utilisant une combinaison de méthodes directes (spectrométrie de masse sur cheveux et urines) et indirectes (questionnaires et matrices emploi exposition, en collaboration avec des équipes expertes). La deuxième étape consistera à analyser l'effet de toxiques identifiés dans la première partie de l'étude et dans la littérature, au niveau cellulaire vasculaire pulmonaire endothélial et dans les modèles animaux d'HTAP, afin de déterminer les mécanismes de toxicité vasculaire pulmonaire de ces toxiques et leur rôle dans la physiopathologie de l'HTAP. Perspectives : Ce projet permettra de mieux comprendre le rôle de l'exposome dans le développement de l'HTAP dite "idiopathique" et d'identifier de nouveaux mécanismes dans l'HTAP.

Les radionucléides rejetés dans l’environnement par les activités humaines industrielles, agricoles et minières contaminent la chaine alimentaire et présentent un risque pour les populations du fait de leur toxicité chimique et radiologique. Un effet majeur des rayonnements ionisants sur le vivant est, en plus des dommages directs à l’ADN et autres macromolécules, la génération d’un fort stress oxydant avec production importante d’espèces réactives de l’oxygène qui doivent être régulées et/ou éliminées pour assurer la survie des cellules. Chez les bactéries, différents mécanismes et acteurs sont impliqués dans l’élimination des espèces réactives de l’oxygène et dans la radiotolérance. Les microorganismes objets de l’étude sont des microalgues unicellulaires extrêmophiles isolées d’une piscine de refroidissement de combustibles nucléaires usés qui tolèrent de fortes doses d’irradiation tout en étant capable d’accumuler des radionucléides. Elles constituent un modèle de choix, simple et original, pour étudier les effets des rayonnements ionisants sur les organismes eucaryotes et les évolutions qu’ils induisent. Le projet vise à élucider et caractériser, chez ce système eucaryote simple, certains mécanismes impliqués dans la radiotolérance, particulièrement ceux luttant contre le stress oxydant, ainsi que les mécanismes évolutifs et adaptatifs liés à l’exposition. Une approche pluridisciplinaire associant biochimie, biophysique, physiologie, protéomique et bioinformatique sera mise en œuvre. La connaissance des stratégies développées pourra être exploitée pour protéger les cellules contre les effets délétères des rayonnements ionisants émis par les radionucléides ou pour accroître la résistance d’organismes d’intérêt utilisables dans des biotechnologies de décontamination de ces polluants afin de mieux protéger les écosystèmes et la santé humaine.

Clostridioides difficile (CD) est la principale cause d'infections nosocomiales associées à l'antibiothérapie qui induit la perturbation du microbiote intestinal et favorise la colonisation par ce pathogène. De nombreux aspects de la pathogenèse de CD restent mal compris. Pendant l'infection, CD survit dans les intestins riches en phages grâce aux systèmes de défense tels que CRISPR (clustered regularly interspaced short palindromic repeats)-Cas (CRISPR-associated). Les systèmes de toxine-antitoxine (TA) et d'infection abortive (Abi) contribuent également au maintien des prophages, à la prévention de l'infection phagique et à la réponse au stress. Les ARN sont les composants clés de ces systèmes de défense. Les ARN CRISPR en complexe avec les protéines Cas ciblent l’ADN phagique pour le détruire. L'antitoxine de TA de type I (TITA) est un petit ARN antisens qui neutralise l'ARNm de la toxine en inhibant sa traduction et favorisant sa dégradation. L'ARN antitoxine de TA de type III forme un complexe avec la toxine entraînant sa séquestration. Les systèmes de défense des procaryotes se regroupent pour former des îlots de défense et pourraient être fonctionnellement liés. Ce projet s'appuie sur nos données sur CRISPR-Cas, TITA et Abi chez CD fréquemment associés aux prophages. Notre objectif est de comprendre les contributions de ces systèmes aux interactions de CD avec les phages. Nous utiliserons une stratégie intégrative combinant la génomique, la biologie moléculaire, la génétique, la bioinformatique et modèle animal. Nous identifierons les rôles des systèmes de défense à base d'ARN avec les machineries protéiques associées chez CD contribuant à son adaptation chez l'hôte et couvrirons les aspects évolutifs de ces mécanismes. Ces données sur la coordination des stratégies de défense bactériennes et l'évolution du genome seront pertinent pour le développement de l'édition du génome des phages, le suivi épidémiologique et les nouvelles stratégies thérapeutiques.

Le contrôle et la maitrise des maladies infectieuses qui affectent les poissons d’aquaculture sont des défis importants pour améliorer la santé animale et humaine. Les changements climatiques qui se profilent soulèvent la question de l’adaptation des agents pathogènes à l’augmentation des températures. Alors que l'importation d'agents pathogènes tropicaux sous nos latitudes est devenue une réalité, on en sait beaucoup moins sur la façon dont les agents pathogènes déjà présents dans les fermes aquacoles des climats tempérés s'adaptent à des températures plus élevées. Ce projet propose d’étudier les déterminants de l’adaptation au réchauffement climatique des Novirhabdovirus, pathogènes viraux majeurs pour de nombreuses espèces piscicoles en Europe, Asie et Amérique du Nord et contre lesquels aucun vaccin n’est disponible. L’originalité de ce projet repose sur l’évaluation d’une collection de souches circulantes de Novirhabdovirus disponibles au sein de la souchothèque de l’ANSES ainsi que des variants adaptés empiriquement à se répliquer efficacement à haute température. Nous proposons donc de définir les bases moléculaires de cette adaptation et de déterminer la susceptibilité de plusieurs espèces de poissons : un poisson modèle, le poisson zèbre ainsi que l'hôte naturel, la truite. Nous déterminerons également l’efficacité de prototypes vaccinaux contre des souches thermo-adaptées. Ce projet permettra de répondre aux questions essentielles de cette problématique : 1) quels sont les effets de températures élevées sur l'évolution des Novirhabdovirus et la réponse des poissons aux infections virales ? 2) Quels sont les déterminants moléculaires permettant aux Novirhabdovirus de s’adapter à plus hautes températures ? 3) Les variants adaptés à plus haute températures ont-ils un spectre d’hôte modifié au niveau cellulaire ? 4) Est-il possible d’induire une protection vaccinale efficace contre les souches thermo-adaptées?

Les ectoparasitoses, maladies induites par des parasites comme la tique, le pou, la puce ou la mite, posent des défis croissants en matière de prise en charge. Les traitements disponibles reposent en effet sur un petit nombre de molécules dont l’utilisation intensive a conduit à l’émergence de résistances dans les populations parasitaires, et a aussi contribué à altérer environnement et biodiversité. La recherche de nouvelles solutions thérapeutiques, plus respectueuses de l’environnement, est impérative. Notre projet vise à valider les récepteurs ionotropiques du glutamate (iGluRs), qui jouent un rôle central dans la transmission neuro-musculaire chez les arthropodes qui incluent les acariens et les insectes, en tant que nouvelles cibles moléculaires pour le développement de nouveaux ectoparasiticides. Le varroa (Varroa destructor) est un ectoparasite des abeilles considéré comme un facteur majeur du déclin des colonies d’abeilles. En mettant l'accent sur le modèle parasite abeille-varroa, où à la fois l'hôte et le parasite appartiennent au même embranchement des arthropodes, nous imposons une spécificité élevée dans la recherche de nouvelles cibles moléculaires et de molécules associées. Ces dernières doivent être fortement actives contre les acariens sans avoir d’impact sur les insectes. Cette démarche permet d’intégrer très en amont dans la recherche de nouveaux acaracides la préservation de la biodiversité. D’un point de vue expérimental, en intégrant dans nos travaux Ixodes ricinus, qui l’acarien le plus répandu en Europe et vecteur de la maladie de Lyme, et le puceron, qui est un insecte ravageur notoire de nos cultures de légumineuses, nous accroissons nos chances d’aboutir à des résultats et potentiellement des traitements qui pourront profiter à plusieurs parasitoses. Une analyse comparative des génomes d’insectes, dont celui de l’abeille et du puceron, avec ceux d’acariens, comme celui du Varroa ou d’ixodes ricinus, révèle une diversité moléculaire des iGluRs, ouvrant (1) la voie à un criblage différentiel de biolomécules pour identifier des modulateurs spécifiques des iGluRs d’acariens, et (2) au design de dsRNA spécifiques de ces iGluRs. Les biomolécules examinées seront des composés extraits d'huiles essentielles, et des peptides issus de venins d’araignées et de fourmis dont la liaison sur les iGluRs sera optimisée in silico, et dont l’efficacité d’administration sera améliorée par différentes approches de nanovectorisation. L’innocuité des molécules capables de bloquer la locomotion des Varroas ou des tiques Ixodes sera évaluée au moyen de tests comportementaux locomoteurs et cognitifs sur les abeilles, de tests toxicologiques in vivo sur le puceron, et enfin sur la transmission synaptique chez le rongeur.

Résoudre des problèmes et s'adapter à de nouvelles situations en fonction de l'objectif poursuivi nécessite l'intégration d'un ensemble de processus cognitifs, dont les valeurs, l'effort et l'identité du but, mais aussi le temps. Le comportement est adapté s'il est géré correctement et de façon flexible dans le temps, et décider quand agir est un processus fondamental dont la base neurobiologique reste largement inconnue. Le présent projet vise à analyser l'organisation fonctionnelle de deux zones du cortex préfrontal, et leur modulation noradrénergique, dans le contrôle flexible de l'action dans le temps. Sur la base de découvertes récentes, y compris les nôtres, nous émettons l'hypothèse que la coordination d'un comportement adapté dans le temps nécessite une interaction précise au sein des circuits neuronaux du cortex préfrontal. La partie médiane (mPFC) permettrait l'allocation du temps et la partie orbitofrontale ventrolatérale (vlOFC) l'adaptation flexible aux changements dans le contrôle temporel de l'action lorsqu'une inversion de règle temporelle est imposée. Nous testerons en particulier l'hypothèse selon laquelle la flexibilité du contrôle de l'action dans le temps résulte d'interactions fonctionnelles entre ces deux zones préfrontales, sous l’influence d’un signal fourni par la noradrénaline (NA) provenant du locus coeruleus. Grâce à la complémentarité de notre consortium, nous utiliserons l'un de nos protocoles récents qui associe un intervalle donné (15s ou 60s) à un lieu parmi deux, dans un paradigme signalé à intervalle fixe chez le rat, dans lequel une action à un moment donné dans un lieu déterminé est récompensée, permettant ainsi de manipuler le temps ou d'inverser les appariements lieu/intervalle. Grâce à l'analyse détaillée du comportement au niveau de la moyenne et des essais individuels, nous visons à (1) révéler la fonctionnalité du réseau mPFC-vlOFC dans le contrôle de l’action temporelle (i) en imageant ex vivo l’activation d’un gène immédiat précoce combiné avec un marquage rétrograde, identifiant ainsi les cellules projetant vers l’autre aire qui sont activées après des changements dans les règles temporelles, et (ii) en déchiffrant la dynamique du couplage fonctionnel entre les deux zones par l'analyse de la cohérence des oscillations, via des enregistrements électrophysiologiques simultanés de l'activité rythmique neuronale des deux régions; ainsi qu’à (2) étudier le rôle des afférences noradrénergiques au mPFC et au vlOFC dans l'adaptation flexible aux nouvelles règles temporelles (i) en enregistrant la libération de NA dans chacune de ces zones lorsque les changements de règles temporelles sont imposés (approche corrélative avec la photométrie de fibre), (ii) en évaluant l’impact de leur inhibition sélective à des moments précis lorsque la règle temporelle est modifiée (approche causale par optogénétique) sur l'adaptation flexible comportementale, ainsi que (iii) sur l’interaction observée entre les deux aires, au travers des enregistrements électrophysiologiques de l'activité neuronale. Les résultats informeront, avec une résolution sans précédent, le fonctionnement des circuits préfrontaux sous-tendant le contrôle flexible de l'action dans le temps, un processus cognitif crucial pour la survie, et sa dépendance à l'égard d'un signal noradrénergique.

Le Claustrum (CLA) tient une place centrale dans la hiérarchie des structures cérébrales grâce à ses connexions réciproques avec les aires corticales et sous-corticales. Ce hub cérébral conserve son mystère malgré un intérêt croissant de la recherche internationale. Les fonctions du CLA iraient de l’attention à la modulation des oscillations du sommeil lent. A partir de solides données préliminaires, le partenaire Goutagny montrera chez la souris non anesthésiée comment le CLA module les oscillations du sommeil jouant un rôle clé dans la consolidation mnésique. Le partenaire Bal montre dans un modèle de tranche in vitro de cerveau de souris que le réseau du CLA est le générateur d’une oscillation lente (0,3-1 Hz) proche de la fréquence delta du sommeil. Cette préparation permettra d’explorer en détails les mécanismes cellulaires et en réseau des oscillations claustrales et de leurs interactions synaptiques avec des réseaux corticaux. Les équipes expérimentales maitrisent l’électrophysiologie, l’optogénétique et l’imagerie. Les données obtenues (types neuronaux du CLA et propriétés membranaires ; structure et propriétés du réseau, régimes d’oscillations, modulation des rythmes corticaux) seront intégrées dans des modèles computationnels de neurones et de réseaux reproduisant les régimes d’oscillation du claustrum et de leurs interactions avec le cortex (Destexhe, Bal & Goutagny). Une réduction de dimension de ces réseaux à potentiels d’action vers des réseaux à champs moyens sera opérée par les partenaires Destexhe et Jirsa dans le but d’intégrer le réseau claustral dans un modèle basé sur le connectome du cerveau de souris (The mouse Virtual Brain, TVBm). Ce projet apportera un éclairage nouveau sur l’activité du claustrum, sur son contrôle cortical des rythmes lents du sommeil associé à la mémorisation à long terme. L’intégration multi-échelle du claustrum au sein du TVBm initiera l’exploration virtuelle de son rôle sur les rythmes du sommeil (et de l’épilepsie).

La cognition sociale est un processus nécessaire pour évoluer dans notre société de façon adéquate. Les troubles associés sont caractéristiques de plusieurs maladies psychiatriques, dont la schizophrénie. L’identification des circuits neuronaux et mécanismes moléculaires qui orchestrent ce processus est donc crucial afin de développer des traitements adéquats. Les partenaires de ce projet ont obtenu des données préliminaires solides démontrant l’implication d’une nouvelle voie de signalisation des récepteurs NMDA (NMDARs) régulée par un peptide endogène nommé AETA dans ce processus. Ils ont aussi obtenu des données suggérant qu’une dysfonction de ce mécanisme pourrait contribuer aux altérations de cognition sociale dans la schizophrenie, dans laquelle il existe une dérégulation de la fonction des NMDARs. Le projet consiste à définir le périmètre de cette implication et comment elle contribue aux déficits associés à la schizophrénie. Nous utiliserons deux nouveaux modèles de souris dans lesquels cette voie de signalisation dépendante d’AETA est soit absente, soit exacerbée, et un modèle génétique de schizophrénie. Nous proposons 3 objectifs : Objectif 1 : Par optogénétique ciblée couplée à l’électrophysiologie de patch sur ces nouveaux modèles de souris où les niveaux d’AETA sont modulés, nous allons identifier comment cette voie de signalisation régule les NMDARs des neurones glutamatergiques et interneurones des circuits sous-tendant la mémoire sociale, notamment dans les structures CA2 et mPFC. Dans cet axe, nous allons particulièrement nous intérésser à deux synapses excitatrices et un type d’interneurones, les neurones exprimant la parvalbumine, qui sont hautement impliqués dans l’encodage des mémoires sociales. Objectif 2 : Définir l’étendue des déficits de cognition sociale dans les modèles murins d’AETA par analyse comportementale et corréler ces déficits à des altérations d’activité de ces réseaux par analyse d’activité calcique in vivo avec utilisation de miniscopes. Dans cet axe, nous allons étudier en particuler deux aspects de la cognition sociale que sont les interactions sociales et la mémoire sociale. Nous allons aussi étudier cette dynamique calcique in vivo dans deux réseaux de neurones hautement impliqués dans l’encodage de ces comportements que sont les zones CA1 et CA2 de l’hippocampe et le corte prefrontal grace à l’utilisation de probes qui sondent les variations de calcium du type GCAMP. Objectif 3 : Définir l’implication de cette voie de signalisation dépendente d’AETA dans les déficits de cognition sociale identifiés dans le modèle murin de schizophrénie et tester s’il est possible de résorber ces déficits en modulant les niveaux d’AETA. Nous utiliserons un modèle génétique murin de schizophrenie, les souris 22q11DS. Pour avancer sur le potential translationel de ces résultats chez l’homme, nous allons aussi étudier si les niveaux d’AETA sont modulés dans le cerveaux des patients schizophreniques par analyse d’immunoblotting. Ces résultats permettront de caractériser l’importance de la nouvelle voie de signalisation des récepteurs NMDA par AETA dans la cognition sociale et d’identifier son potentiel comme cible thérapeutique pour contrer les déficits associés, notamment dans la schizophrenie.

En situations critiques, les opérateurs doivent poser des diagnostics provisoires sur la base d'informations partielles et incertaines pour prendre des décisions. Ce contexte est propice aux « erreurs de fixation », c’est-à-dire le fait de ne pas mettre à jour l'évaluation d'une situation ou de persister dans un plan d'action qui n'est plus approprié. Ces erreurs sont une cause majeure d'événements indésirables et d'accidents dans les domaines de la santé et de l'aviation commerciale. Le projet IDEFIX a pour objectif d'étudier l'apport de l'Intelligence Artificielle et de la Réalité Virtuelle & Augmentée pour aider les opérateurs en situation critique, comme des pilotes d'avion ou des professionnels de santé, à détecter ces erreurs de fixation et à développer des stratégies pour les prévenir et minimiser leur impact. Pour ce faire, nous allons étudier le comportement de pilotes et de soignants dans des environnements simulés, construire une représentation en logique formelle de la situation, développer un assistant informatique capable de d’identifier de possibles erreurs de fixation et mesurer l’impact de l’utilisation de ce dispositif sur la performance des opérateurs. Nous utilisons donc une approche pluridisciplinaire qui combine des recherches en sciences humaines (facteurs humains et psychologie cognitive) et en informatique (intelligence artificielle, interaction humain-machine, réalité virtuelle pour la formation). Nos contributions en SHS portent sur la compréhension des mécanismes d'apparition des erreurs de fixation, à partir d'études terrain. Nos contributions en informatique portent sur la conception d'un modèle formel de diagnostic de l'erreur humaine et son utilisation dans un contexte de formation en réalité virtuelle et augmentée. Ce projet a pour objectif de contribuer à augmenter la sécurité dans les domaines de l’aviation et de la santé.

Révéler les trésors cachés d'un lieu, construire un pont entre son passé et son présent, visualiser son évolution : telle est la vision d'AGAPE. Avec l'accélération des politiques d'ouverture de la donnée favorisant la circulation des données publiques, et la prolifération de l'information sur Internet, il est désormais possible d'accéder à de multiples contenus multimédias du patrimoine culturel et naturel décrivant ce lieu. AGAPE se concentrera sur tout type de document visuel (de l'iconographie aux nuages de points 3D, incluant descriptions textuelles), qui sont des vecteurs d'analyse et de communication inclusifs et puissants, aux barrières scientifiques encore nombreuses. Son premier objectif est de mener des recherches innovantes sur l'analyse multimodale, le liage et la confrontation d'une telle constellation de contenus, pour faciliter leur structuration, restitution et compréhension, y compris la vérification de leur cohérence (face aux réseaux sociaux et à l'IA générative) avec des contenus multi-sources et de référence. Le second objectif du projet est d'intégrer ces données enrichies dans un environnement 3D permettant de les présenter dans leur contexte spatial, en proposant de nouveaux paradigmes de visualisation, navigation et interaction favorisant leur découverte, engagement et exploitation. Parallèlement aux initiatives ciblant données et terrains spécifiques avec des outils dédiés, AGAPE capitalisera sur ces objectifs en établissant un cadre open source, interopérable et reproductible de données multi-sources et d’outils encapsulés dans un jumeau numérique dédié au patrimoine, conçu pour fournir à l’expert et au citoyen des aperçus inédits des facettes d’un lieu. Cette réplique sera exploitée pour des recherches en SHS et dans les médias, avec des archivistes pour l'enrichissement des collections, des historiens pour l'étude de l'habitat insalubre, et des journalistes pour l'engagement du grand public pour le patrimoine dans les médias télévisés.

Le thème principal de RANDOP porte sur l'étude spectrale de certains opérateurs aléatoires, en particulier les opérateurs de Schrödinger aléatoires. Une question centrale dans ce domaine, initialement motivée par des considérations physiques, est de déterminer le comportement des fonctions propres (généralisées) de tels opérateurs : sont-elles concentrées dans de petites régions de l'espace (phénomène de localisation) ou répartissent-elles de la masse (L^2) sur tout l'espace (comme pour le Laplacien) ? En nous appuyant sur nos résultats précédents sur le sujet, nous visons à aborder des questions ambitieuses sur les phénomènes de localisation et de délocalisation pour plusieurs types d'opérateurs et à explorer leurs conséquences sur certaines propriétés dynamiques et sur la théorie des matrices aléatoires.

L'étude des valeurs propres et vecteurs propres de matrices ou opérateurs non-auto-adjoints est plus délicate que dans le cas auto-adjoint, pour des raisons d'instabilité des valeurs propres. Pour autant, cette étude est cruciale dans le cadre des équations aux dérivées partielles linéaires, où elle permet d'obtenir des résultats de stabilité et/ou contrôle des solutions, notamment pour l'étude des résonances. À l'heure actuelle, les résultats les plus précis sur l'asymptotique des valeurs propres utilisent l'inteprétation comme opérateurs de Berezin--Toeplitz (notamment via des noyaux de Bergman généralisés) mais ne sont valables que localement, loin des zones critiques, et au voisinage du lieu réel (ou pour des petites perturbations d'opérateurs auto-adjoints). Ces résultats sont valides sous des hypothèses de complète intégrabilité de la dynamique classique et d'analyticité du problème. Depuis très récemment, on dispose de résultats généraux concernant les opérateurs de Berezin--Toeplitz en régularité analytique, développés notamment par le coordinateur. En utilisant cette boîte à outils, nous proposons une étude systématique et globale du spectre des opérateurs de Berezin--Toeplitz non-auto-adjoints 1D. Nous allons utiliser pleinement les aspects géométriques, et notamment développer le lien avec l'espace de configurations des structures Kähleriennes (espaces de Mabuchi) : des équations de Monge-Ampère complexes gouvernent, et sont ``quantifiées'' par, ces opérateurs non-auto-adjoints. Ces équations sont sujettes à la formation de singularités en temps fini, et nous cherchons à établir le lien entre le temps d'existence et la taille maximale de la déformation non-auto-adjointe pour laquelle on peut décrire le spectre. Les liens avec Monge-Ampère dépassent le cadre des dynamiques intégrables, et nous allons également développer des outils généraux pour comprendre les dynamiques non-auto-adjointes, avec des applications à l'observabilité.

Cette recherche concerne la compréhension des causes des difficultés vécues par les étudiant.es primo-entrant.es à l’université dans les filières scientifiques. Nous nous intéressons aux malentendus entre enseignant.es et étudiant.es à propos des pratiques d’étude et d’enseignement favorisant les apprentissages, et postulons que ceux-ci peuvent résulter de décalages entre les croyances et les attentes des étudiant.es et des enseignant.es. Ces croyances et attentes peuvent concerner des aspects transversaux indépendants des savoirs en jeu comme des aspects liés à ces savoirs ; nous faisons l’hypothèse qu’elles peuvent différer selon les filières et selon le genre. Considérant que le processus d’acculturation à l’université dépend du contexte d’études mais également des contenus de savoir nous articulons, au sein des sciences de l’éducation, des approches sociologiques, psychologiques et didactiques (en sciences expérimentales et en mathématiques). Notre étude s’appuie sur un cadre théorique qui combine en particulier le concept de croyances avec celui de contrat didactique, qui est un système d’attentes pour la plupart implicites. Nous nous intéressons aux différences entre croyances et attentes des étudiant.es et des enseignant.es et aux évolutions des croyances et attentes des étudiants au cours de la première année d’université. Relativement à ces différences et évolutions nous poursuivons trois objectifs articulés : (1) les identifier ; (b) identifier les spécificités de certains groupes d'enseignants et d'étudiants (selon la discipline et le genre en particulier) ; (c) expliquer certains des changements et certains des décalages qui subsistent à la fin de la première année par des facteurs situationnels et/ou individuels (notamment les parcours de socialisation genrés). Notre dispositif d’enquête adoptera une méthodologie mixte. Nous réaliserons une première phase d’observations de séances et d’interviews avec des enseignants et des étudiants (les disciplines ciblées sont la biologie, la chimie, la physique, et les mathématiques comme discipline de service dans les filières des sciences expérimentales). Cette première phase qualitative et nos travaux précédents nous permettront d’identifier des décalages possibles entre étudiant.es et enseignant.es, et de concevoir des questionnaires à destination d’étudiant.es et de leurs enseignant.es ciblant ces décalages. Dans une deuxième phase, quantitative, nous administrerons un questionnaire à des étudiant.es en début de leur première année à l’université, puis à ces mêmes étudiants en fin de leur première année (3400 étudiant.es). Nous administrerons également un questionnaire à leurs enseignant.es de sciences expérimentales et de mathématiques (300 enseignant.es). Finalement, une troisième phase d’observations et d’entretiens approfondira les résultats obtenus par l’analyse des réponses au questionnaire. Ceci nous permettra d’identifier les décalages entre croyances et attentes des enseignant.es et des étudiant.es, leur évolution au cours de la première année d’études, ainsi que des facteurs situationnels et/ou individuels amenant ces décalages à s’atténuer ou à subsister, et donc favorisant ou non l’établissement d’un contrat didactique partagé entre enseignant.es et étudiant.es au cours de la première année d’université.

Au croisement de la science politique et de l’histoire, notre projet de recherche interdisciplinaire vise à construire une base de données la plus exhaustive possible sur la militance nationaliste OAS englobant les milliers d’individus jugés par les tribunaux spéciaux, en particulier devant la cour de sûreté de l’État, installée à Paris en 1963. Cette base de données, comprenant une soixantaine d’entrées, permettra, dans une perspective prosopographique, de reconstituer des parcours biographiques, individuels et collectifs, d’élaborer une typologie de ces militants et d’identifier les mécanismes et processus de radicalisation les conduisant à commettre des actes de violence qu’il s’agira de distinguer en fonction de leur nature et de la sociologie de leurs auteurs. À l’issue de ce travail d’analyse des archives judiciaires et policières selon une méthodologie tant quantitative que qualitative, une publication scientifique (numéro spécial de revue, ouvrage collectif et/ou site internet) rendra compte des résultats de la recherche. Cette publication accordera une place importante à des productions graphiques (cartographies fines, à différentes échelles, histogrammes, diagrammes etc.). Il s’agit moins d’un travail d’histoire sur l’Algérie des années 1960 qu’une contribution à l’étude des processus de radicalisation devant déboucher à terme sur une analyse comparée entre acteurs violents à différentes époques et autour de différentes causes.

Le projet LANACI vise à étudier les tendances à long terme de la peur du crime, de la préoccupation pour la sécurité et de la victimation grâce à une enquête longitudinale par panel. La sociologie de la déviance et de l'insécurité a été dominée par l'analyse des données des condamnations judiciaires et les enregistrements de police. Pour étudier la population générale, des enquêtes par sondage sont utilisées. Ces dernières font face à deux défis : l'instabilité des instruments et l'isolement des enquêtes sur la criminalité et la victimisation. Pour étudier comment l'insécurité évolue au fil du temps, il est nécessaire de comprendre les mécanismes impliqués et leurs déterminants sociaux plus larges. Le projet s'appuiera sur une enquête par panel sur le web durant 5 ans. Les données produites seront diffusées à la communauté académique via la plateforme https://data.sciencespo.fr/. Les méthodes d'analyse seront les régressions de panel, l'ACP, l’AFM et les classifications CAH. Le panel probabiliste ELIPSS comporte 2500 répondants. Une maîtrise méthodologique de la production des données nous aidera à étendre les séries des anciennes enquêtes INSEE. Le coordinateur scientifique de l'équipe OSCJ CESDIP est Antoine JARDIN, IR CNRS. La coordination du projet pour le partenaire CDSP sera assurée par Emmanuelle Duwez, IR et responsable de l'unité de production de données au sein de l'organisation. L'équipe CESDIP s'appuiera sur l'expertise technique et méthodologique de l'équipe CDSP pour la construction de l'instrument LANACI. Ces données facilement accessibles pour les doctorants, les post-doc et les enseignements de Master constitueront des ressources précieuses. Ce projet de recherche, au-delà de sa pertinence scientifique, présente un intérêt pour le débat public et pour la compréhension que la société française a d'elle-même sur ces questions centrales

L’amélioration de notre connaissance du cycle de l’eau dans l’atmosphère nécessite de disposer de mesures résolues dans le temps et selon la verticale de l'abondance des deux principaux isotopes stables de la vapeur d’eau dans la basse et moyenne troposphère. C’est à l’aide d’une instrumentation LIDAR à absorption différentielle de haute sensibilité que nous proposons de relever ce défi qui permettra de combler le manque indéniable d’observable, afin d’augmenter la précision des modèles de climat. Ainsi, le projet SWALIDE a pour but de combiner les technologies de détection infrarouge de pointe basées sur des photodiodes à avalanche HgCdTe avec le premier système lidar à absorption différentielle WAVIL dédié à la mesure de l'abondance isotopique de la vapeur d'eau. Le premier objectif est d'amener le lidar à un niveau de sensibilité inédit pour les applications de sciences de l’atmosphère, et des futurs réseaux d’observation. Pour cela, une photodiode à avalanche spécifique dotée d'une architecture monolithique originale sera développée afin de fournir une rupture en termes de sensibilité et d'opérabilité. Pour soutenir cet objectif, l'ensemble de l'instrumentation sera testé et validé par des inter-comparaisons avec d’autres capteurs tels que des spectromètres industriels conçus pour les mesures in situ. Le second objectif s’inscrit dans la perspective des futures missions lidar spatiales, qui étendront les observations de la vapeur d'eau et de l'abondance isotopique à l’échelle globale afin de disposer d’une climatologie inédite des zones de convergence et de divergence d’humidité dans l’atmosphère. Pour cela, la photodiode à avalanche, son électronique d'amplification et de formatage seront conçues et réalisées en collaboration avec Airbus DS. Ceci permettra de préparer le transfert de la recherche à l’industrie en vue des futures missions lidar qui pourront être proposées par la France à l’agence spatiale européenne en s’appuyant sur le CNES.

L'idée du projet MOOSAIC est de développer un mapper magnétique pour déterminer les propriétés magnétiques des échantillons à l'échelle de la microstructure. Cet outil cartographiera les champs de fuite émis par la surface, vectoriellement, en valeur absolue et en fréquence (susceptibilité). À partir des cartes de champ, les simulations et la modélisation permettront de reconstruire rapidement les propriétés magnétiques locales, avec des applications envisagées dans un large éventail de disciplines de recherche et industrielles, et des essais spécifiques réalisés sur des enregistrements du champ magnétique terrestre ancien et des pétales absorbant les radiofréquences (RF). Ce mapper est destiné à être le premier instrument permettant d'accéder à la cartographie quantitative à grande échelle de la susceptibilité et des champs de fuite vectoriels avec une résolution spatiale de dix microns.

camIR vise à la conception et la fabrication d'une nouvelle génération de d'imageur dans le proche dans lequel un film de nanocristaux est utilisé comme couche absorbante. En comparaison des capteurs existant basés sur des semi-conducteurs obtenus par croissance épitaxiale, cette stratégie simplifie l’accordabilité spectrale, simplifie de couplage entre la couche active et le circuit de lecture, ce qui permet une réduction de la taille des pixels. De plus, par rapport aux matériaux actuels, dans la plage spectrale, les nanocristaux colloïdaux réduisent la consommation d'énergie nécessaire à la croissance du matériau. Ce projet offre la possibilité de diminuer le coût du capteur d'un facteur >10. Les principaux objectifs du projet sont (i) une stabilité accrue du matériau, (ii) un meilleur couplage lumière-matière, (iii) un rapport signal/bruit élevé (D*> 1011 Jones pour une longueur d’onde de coupure à 2 µm), un grand format de matrice (mégapixels) similaire à l'état de l'art pour la technologie InGaAs. Au-delà du capteur, le projet vise également un démonstrateur complet de caméra.

Aujourd'hui, nous sommes entourés de systèmes de surveillance qui génèrent des milliards d'images traitées par des techniques de vision par ordinateur, ce qui soulève des questions juridiques liées à la protection de la vie privée. Si une protection est parfois apportée par un post-traitement des images, par exemple en les rendant floues, cette protection peut être attaquée en accédant à la sortie brute de la caméra. Un solution consiste à assurer la protection de la vie privée directement au niveau de la caméra en dégradant délibérément la qualité des images brutes. L'enjeu est alors de maintenir une tâche d'analyse performante malgré cette dégradation. Pour concevoir une telle caméra, il est nécessaire d'optimiser conjointement les paramètres du réseau optique et du réseau neuronal, sujet de recherche désigné par le terme co-conception. En outre, une méthode d'apprentissage adversaire doit être développée afin de garantir les deux objectifs : l'analyse de la scène et la protection de la vie privée. Des méthodes de l'état de l'art ont réalisé la conception conjointe de caméras préservant la vie privée à l'aide d'un apprentissage adversaire, mais elles optimisent un seul composant optique diffractif, à l'aide d'un modèle optique différentiable basé sur de l'optique de Fourier, qui n'est valable que pour un faible champ. En revanche, nous proposons la co-conception d'une caméra préservant la vie privée à l'aide d'un logiciel de tracé de rayons différentiables développé à l'ONERA. Cet outil permet d'optimiser l'ensemble des paramètres de l'objectif d'une caméra avec un large champ de vue. En outre, nous proposons l'utilisation dans ce logiciel de surfaces non conventionnelles, notamment diffractives, afin d'avoir plus de degrés de liberté dans la réponse de l'objectif. La co-conception d'un tel système, associant un grand champ, des surfaces non conventionnelles et un entraînement adversaire présente de nombreux défis scientifiques à relever dans ce projet.

Le projet FBG-DETECT vise à démontrer un nouveau système d'interrogation pour les capteurs optiques à réseau de Bragg (FBG) dédiés à la mesure d'ondes acoustiques pour la surveillance de l'état des structures (SHM). Les composants clés de ce système sont des photodiodes (PDs) accordables récemment démontrées grâce à une technique originale d'intégration de microcellules à cristal liquide (LC) en polymère sur des PDs en semiconducteurs III-V (InGaAs/InP). La bonne reproductibilité de l’accord spectral de ces dispositifs a été démontrée sur plus de 80 nm autour de 1550 nm avec une faible tension appliquée (8V). L’équipe pluridisciplinaire du projet FBG-DETECT propose d'exploiter les propriétés uniques de ces composants pour suivre la position spectrale de FBGs à basse fréquence (dérive liée à la déformation de la structure à surveiller et/ou à de grandes variations thermiques), tandis que les mesures acoustiques seront effectuées à haute fréquence par convolution de la fonction de transfert des spectres respectifs des PDs et des capteur FBGs. Ceci permettra de réaliser des mesures multiplexées sur une seule ligne. Pour répondre aux exigences du système, il est nécessaire d'améliorer les performances de ces composants (sensibilité, largeur de raie) et de faire évoluer leur technologie de fabrication. La technologie hybride utilisée jusqu'ici ne permet pas l’assemblage et le contrôle individuel des PDs dans un système multiplexé. Pour résoudre ces problèmes, nous optimiserons le design du dispositif et relèverons le défi de réaliser la première PD accordable à LC monolithique, en développant une méthode innovante de nano-structuration pour aligner les LC dans une microcellule III-V. Les composants seront évalués pour la mesure des ultrasons, d'abord en configuration simple canal (génération hybride), puis multiplexée (génération monolithique), ce qui permettra la conception d’une instrumentation optique à faible coût pour la mesure acoustique en environnement sévère.

Le projet EDDRIS a pour but de développer des stratégies innovantes de conception de systèmes d’imagerie. Ces derniers sont aujourd’hui composés pour la plupart d’un système optique et d’un traitement numérique. Pour que le système d’imagerie soit optimal (tout en respectant des contraintes de poids et consommation), ces deux éléments doivent donc être optimisés dans le même temps. Cependant, pour que ces deux parties du système d’imagerie puissent être optimisées conjointement, il est nécessaire de développer et d’utiliser un logiciel dédié, tel qu’un traceur de rayons différentiable. De cette manière, les caractéristiques d’imagerie (tache image) prises en compte dans le traitement numérique sont liées aux dérivées des paramètres optiques (rayon de courbure, épaisseur…), ce qui permet de s’intéresser à différents traitements, allant de la déconvolution linéaire à l’apprentissage automatique. Nous proposons donc d’utiliser le traceur de rayons différentiable FORMIDABLE, sous licence ESCL, et d’y développer un environnement spécifiquement dédié à la conception conjointe optique/traitement. Au cours du projet, nous nous intéresserons à des systèmes d’imagerie de complexité croissante (utilisation de masques de phase dans la pupille du dispositif optique pour modifier le front d’onde, puis modification d’un plus grand nombre de surfaces, éventuellement freeform). Nous proposerons des stratégies de conception spécifiques aux différents types de traitement envisagés, en accord avec les contraintes de taille, poids et consommation du système d’imagerie. Un démonstrateur dédié à la conduite automobile nous permettra de valider expérimentalement l’une des stratégies mise en place.

La résonance magnétique nucléaire à l'état solide (ssRMN) in situ est un outil efficace pour sonder la structure chimique et la dynamique lors du fonctionnement de la batterie. Cependant, les larges signaux obtenus en condition statique ne fournissent pas d’informations suffisantes sur les mécanismes en jeu. Une technique ex situ de rotation des échantillons, à l’angle magique (MAS), est nécessaire pour fournir des données à haute résolution permettant d'interpréter les résultats in situ. Cependant, la technique MAS ex situ nécessite l’arrêt du cyclage et le démontage de la cellule, empêchant les analyses séquentielles et ne représentant pas toujours fidèlement les processus (électro)chimiques sous-jacents. Malheureusement, il est difficile d’avoir une cellule de batterie en rotation à l'intérieur d'un aimant en raison de la présence de métaux. Récemment, une cellule de batterie en rotation a été explorée en bobinant entre eux les éléments de la cellule, y compris des fils métalliques. Cependant, l’assemblage est peu pratique et l’échauffement de l’échantillon inévitable. SPINBATT propose un développement expérimental pour exploiter la ssRMN in situ avec MAS. Le projet intégrera trois éléments pour réaliser une percée dans la spectroscopie ssRMN pour les batteries : 1. Développer des cellules en rotation sans métal. 2. Effectuer in situ la ssRMN avec MAS. 3. Mettre en œuvre une spectroscopie localisée offrant une caractérisation résolue spatialement. La possibilité de réaliser une spectroscopie localisée avec MAS et surtout in situ est inédite. Cela améliorera les informations sur les mécanismes de réaction, la mobilité des ions et leur distribution dans les batteries en offrant un contrôle spatial in situ de tous les composants, y compris les interphases et les interfaces. L'extension des résolutions spatiales de techniques telles que la ssRMN est cruciale pour caractériser le comportement des batteries et améliorer leurs performances.

L’une des alternatives prometteuses pouvant remplacer partiellement ou totalement les colorants d’origine fossile est leur production microbienne. Malgré les multiples avantages par rapport aux colorants végétaux et animaux (ex. non-compétition avec l'alimentation, ingénierie de molécules ciblées, etc.), les colorants microbiens sont toujours confrontés à une moindre stabilité et à un coût de production plus élevé par rapport aux colorants synthétiques, ce qui limite leur exploitation industrielle. Dans ce contexte, le projet YaLiGreen vise à produire un colorant vert (prodésoxyviolacéine) par une souche modifiée de Yarrowia lipolytica, extraire le colorant, et l’utiliser pour la teinture de textiles. Les stratégies qui seront suivies dans ce projet consistent à 1) booster la voie de biosynthèse de la prodésoxyviolacéine chez la levure Y. lipolytica, 2) développer un milieu de culture à base de sous-produits industriels pour la fermentation, 3) l'extraction et la purification de la prodésoxyviolacéine, 4) sa fonctionnalisation pour obtenir des tissus de couleur stable, et 5) l'analyse de l'activité antimicrobienne ainsi que la cytotoxicité du colorant et tissus obtenus.

Les eaux usées sont de plus en plus considérées comme une source potentielle d'énergie et de composés précieux plutôt que comme un simple déchet. Dans les cellules d'électrolyse microbienne (CEM), les réactions d'oxydation catalysées par des microbes, impliquant généralement des composés organiques, soutiennent électriquement la production d'hydrogène gazeux (H2). Toutefois, les CEM se heurtent à des limites dans les applications à grande échelle en raison des caractéristiques des eaux usées domestiques - faible concentration de composés organiques, pH neutre et faible salinité - qui se traduisent par une capacité de production d'énergie limitée. Dans ce projet, nous visons à permettre la récupération de bio-ressources à partir de flux chargés de sulfure, caractérisés en outre par une salinité et une alcalinité accrues. Pour atteindre cet objectif, nous étudierons deux aspects distincts des bioanodes oxydant les sulfures : le biofilm et le matériau de l'anode. Le projet MESHY étudiera le rôle des consortiums microbiens haloalkaliphiles et des catalyseurs métal-sulfure dans l'oxydation bioanodique des sulfures dans les BES. Le projet vise à optimiser la récupération des bioressources en comprenant l'interaction entre les processus biotiques et abiotiques. En outre, il vise à évaluer la capacité du traitement bioanodique des eaux usées sulfurées à soutenir la production de H2 à long terme. Dans notre monde en pleine mutation, la bioéconomie joue un rôle essentiel dans les transitions technologiques, économiques et sociales. Les systèmes bioélectrochimiques offrent un potentiel important pour la transformation et la récupération des ressources. Le projet MESHY illustre la gestion durable de sources de déchets difficiles et enrichit la boîte à outils des consortiums microbiens extrémophiles. En outre, il explore des voies alternatives pour améliorer les processus bioélectrochimiques et contribuer au secteur de la bioénergie.

Le projet DynaCycloP vise à développer une stratégie innovante et économique pour l’accès rapide à de larges bibliothèques de peptides cycliques de conformations définies et biologiquement stables. Pour cela, la chimie combinatoire dynamique sera utilisée comme outil pour greffer les chaines latérales d’aminoacides sur un squelette peptidique de structure 3D définie, permettant ainsi la synthèse et le criblage de nombreux peptides structurés en une unique étape. De nouvelles méthodes analytiques et synthétiques permettant la déconvolution de mélanges de composés multivalent dans une librairie dynamique seront développées. Cette méthode originale devrait permettre un accès facile à de larges bibliothèques de peptides, de structures sophistiquées, qui ne seraient pas génétiquement encodables et pousser la découverte de nouvelle têtes de série peptidiques pour cibler des processus peu exploités à l’heure actuelle. La méthode sera appliquée au criblage de ligands de glycosaminoglycanes pour le développement de nouvelles stratégies de ciblage et vectorisation cellulaire.

Le virus respiratoire syncytial (VRS) est la principale cause de bronchiolite et de pneumonie chez les nouveau-nés, mais aussi une cause majeure de mortalité chez les personnes âgées et les patients immunodéprimés. Bien qu'il existe des thérapies préventives (vaccins, anticorps monoclonaux), il n'y a pas de traitement thérapeutique efficace. L'ARN polymérase L dépendante de l'ARN du VRS est une cible antivirale de choix, comme en témoigne le développement récent de classes structurellement distinctes d'inhibiteurs allostériques aux stades préclinique et clinique. La caractérisation initiale de leur mécanisme d'action a suggéré qu'ils s'opposent à une transition conformationnelle de l'initiation à l'élongation de la transcription du VRS et qu'ils s'engagent physiquement dans la même cible moléculaire : l'interface entre les domaines N (L-NTD) et C-terminal (L-CTD) de la L. La légère résistance croisée entre des inhibiteurs distincts suggère que cette interface est suffisamment grande pour accueillir une variété d'inhibiteurs allostériques, mais elle n'a pas encore été caractérisée structurellement. Les L-CTDs sont absents des structures de L disponibles obtenues par cryo-microscopie électronique, et ces dernières sont probablement représentatives d'un état d'élongation qui n'est pas la cible principale de ces inhibiteurs. La compréhension de l'architecture de cette interface pourrait donc ouvrir la voie au développement futur, guidé par la structure, d'inhibiteurs de la L du VRS. Notre projet vise à combler ce manque de connaissances en réalisant une caractérisation fonctionnelle et structurale du complexe d'initiation de la transcription du VRS. Nous émettons l'hypothèse qu'un déterminant de ce complexe est une interface distincte entre les L-NTDs et les L-CTDs, et que ces derniers doivent subir un changement de conformation afin de procéder à l'élongation. Il a été difficile d'obtenir des données structurales sur cette interface en raison de la flexibilité des domaines L-CTsD à l'état apo, nous avons donc conçu une stratégie à deux volets pour stabiliser et caractériser ces domaines : 1/ identification de nouveaux ligands artificiels du RSV L, 2/ reconstitution in vitro d'un complexe d'initiation de la transcription. Nos objectifs sont de 1/ Cribler et sélectionner des ligands artificiels capables de stabiliser les L-CTDs, 2/ Développer une nouvelle méthode pour assembler un complexe d'initiation de la transcription in vitro, 3/ Caractériser l'impact des ligands artificiels L sur ses fonctions in vitro et dans les cellules, et 4/ Caractériser la structure des complexes d'initiation de la transcription stables in vitro. Notre approche transdisciplinaire combine la biochimie et la biologie structurale et devrait fournir une caractérisation fonctionnelle et structurale du complexe d'initiation du RSV assemblé in vitro. Ce projet apportera de nouvelles connaissances fondamentales sur la machinerie de synthèse de l'ARN du VRS et rationalisera la vulnérabilité du complexe d'initiation de la transcription aux inhibiteurs allostériques.

TDP-43 est une protéine nucléaire, retrouvée sous forme d’inclusions cytoplasmiques dans les neurones des patients atteints par deux maladies neurodégénératives (SLA ou DLFT) qui n’ont à ce jour aucun traitement curatif efficace. Nous avons récemment démontré que les domaines RRM12 de TDP-43 se lient à leurs cibles ARN de manière coopérative impliquant des interactions intermoléculaires impliquant les domaines RRM. Cette liaison coopérative de TDP-43 à l'ARNm est essentielle pour maintenir la solubilité de TDP-43 dans le noyau et sa miscibilité dans les granules de stress cytoplasmiques. Plus récemment, nous avons montré que l'état de phosphorylation de TDP-43 contrôle sa localisation cellulaire. Il est à noter que les structures 3D disponibles pour la protéine TDP-43 correspondent seulement à des domaines isolés et que les interactions entre ces différents domaines restent inconnues. TDP-43 ciblent de longues répétitions d'ARN riches en GU qui peuvent former des tétramères/pentamères induisant probablement des contraintes structurales sur la cible ARN. L'objectif global de ce projet est de documenter la relation structure/fonction des auto-assemblages de TDP-43. Ces assemblages sont des cibles reconnues dans la SLA et la FTLD. Les résultats de ce projet permettront de déchiffrer comment des mutations pathologiques et des modifications post-traductionnelles peuvent mener aux pathologies associées à TDP-43. Pour atteindre ces objectifs, nous adopterons une stratégie intégrative en utilisant des analyses structurales, computationnelles et biochimiques combinées à des approches fonctionnelles dans des modèles cellulaires et chez l’animal. La disponibilité de données fonctionnelles et structurales sur les auto-assemblages de TDP-43 ouvrira la voie à l'élucidation du mécanisme de la protéinopathie de TDP-43 et à la conception de petites molécules interférant avec l'agrégation de cette protéine.

Les modifications post-traductionnelles (MPT) des protéines augmentent la diversité fonctionnelle du protéome et influencent presque tous les aspects de la biologie cellulaire et de la pathogenèse. Les voies de signalisation cellulaires sont régulées par les MPT en réponse à de multiples stimuli. Les MPT comprennent notamment la phosphorylation, l'ubiquitination, la méthylation ou encore l'acétylation, qui permettent de lier de manière covalente à des protéines cibles des groupes fonctionnels ou des protéines. Lors de certaines MPT, des résidus lysine sont ciblés par des membres de la famille des ubiquitines, comme les protéines ubiquitine, SUMO et NEDD8. Cependant, bien qu'elles fassent partie de la famille des ubiquitines, les protéines ATG8 sont plus généralement connues pour se lier à des phospholipides et non à des protéines. Cette lipidation des ATG8 est une étape clé de l'autophagie, un processus conduisant à la dégradation et au recyclage d’éléments cytoplasmiques (protéines, organites, etc.). J'ai pu confirmer et approfondir de récentes observations selon lesquelles les ATG8 peuvent également être liées de manière covalente aux protéines. Je propose donc que les ATG8 soient impliquées dans un nouveau processus de MPT, appelé l’ATG8ylation, engendrant la formation de chaînes d’ATG8 liées à des protéines. Le projet PIAF vise à décrypter en détail cette nouvelle MPT de protéines, dont les rôles restent à découvrir. Les objectifs spécifiques de ce projet sont (i) de découvrir et de caractériser les répertoires de protéines conjuguées aux ATG8, (ii) d'identifier les enzymes impliquées dans ce processus et (iii) de comprendre la régulation de l'ATG8ylation des protéines. Le mécanisme moléculaire et les fonctions cellulaires de l'ATG8ylation seront également recherchés. Le projet PIAF permettra à terme de comprendre et de caractériser une nouvelle MPT potentiellement impliquée dans l'homéostasie des protéines et la pathogenèse.

Mon projet vise à développer une plateforme in vitro permettant d'exprimer et d'étudier l'expression génétique chez des bactéries modèles et des bactéries non-modèles, cultivables ou non-cultivables du microbiome intestinal humain. Les organismes non-cultivables représentent la grande majorité des bactéries intestinales mais sont mal connus. La diversité de leurs conditions de croissance, de leurs comportements et de leurs compositions rend les protocoles standard d'expression génétique et de production de protéines inefficaces limitant la compréhension de ces organismes. Je propose d'utiliser des systèmes « cell-free » et de construire une collection de plasmides conçus pour émuler les machines de transcription d’organismes du microbiote intestinal humain. Les systèmes « cell-free » sont constitués d'un mélange contenant un extrait cellulaire complété par un tampon énergétique et des acides aminés. Comme les processus de transcription et de traduction restent actifs, des protéines peuvent être produites directement en ajoutant de l'ADN. Le protocole nécessite de grands volumes de culture qui ne peuvent être obtenus avec des organismes non-cultivables en laboratoire. Cependant, le système « cell-free » peut produire des machineries de transcription d'organismes non-modèles. L'objectif de cette plateforme est d'exprimer des génomes complets ou partiels (naturels, amplifiés par PCR ou synthétisés) d'une manière systématique et contrôlée. Je mesurerai les transcriptomes exprimés dans une large gamme de conditions (différents facteurs sigma, régulation de la transcription ). Ce projet jettera les bases de la génomique fonctionnelle pour des organismes dont seule la séquence génétique est connue.

Les machines moléculaires doivent être construites par des facteurs d'assemblage pour remplir leur fonction. Les intermédiaires sont dégradés par des mécanismes de contrôle qualité lorsqu'ils ne peuvent atteindre l'assemblage complet en raison de l'absence d'une sous-unité ou d'un facteur d'assemblage. Nous proposons ici d’identifier systématiquement les facteurs d’assemblage de trois machines moléculaires qui polymérisent l'actine branchée : les complexes WAVE, WASH et Arp2/3 qui contrôlent conjointement la persistance de la migration cellulaire. À cette fin, nous utiliserons tout d'abord des cribles d'interactomique à grande échelle, non biaisés, avec les sous-unités de ces complexes en utilisant des cribles double-hybride (Y2H) chez la levure et de la protéomique après purification par affinité en tandem (TAP) des sous-unités. Pour identifier les partenaires directs parmi les candidats, nous automatiserons une procédure de prédictions structurales à partir d’AlphaFold2 en délimitant les domaines conservés au cours de l'évolution afin d'augmenter la vitesse et la précision des prédictions. Les modèles structuraux fournis par AlphaFold2 seront validés expérimentalement dans le Y2H en mutant les résidus de l'appât prédits comme étant critiques pour l'interaction et en sélectionnant des mutations compensatoires en utilisant un crible Y2H après mutagenèse aléatoire des proies. Les facteurs d'assemblage candidats seront ensuite identifiés par génomique fonctionnelle à l’aide d’une lignée de cellules rapporteuses qui expriment une sous-unité de chacun de ces trois complexes étiquetée avec une protéine fluorescente différente. Les siRNAs qui déstabilisent un complexe, mais pas les trois, sont susceptibles de correspondre à un facteur d'assemblage spécifique. La propriété attendue d'un facteur d'assemblage est de produire des défauts de migration cellulaire (WAVE, Arp2/3) et de trafic intracellulaire (WASH, Arp2/3) après knock-down et knock-out, selon la fonction de la machine moléculaire dont il favorise l'assemblage. Dans une dernière partie, les données d’interaction et fonctionnelles seront intégrées dans un scénario structural. Les complexes intermédiaires dans la voie d'assemblage seront caractérisés avec plusieurs expériences de pulse-chase. Dans la cellule, les phénotypes de knock-out devraient être sauvés par le facteur d'assemblage de type sauvage, mais pas par les versions mutées. En utilisant cette combinaison d'approches globales et non biaisées, nous espérons disséquer les voies d'assemblage de ces trois machines moléculaires qui contrôlent la polymérisation de l'actine branchée. Ces connaissances fondamentales pourront probablement être exploitées comme de nouvelles manières de contrôler ces machines moléculaires critiques impliquées dans plusieurs pathologies humaines.

Le projet CYANOMAN vise à élucider le processus de biominéralisation conduisant à la formation d'inclusions intracellulaires de carbonate de calcium amorphe (iACC) chez les cyanobactéries. Ces inclusions, que l'on trouve dans diverses souches de cyanobactéries, stockent des quantités importantes de Ca et d'autres éléments alcalino-terreux (AEE). La formation des iACC est régulée génétiquement et se produit dans des compartiments enveloppés de lipides ou de protéines. Une caractéristique particulière est l'état amorphe de ces granules, responsable de leur réactivité relativement élevée, et probablement en rapport avec leur fonction et représentant un aspect inhabituel, très intéressant à étudier. L'identification d'une nouvelle famille de gènes, ccyA, et de sa protéine associée, la calcyanine, en tant que marqueurs diagnostiques de la biominéralisation iACC souligne l'importance des approches génomiques dans l'élucidation des mécanismes de biominéralisation. Ces dernières ont révélé un large éventail de cyanobactéries capables de former des iACC, ce qui indique l'importance phylogénétique et environnementale de ce processus. En outre, ce processus de biominéralisation a une origine ancienne, qui pourrait remonter à plus d'un milliard d'années, ce qui souligne plus encore son importance écologique et évolutive. En tant qu'acteur clé de ce processus, la calcyanine est une protéine unique aux cyanobactéries formant l'iACC. Cependant, sa structure tridimensionnelle (3D), en particulier celle de ses motifs GlyZip, sa localisation cellulaire et son interaction avec les membranes des cyanobactéries restent inconnues. De plus, des observations récentes suggèrent que d'autres partenaires protéiques pourraient être impliqués dans la biominéralisation de l'iACC. Ce projet implique des approches multidisciplinaires, y compris des techniques d'imagerie avancées telles que la cryo-microscopie électronique et la spectromicroscopie électronique, mais aussi des approches bioinformatiques pour prédire les caractéristiques clés des calcyanines et de leurs partenaires associés, ainsi que des outils génétiques pour l'expression de protéines recombinantes dans les cyanobactéries. La compréhension de ces mécanismes pourrait éclairer les systèmes d’homéostasie du Ca chez les cyanobactéries et les stratégies potentielles de bioremédiation d'AEE radioactifs, comme le 90Sr ou les isotopes du radium. Plus précisément, le projet vise à atteindre les objectifs suivants : 1) Localisation de la calcyanine dans les cellules et caractérisation de l'organisation de l'iACC. 2) Identifier les partenaires protéiques impliqués dans la biominéralisation de l'iACC et le transport de l'AEE. 3) Étudier la structure de la calcyanine et de ses domaines pour comprendre leur rôle dans la biominéralisation et leurs interactions avec les lipides, ce qui permettra de mieux comprendre leur importance fonctionnelle. 4) Déterminer la structure et la stabilité des iACC en utilisant à la fois des modèles synthétiques d'ACC et des iACC purifiés de cyanobactéries pour comparer leurs propriétés structurelles et évaluer l'impact des protéines, des lipides et des ions sur la formation et la stabilité des iACC. Ces objectifs visent à approfondir notre compréhension des processus de biominéralisation intracellulaire chez les cyanobactéries et de leurs applications potentielles dans divers domaines. En élucidant les mécanismes moléculaires à l'origine de la formation des iACC, nous espérons non seulement approfondir notre compréhension des processus biologiques fondamentaux, mais aussi ouvrir de nouvelles voies pour l'assainissement de l'environnement. Grâce à une collaboration multidisciplinaire, le potentiel des cyanobactéries en tant qu'agents polyvalents dans les processus de biominéralisation continue de se montrer, ce qui ouvre des perspectives passionnantes pour la recherche et l'innovation futures.

PhotoROS est un projet de recherche multidisciplinaire visant à développer des outils innovants pour étudier et contrôler l'activité de la MAO-B impliquée dans le stress oxydatif et les maladies inflammatoires, comme l'arthrose. Des études ont démontré que la MAO chondrocytaire produit des espèces réactives de l'oxygène (ROS), provoquant l'activation de l'inflammasome NLRP3, conduisant à la pyroptose des chondrocytes et la dégradation du cartilage. Des inhibiteurs de MAO ont récemment été repositionner pour traiter diverses maladies comme les maladies inflammatoires, notamment l'inflammation synoviale, et des études ont identifié la MAO-B comme un producteur spécifique de ROS mitochondriaux alimentant l'inflammasome NLRP3. L’optotopharmacologie est une approche émergente et innovante en médecine basée sur l'administration d'un médicament photosensible en combinaison avec la lumière pour permettre un contrôle spatio-temporel de l'activité des médicaments, limitant ainsi les effets secondaires, contrairement aux médicaments classiques. PhotoROS vise à développer des inhibiteurs de la MAO-B photosensibles comme outils innovants pour étudier la modulation des ROS dans les processus inflammatoires, ouvrant ainsi la voie au développement de traitements innovants pour les maladies inflammatoires comme l'arthrose. Nous prévoyons de développer des inhibiteurs de MAO-B photosensibles en incorporant un azobenzène linéaire ou une diazocine activables dans des structures d’inhibiteurs connus de MAO-B. Sur la base calculs DFT et de résultats préliminaires, des dérivés d'aurones, identifiés comme des inhibiteurs de MAO et présentant des propriétés de photoisomérisation, seront aussi développées

Les Nocardioses sont des infections aux bactéries du genre Nocardia. Les Nocardia sont opportunistes et infectent des patients immunodéprimés ou ayant des pathologies sous-jacentes et sont considérées comme des pathogènes émergents. Les foyers d’infections sont notamment les poumons ainsi que le cerveau ou la peau. Les nocardioses les plus sévères sont traitées par une association de plusieurs antibiotiques administrés pendant une longue période. La prise en charge clinique des formes de nocardioses les plus graves (cérébrales ou systémiques) est souvent ponctuée d’échecs thérapeutiques et associée à un mauvais pronostic de survie des patients. La difficulté du traitement des nocardioses corrèle avec les différences de sensibilité aux antibiotiques d’une souche de Nocardia à l’autre. La résistance aux antibiotiques des Nocardia est toutefois peu étudiée. Dans ce contexte, ce projet de recherche visera à définir la sensibilité aux antibiotiques des souches de Nocardia les plus fréquemment rencontrées en clinique. Dans un premier temps, grâce aux séquençages du génome des souches cliniques de Nocardia, nous identifierons la présence des gènes connus pour conférer la résistance aux antibiotiques. Un focus particulier portera sur l’identification des bêta-lactamases et des N-acétyltransférases conférant respectivement la résistance aux bêta-lactamines et aux aminoglycosides. Des tests enzymatiques confirmeront l’activité des protéines purifiées à modifier les antibiotiques. Le profil d’expression des gènes correspondants sera évalué dans les souches cliniques isolées de patients et le profil de sensibilité aux antibiotiques de ces souches complémenteront nos données de génomiques et biochimiques. Enfin les structures aux rayons-X des bêta-lactamases et des N-acétyltransférases impliquées dans la résistance aux antibiotiques seront résolues en présence de leurs substrats et de leur inhibiteurs (pour les bêta-lactamases). Ce projet apportera des connaissances fondamentales sur la résistance aux antibiotiques des bactéries du genre Nocardia et pourrait avoir un impact direct à court terme sur le traitement des Nocardioses en orientant notamment les cliniciens sur le bon choix de l’antibiothérapie à adopter en fonction de la souche clinique rencontrée.

Notre projet a pour but d’élucider un mécanisme moléculaire permettant à la bactérie de détecter la présence de traces d’antibiotiques dans l’environnement. Des rapports alarmants indiquent que des concentrations environnementales d’antibiotiques influencent l’écologie microbienne et favorisent l’apparition de résistances. A des concentrations sous-inhibitrices, les antibiotiques déclenchent de faibles changements moléculaires et une adaptation détectable par des technologies « Omics » au niveau du transcriptome et du protéome. Ces changements contribuent à la tolérance et la résistance adaptative des bactéries face aux antibiotiques. Récemment, un mécanisme d’afflux de magnésium dû à l’expression de transporteurs du Mg2+ permettant à la bactérie de survivre au stress induit par des antibiotiques ciblant la traduction a été identifié. Cependant le mécanisme d’activation de l’expression de ces transporteurs reste inconnu. Le but du projet est de valider un modèle de contacts moléculaires utilisés par les bactéries pour « détecter » la présence d’aminoglycosides. Nos données préliminaires de transcriptomique, protéomique et de biochimie pointent un système à deux composants. Nous démontrons une interaction directe entre ces antibiotiques et la protéine kinase membranaire qui déclenche l’expression spécifique de gènes. Parmi ces gènes se trouve un transporteur membranaire pour le magnésium. Nous conforterons nos résultats sur des souches pathogènes par une série d’analyses transcriptomiques, protéomiques, biochimiques et structurales pour une forte valeur ajoutée au projet. Des expériences de réticulation in vivo et de résonance magnétique nucléaire in vitro nous donnerons les détails du mode d’interaction antibiotique-protéine avec ses conséquences fonctionnelles. Les résultats permettront de valider notre modèle où une protéine kinase membranaire interagit directement avec les aminoglycosides pour stimuler un afflux de Mg2+ en réponse au stress antibiotique.

Actuellement, les biomolécules modifiées sont souvent utilisées dans différentes stratégies thérapeutiques. Le but de ce projet est de développer un nouveau type de ligands de ciblage. Plus précisément, nous visons à développer des polycorps thérapeutiques (PB), c'est-à-dire des macromolécules multivalentes composées de petits corps spécifiques (peptides, affibodies (AfB), nanobodies (NB)) ancrés sur une plateforme moléculaire fonctionnelle en configuration radiale. L'architecture contrôlée du PB permettra des interactions multivalentes optimales des ligands avec les récepteurs. Le PB offre plusieurs avantages par rapport aux stratégies existantes : la conception modulaire du PB peut mélanger des éléments de base synthétiques et bioproduits, le PB peut contrôler la symétrie des ligands multivalents, le PB contient une unité fluorophore pour une détection fiable sans nécessiter d'étapes supplémentaires. Les PB sont conçus pour interagir avec deux familles importantes de protéines de surface cellulaire afin de prouver leur efficacité : les récepteurs couplés aux protéines G (GPCR) et les récepteurs tyrosine kinases (RTK) dont nous connaissons bien. Ces poly-AfB et poly-NB sont conçus comme des constructions homo- ou hétérotopiques polyvalentes, où nous visons à optimiser la topologie moléculaire, en particulier la longueur et la flexibilité du linker synthétique entre les corps pour les interactions bivalentes sur la même cellule (liaison cis), et pour la liaison intercellulaire pour connecter différentes cellules (liaison trans). Notre projet est basé sur nos travaux antérieurs et notre expertise en matière de conception d'AfB, de synthèse peptidique et de connaissance des GPCR et RTK. Nous fournirons des relations structure-activité détaillées. En effet, les affinités de liaison des PB aux récepteurs libres correspondants ainsi que les cinétiques associés (kon, koff) seront évaluées avec plusieurs outils biophysiques complémentaires (BLI, switchSense, MST et FIDA). En parallèle, la fixation des PB à des cellules vivantes exprimant les récepteurs GPCR et RTKs sera réalisée par cytométrie ou RT-IC afin d'obtenir une image fiable des interactions en conditions réelles. Ceci sera complété par une évaluation fonctionnelle dans des modèles cellulaires pour confirmer la transduction du signal après l'engagement du récepteur cellulaire. Enfin, les données obtenues seront rationalisées par rapport au structural design de PB afin de prédire les meilleures topologies pour des nanothérapeutiques innovantes impliquant nos récepteurs, mais facilement extensibles à d'autres cibles (maladies infectieuses, par exemple).

AlphaFold2 a révolutionné le domaine de la bioinformatique structurale et de la biologie en général, prédisant avec précision les structures protéiniques à partir des séquences. Toutefois, il ne dévoile pas toutes les complexités des mouvements et interactions protéiniques essentiels à la compréhension des mécanismes moléculaires des fonctions protéiques. SPPICES ambitionne de pallier cette lacune en utilisant des informations évolutionnaires pour aider AlphaFold2 à prédire des conformations alternatives et optimiser son échantillonnage des interfaces protéine-protéine dynamiques le long du continuum ordre-désordre. L'hypothèse principale est que l'évolution modélise les conformations protéiniques biologiquement pertinentes, nous permettant d'extraire des signaux évolutionnaires pour perfectionner nos modèles prédictifs. En capitalisant sur les atouts d'AlphaFold2 et en intégrant les techniques les plus avancées d'apprentissage profond, notamment celles basées sur les graphes, trois ensembles de travaux interconnectés (WPs) seront mis en œuvre. D'abord, le WP1 s'attellera à prédire les conformations des protéines mono et multi-domaines avec AlphaFold2 en utilisant des structures connues et des modifications des alignements de séquences multiples. Parallèlement, le WP2 étudiera la prédiction des changements conformationnels liés aux transitions ordre-désordre et la sélection des conformations fonctionnelles parmi l'ensemble structurel des protéines intrinsèquement désordonnées en utilisant de nouvelles métriques évolutionnaires. Finalement, le WP3 se focalisera sur la modélisation et l'évaluation des interactions protéine-protéine, en intégrant les données des WPs précédents pour modéliser les interfaces dynamiques et floues. En combinant les méthodes d'apprentissage profond avec la biologie évolutive, SPPICES vise à affiner notre compréhension de la dynamique, des interactions et des fonctions protéiniques, au bénéfice de la communauté scientifique globale.

Ce projet vise la compréhension du contrôle moteur des corps biologiques déformables, tout particulièrement la larve de Drosophile. Il est motivé par l'importance des propriétés physiques du corps, des contraintes biologiques et des interactions avec l'environnement dans l'organisation du système nerveux et des traitements neuronaux. Les corps déformables tels que les larves d'insectes présentent un défi de part le grand nombre de dégrés de liberté du mouvement. Ces organismes se déplacent pourtant dans leur environment avec efficacité malgré des ressources cérébrales limitées. La larve de Drosophile est choisie ici en raison de la disponibilité de son connectome et la maîtrise de sa génétique, faisant d'elle un modèle idéal pour l'étude du contrôle moteur. Le principal objectif du projet porte sur le développement d'une plateforme de simulation 3D qui reproduirait avec précision la dynamique du contrôle moteur chez la larve, avec la prise en compte des déformations du corps ainsi que de l'activité des neurones. Le plan de recherche implique la création d'un modèle de simulation qui fera le lien entre les dynamiques neuronales et musculaires, avec en parallèle des expériences sur la larve pour mesurer l'activité neuromusculaire et préciser les valeurs de certains paramètres du modèle. Le simulateur permettra d'explorer les stratégies de contrôle moteur qui permettent de reproduire le comportement de la larve, et de dériver ainsi des contraintes sur l'activité neuronale. En résumé, ce projet se propose d'utiliser une approche dite de corps simulé pour étudier le contrôle moteur dans les corps déformables tels que la larve de Drosophile, en combinant simulations et données commportementales et neuronales, afin de mieux comprendre comment les propriétés physiques affectent le traitement neuronal dans le contexte de la locomotion.

La "peptidomique" fait référence à l'identification exploratoire, à grande échelle, du pool de peptides présents dans un fluide ou un tissu biologique. Ce domaine est en plein essor dans plusieurs secteurs des sciences du vivant, car les peptides endogènes se sont révélés des acteurs essentiels des processus cellulaires et des biomarqueurs potentiels d’un certain nombre de dysfonctionnements ou pathologies. Les peptides non endogènes, qui comprennent notamment les peptides produits par l'ingestion et la digestion de protéines alimentaires, suscitent également un intérêt croissant car ces peptides ont de multiples activités biologiques qui peuvent être bénéfiques pour la santé (ex. antihypertenseurs, antioxydants, anti-inflammatoires), ou au contraire indésirables (ex., allergènes). Les données massives générées en peptidomique sont, jusqu'à présent, traitées avec des logiciels conçus pour la protéomique. Or le peptidome a des spécificités qui le différencient des peptides en protéomique et l’approche comporte donc des risques importants d'erreurs. Notre objectif est de concevoir et de mettre en œuvre des nouvelles stratégies d’identification et de validation des résultats, adaptées aux spécificités de la peptidomique. Notre hypothèse est que la philosophie des approches Open Mass Search (OMS) est prometteuse, même si plusieurs défis restent à relever pour avoir un logiciel performant et fiable mettant en œuvre une stratégie OMS en peptidomique. Le projet propose des développements ambitieux et originaux en ce sens, portant à la fois sur les algorithmes et sur les stratégies de validation. Les avancées sur les deux axes seront appliquées à l’étude de l’allergie alimentaire au chanvre, pour identifier les peptides dérivés du chanvre présentant un risque allergique pour le consommateur. Compte-tenu de leur généricité, les développements ouvriront des perspectives larges dans de nombreux autres domaines de la biologie ayant recours aux approches de peptidomique.

L'adaptation des espèces cultivées au changement climatique et la transformation des systèmes agricoles figurent parmi les principaux défis du XXIe siècle. Cette évolution coïncide aujourd'hui avec une meilleure compréhension scientifique et modélisation des processus végétaux et de leur intégration à toutes les échelles. Ces progrès permettent désormais d'interfacer sciences du numérique et sciences de la vie pour exposer de nouveaux concepts pour l'adaptation des cultures. Afin d'étudier les questions expérimentalement insolubles concernant la sélection des cultures pour l'adaptation au environnements du futur, ce projet fera un bond en avant en créant un environnement numérique interactif coupelant un simulateur pour l'évolution du génome et un autre pour la plasticité des plantes. La preuve de concept sera faite en considérant la date de floraison du maïs, un trait adaptatif clé, chez une espèce modèle cultivée à la pointe des ressources biologiques, de notre compréhension et capacités de modélisation. Des expériences complémentaires dans une plateforme de phénotypage et un réseau d'essais multi-sites seront utilisées pour établir un nouveau formalisme écophysiologique pour la réponse du développement du maïs aux facteurs environnementaux, et pour sa paramétrisation en génétique évolutive. Le système de jumeaux numériques sera utilisé pour comprendre l'interaction entre le génotype et l'environnement, pour répondre à des questions ouvertes sur la nature de la variation phénotypique et pour tester de nouvelles stratégies d'amélioration des plantes. Exigeant une conceptualisation et des connaissances intégratives pour créer un système virtuel avec des processus dynamiques, le projet stimulera la recherche de convergence entre des communautés scientifiques distinctes et fera progresser le domaine en pleine expansion de la biologie numérique.

Le développement morphogénétique des organes végétaux est un processus complexe qui résulte de l’intégration combinatoire de processus cellulaires, mécaniques et de signalisation opérant à différentes échelles, des tissus jusqu’au niveau subcellulaire. Des études expérimentales ont mis en évidence l'importance des boucles de rétroaction entre des facteurs opérant à différentes échelles. Des modèles informatiques sont nécessaires pour déchiffrer la complexité systémique résultante. Un défi fondamental consiste aujourd’hui à développer des modèles multi-échelles qui peuvent rendre compte des boucles avant et des boucles de rétroaction, qui se prêtent à des implémentations optimisées en 3D, et qui sont congruents avec les images de microscopie pour permettre la validation du modèle et son initialisation à partir de données expérimentales. Le modèle Cellulaire de Potts, dont la popularité et l’efficacité dans la modélisation des tissus animaux sont désormais bien établies, répond à ces exigences. En comparaison, son potentiel pour les études sur les plantes reste pratiquement inexploré car sa formulation classique ne tient pas compte de la présence et des propriétés des parois semi-rigides entre les cellules végétales. Le projet PlantCPM s'attaquera à ce verrou en introduisant un nouveau formalisme dérivé du modèle Cellulaire de Potts et adapté à la modélisation de la morphogenèse des tissus végétaux. Le modèle sera validé en reproduisant des résultats obtenus avec les modèles morphogénétiques classiques des plantes. Nous utiliserons ensuite le modèle dans deux applications, d'une part pour caractériser systématiquement l'espace des formes qui peuvent être engendrées à partir de mécanismes de base définis et d’autre part pour déchiffrer les changements de forme observés au cours de l’embryogenèse précoce chez la plante modèle Arabidopsis thaliana.

L’imagerie ultrasonore 3D ultrarapide est actuellement en plein développement dans les laboratoires de recherche. Cependant, son application clinique est limitée par une qualité d'image insuffisante. Ce projet vise à s’affranchir de cette limitation en proposant diverses méthodes de traitement du signal et de l'image pour l'imagerie ultrasonore 3D fonctionnelle appliquée au muscle cardiaque. Pendant une ischémie, la structure tissulaire subit divers changements tels que l’œdème et la re-perfusion, et la prise en charge des patients est en pleine évolution. Ainsi, l’obtention d’un marqueur tissulaire local liée à l’orientation du tissu cardiaque est capital pour améliorer la prise en charge des patients et évaluer le succès préalable du traitement. Cependant, une imagerie 3D en temps réel de haute qualité est nécessaire pour permettre aux praticiens de visualiser le cœur et d’effectuer des mesures locales. Ainsi, grâce à l’utilisation d’algorithmes d’apprentissage profond, un volume 3D haute résolution sera généré à partir d’un nombre limité de volume basse résolution. Ce processus d’apprentissage sera réalisé à la fois sur des données synthétiques et expérimentales. Une fois localisé, l’anisotropie du tissu sera mesurée en utilisant la cohérence des signaux ultrasonores. Cette approche consiste à calculer la matrice de covariance spatiale 3D. L’estimation de cette matrice est réalisée avec un support temporel limités par rapport à sa dimension en nombre d’éléments de la sonde et nécessite des techniques de traitement du signal spécifique pour la calculer efficacement, la comprendre intelligemment et proposer un estimateur dédié à l’anisotropie locale. De plus, la structure de la matrice de cohérence, calculée à partir de la matrice de covariance spatiale, sera explorée. L'intégration de l'évaluation de cette matrice de cohérence en tant que paramètre d'une distribution de variable matricielle sera étudiée pour s'adapter aux signaux biologiques et garantir une estimation robuste de l'anisotropie. Le projet abordera aussi l’estimation hors-plan de l’anisotropie ainsi que l’extension du champ de vue, essentiels pour les futures applications cliniques. Actuellement, la mesure est limitée aux plans parallèles à la sonde ce qui limite son utilisation. En imagerie cardiaque, un champ de vue plus larges est nécessaire, et la validité de la mesure de l’anisotropie avec ce type d’acquisition doit être vérifiée. Enfin, ces méthodologies seront validées à l’aide de différents modèles in vitro et d’un modèle animal d’ischémie avant leur évaluation sur des sujets sains. L’imagerie proposée sera comparée à l’imagerie par résonnance magnétique de diffusion, technique de l’état de l’art pour estimer l’anisotropie du muscle cardiaque, mais inenvisageable dans une routine clinique. En conclusion, ce projet vise à valider l’ensemble de la chaîne d’acquisition et de post-traitement pour développer un nouveau marqueur de l’anisotropie du muscle cardiaque en imagerie ultrasonore. Ce marqueur sera comparé à des techniques d’imagerie de référence pour évaluer son potentiel pour de futures applications cliniques chez l’homme.

La Tomographie par Émission de Positons (TEP) est une modalité d'imagerie fonctionnelle. Un radiotraceur, injecté au patient, cible un processus biochimique et crée des paires de rayons gamma. Leur détection permet de reconstruire une image pour quantifier le processus fonctionnel en question. La qualité de la reconstruction dépend fortement des performances des détecteurs gamma. Le développement de détecteurs ultrarapides et de reconstructions dédiées est un défi majeur pour améliorer la détectabilité et réduire la dose de rayonnement. Le projet AAIMME proposera des outils d'Intelligence Artificielle (IA) fiables optimisant la chaîne de détection ultrarapide et la reconstruction d'images. Ces travaux amélioreront le diagnostic et le suivi thérapeutique des patients. Pour la chaîne de détection, des réseaux de neurones à densité fourniront une localisation spatio-temporelle précise de l'interaction gamma avec prédiction des incertitudes. Nous étudierons la robustesse des algorithmes et leur sensibilité aux changements de domaine. Pour l’imagerie, nous développerons des méthodes hybrides de reconstruction avec des outils d'optimisation avancés, la modélisation bayésienne et des réseaux neuronaux profonds. Ces approches s’accompagneront d’une exécution rapide sur des environnements informatiques modernes, de garanties de robustesse aux résultats éventuellement imparfaits de la détection basée sur l'IA et d'une évaluation quantitative de l'incertitude, pour une prise de décision médicale fiable. Nous simulerons un système TEP complet par Monte Carlo pour entraîner et valider nos approches IA. Nous testerons leurs performances sur des données acquises sur un banc expérimental représentatif des conditions TEP. Pour atteindre ces objectifs ambitieux, le consortium rassemble des partenaires experts dans tous les domaines concernés, travaillant en synergie : chercheurs en Machine Learning et algorithmique, physiciens en imagerie médicale et physiciens des détecteurs.

La réduction du bruit est actuellement un challenge pour le monde industriel, d’une part par les contraintes économiques que soulève la fabrication de nouveaux matériaux absorbants, que par l’efficacité même de ces matériaux en fonction de la température, l’humidité, ou la pollution de l'air ambiant.

L'avènement des grands modèles de langage suscite beaucoup d’intérêt en raison de leur potentiel avéré. Cependant, l’étude de leur impact dans le monde du calcul numérique reste limitée. Bien qu'il existe des projets et outils conçus pour détecter les anomalies numériques (ex : InterFLOP, CADNA, VERROU VERIFICARLO, PENE) ou pour garantir la précision et la robustesse (ex : FLDLib, Fluctuat), ces outils reposent encore largement sur le travail de l’expert. L'émergence de nouveaux formats flottants en très faible précision promet d’important gains en termes de FLOP par watt, mais les travaux de recherche relatifs à ces formats restent limitées, à l'exception de l'arrondi aléatoire ou de la précision mixte dans le cas les routines d'algèbre linéaire. Sachant que toutes modifications du format de représentation des nombres flottants peut avoir un impact sur les résultats calculés, nous proposons de tirer parti des IA génératives pour accompagner les développeurs HPC et les experts numériques dans la transformation des codes legacy en ciblant la réduction de la précision. L’objectif est de réduire les besoins en puissance de calcul tout en garantissant l'exactitude des résultats. En analysant les codes existants, nous doterons un modèle de langage étendu de la connaissance numérique nécessaire afin d'identifier les possibilités de réduction de la précision et suggérer des modifications de code. Nous proposons d'explorer comment l'apprentissage statistique pourrait accompagner la transition vers le calcul frugal et faire en sorte que les algorithmes relatifs à la précision mixte reste adaptés aux flottants à très faible précision, sans pour autant sacrifier l'intégrité des calculs et ce grâce à l'utilisation d'algorithmes certifiés lorsque nécessaire. Cette approche favorisera ainsi des solutions durables et économes en énergie sans pour autant compromettre les objectifs en termes de fiabilité des calculs.

Grâce à leurs remarquables propriétés de cohérence, les matériaux dopés aux ions de terres rares sont devenus des plateformes essentielles pour les technologies quantiques, en particulier dans le domaine des mémoires quantiques. Il est intéressant de noter par ailleurs que ces matériaux présentent naturellement un couplage de leurs transitions optiques avec la déformation de leur matrice hôte. La combinaison de ces deux propriétés leur confère une position exceptionnelle parmi les systèmes optomécaniques hybrides, et donne accès à une gamme de régimes paramétriques et de sensibilités qui sont actuellement hors de portée avec d'autres approches. Le projet CHORIZO vise à développer des plateformes optomécaniques à base de matériaux dopés terres rares, à la fois au niveau fondamental, par l'exploration de nouveaux régimes optomécaniques hybrides utilisant des structures microfabriquées, et au niveau technologique, en développant une nouvelle génération de capteurs accélérométriques à haute performance, inertiels et cryocompatibles.

Réaliser de fortes interactions lumière-matière à l’échelle du photon unique est une étape clé sur la feuille de route des technologies quantiques. Récemment, les communautés de l’optique quantique et de l’information quantique ont vu l’émergence de l’électrodynamique en guide d’ondes (waveguide QED), un domaine dans lequel l’interaction atome-photon est augmentée sans cavité en utilisant des guides d’ondes sub-longueur d’onde qui confinent le champ électromagnétique transversalement à des dimensions beaucoup plus petites que la longueur d’onde. Différentes plateformes de waveguide QED coexistent, chacune ayant ses propres avantages et inconvénients : des qubits supraconducteurs couplés à des lignes à transmission aux fréquences micro-ondes, des boîtes quantiques dans des structures nanophotoniques, et des atomes froids piégés le long d’une nanofibre. Cependant, à l’heure actuelle, aucun système ne permet d’avoir à la fois un grand nombre d’émetteurs et une grande force de couplage. Ce régime d’interaction est largement inexploré en waveguide QED et le rôle de la dispersion du guide d’ondes est encore inconnue. Le projet eQUANDIS a l’ambition de réaliser pour la première fois des expériences d’optique quantique non-linéaire dans ce régime et de découvrir quel est l’impact de la dispersion du guide. Nous visons la réalisation d’un switch optique fonctionnant avec un seul photon. Pour atteindre ces objectifs, nous utiliserons des atomes froids piégés le long d’un guide d’ondes peigne asymétrique dans lequel se propage un mode lent. La brisure de symétrie transverse de ce type de guides à cristaux photoniques permet de réaliser une ingénierie de la dispersion au-delà de la forme parabolique habituelle. Le projet eQUANDIS réunit 5 équipes avec des compétences complémentaires : nanophotonique théorique et numérique, design inverse à l’aide d’algorithmes d’optimisation avancés, nanofabrication, optique quantique théorique, expériences avec des ensembles d’atomes froids.

Les états à dénominateur pair de l'effet Hall quantique fractionnaire devraient héberger des excitations ayant des statistiques anyoniques non abéliennes, ce qui en fait des candidats prometteurs pour l'implémentation d'un ordinateur quantique topologique. Jusqu'à présent, la démonstration de statistique non abélienne en régime d'effet Hall quantique fractionnaire, n'a été obtenue que dans un seul état, dans des hétérostructures semi-conductrices à base de GaAs. Cette démonstration a été faite via des mesures de conductance thermique et de polarisation de spin. Dans ce projet, nous proposons de réaliser conjointement ces deux mesures dans le graphène bicouche avec empilement Bernal, dans lequel a récemment été observée une grande variété d'états de Hall quantiques fractionnaires à dénominateur pair, beaucoup plus robustes que dans le GaAs. Cela nous permettra de caractériser sans ambiguïté les statistiques anyoniques d'un large éventail de fractions, qui devraient être décrites par différents états fondamentaux (éventuellement non abéliens). Ce projet très ambitieux nécessite la combinaison réussie de techniques expérimentales de pointe très délicates : hétérostructures de van der Waals en graphène ultra-propres présentant les états de Hall quantique fractionnaires les plus délicats, mesures de la conductance thermique dans le régime de Hall quantique, et mesures de la polarisation spin/vallée dans le graphène via des forts champs magnétiques à orientation variable et de la résonance magnétique nucléaire. Notre consortium est composé de trois équipes (SPEC, LNCMI, C2N), chacune étant reconnue internationalement comme experte dans ces techniques, ce qui le rend particulièrement apte à relever ces défis.

Les problèmes inverses bilinéaires (BIPs) sont omniprésents dans l’ingénierie et les sciences appliquées, car ils sont naturellement adaptés pour modéliser des systèmes linéaires inconnus. Néanmoins, les BIPs présentent de nombreux défis statistiques et algorithmiques. Ils exigent des hypothèses structurelles strictes sur chaque variable pour être identifiable, telles que la parcimonie ou une structure de rang faible. Par ailleurs, ils ne sont résolubles qu’à une classe d’ambiguïté près. Les garanties théoriques pour les BIPs sont démontrées aujourd’hui au cas par cas, et les approches algorithmiques reposent sur la discrétisation des variables d’entrée, conduisant à des solutions sous-optimales et à la reconstruction d’artefacts parasites. De plus, la stabilité du bruit reste largement inexplorée. Comme les systèmes de mesures sont généralement supposés être invariants par translation, le problème de super-résolution aveugle présente un intérêt particulier en imagerie et télécommunication. Il s’agit d’un BIP continu dont l’une des entrées prend la forme d’une mesure creuse sur l’espace de Radon, et où la fonction bilinéaire à inverser est convolutive. Le projet aborde l’identifiabilité et la stabilité du problème de déconvolution aveugle selon différentes méthodes d’échantillonnage, telles que l’échantillonnage direct, l’échantillonnage dans le domaine de Fourier, ou encore dans le domaine temps-fréquence. Plus précisément, une théorie complète de la limite de Rayleigh sera étudiée sous ces hypothèses de bilinéarités. De plus, des algorithmes efficaces capables de résoudre les BIPs sans recourir à la discrétisation seront étudiés. Le projet BITS2 se concentre sur deux applications principales : 1) La réalisation de systèmes d’imagerie et de détection auto-étalonnés, permettant à un expérimentateur d’éviter la tâche fastidieuse de calibrer les dispositifs de mesure en exploitant la diversité des observations multi-canaux. 2) La conception de protocoles de sécurité couche physique basés sur les BIPs pour protéger à la fois les messages et les paramètres physiques d’un émetteur sur un canal de communication sans, tels que sa position physique. Enfin, les analyses mathématiques et les outils développés dans le projet BITS2 sont destinés à favoriser l’interaction entre un large éventail de domaines, notamment l’analyse harmonique, le traitement du signal et les télécommunications. Le projet inclut également l’organisation d’un séminaire thématique dans le domaine du “traitement des signaux structurés pour la sécurité des données”.

Le développement récent de nouveaux radio télescopes comme LOFAR ou SKA, composés de plusieurs milliers d'antennes élémentaires, conduit à considérer de nouvelles approches pour leur dimensionnement, en particulier concernant le placement de leurs antennes. Ces nouveaux instruments doivent notamment permettre de construire des images d’une précision jamais atteinte auparavant. Les objectifs de ce projet sont (i) d'établir des critères pertinents de performance des radio interféromètres en termes d'imagerie, et (ii) de concevoir des géométries de réseaux d'antennes originales pour ces instruments, basées sur les critères de performance proposés. Pour cela, nous nous baserons sur un modèle paramétrique des données obtenues par les radio-interféromètres, et chercherons à obtenir des bornes sur l'erreur (quadratique moyenne) de reconstruction des images. La borne de Cramér-Rao (CRB), pour le problème d’imagerie en radioastronomie, n’a été que très peu étudiée pour la conception des radio-interféromètres, alors qu'elle est habituellement utilisée comme critère de dimensionnement pour les systèmes multi-capteurs. Nous proposons de combler ce manque, et d’étendre la CRB pour ce problème à des versions prenant en compte le biais ou bayésienne. Par ailleurs, la CRB se révèle insuffisante pour décrire les performances d’estimation dans des conditions de faible rapport signal à bruit et/ou de faible nombre d’observations. Nous nous intéresserons donc à des bornes autres que la CRB, aux conditions de validité moins restreintes dans ces conditions difficiles et appropriées au contexte de la radioastronomie. Nous nous focalisons ensuite sur les méthodes de positionnement des antennes, comme celle basée sur la sélection de capteurs sur une grille par minimisation d'une fonctionnelle convexe. Enfin, nous comparerons ces méthodes à celles habituellement utilisées en radioastronomie, et les appliquerons à la planification d'observation en utilisant des données NenuFAR.

L’instrument COSIMA (Cometary Secondary Ion Mass Analyzer) qui était à bord de l’orbiteur de la mission Rosetta a d’ores et déjà permis d’obtenir de très nombreux et importants résultats sur la caractérisation physique et chimique des particules de poussières cométaires. Néanmoins, l’analyse et l’interprétation des observations réalisées par cet instrument sont loin d’être terminées. Nous souhaitons obtenir le financement d’un doctorat et d’un post-doctorat afin de poursuivre ce travail. L’étude des spectres d’ions positifs a permis la détermination de la composition élémentaire d’un très grand nombre de particules. Ce travail doit être poursuivi par l’étude des spectres d’ions négatifs afin de quantifier l’oxygène, le soufre, l’azote mais aussi le deutérium qui produisent très majoritairement des ions négatifs. La détermination de la composition élémentaire et l’étude de sa dispersion entre particules, permettent de contraindre la nature de la matière organique et des minéraux contenus dans les poussières cométaires. De plus, la prise en compte des ions organiques ayant des rapports m/z élevés, en particulier dans les spectres acquis après une étape préalable de pulvérisation de la surface, permettra de mieux contraindre la structure de la matière organique (taille des unités aromatiques, longueur des chaines aliphatiques, nature des fonctions oxygénées, …). De nombreux spectres de références réalisés sur des échantillons extraterrestres avec la réplique sol de COISMA sont disponibles. Ces données de calibration permettront de comparer la matière organique cométaire à celles contenues dans les chondrites primitives et les poussières interplanétaires (IDPs) afin de la replacer dans un contexte planétologique. Ces travaux permettront de mieux contraindre les apports de matières exogènes sur la Terre primitive, ainsi que la nature des processus physico-chimiques présents dans le disque protoplanétaire ayant conduit à la formation des planètes.

La production de carburants et de produits chimiques à haute valeur ajoutée à partir du dioxyde de carbone (CO2) grâce à l'électro- ou la photocatalyse représente une approche prometteuse pour l'exploitation à grande échelle d'énergies renouvelables intermittentes. Pour faciliter les transformations cinétiquement et thermodynamiquement défavorables du CO2, l'une des stratégies efficaces utilisées par les enzymes naturelles, telles que la Carbon Monoxide Dehydrogenase (CODH), réside dans l’utilisation de fragments d’acides aminés et de métaux abondants pour induire des effets multifonctionnels dans la seconde sphère de coordination (SSC) et créer un microenvironnement adéquat autour d'un site métallique actif principal. Ces effets de SSC, comprenant des relais de transfert de protons, des interactions électrostatiques et des liaisons hydrogène, jouent des rôles distincts à différentes étapes de l'activation et de la transformation du CO2. Cependant, les catalyseurs synthétiques traditionnels incorporent généralement un seul type de groupe de SSC à la fois. MultiSCOR vise à améliorer les performances catalytiques en combinant, pour la première fois, plusieurs effets SSC dans une poche distale artificielle de catalyseurs de type porphyrine de fer. La conception rationnelle de ces SSC multifonctionnels sera minutieusement guidée par l'évaluation des performances en électro- et photocatalyse vis-à-vis de la réduction du CO2, ainsi que par des études mécanistiques basées sur des investigations cinétiques, spectroscopiques et de DFT. En repoussant les limites de la recherche sur la catalyse bioinspirée pour la réduction du CO2, MultiSCOR contribuera à aller vers une exploitation plus efficace des énergies renouvelables.

Atteindre la faisabilité et la fiabilité de la densification des dispositifs électroniques nécessitent des solutions de design intelligentes et innovantes à l'échelle nanométrique. Dans ce projet, nous proposons d’exploiter de nouveaux phénomènes de transport de la chaleur, prédits numériquement et théoriquement et/ou démontrés partiellement expérimentalement à ces mêmes échelles, pour la gestion thermique des systèmes ultra-denses. Ces nouveaux phénomènes comprennent le transport balistique, la cohérence de phonons, la rectification thermique ou encore le transport thermo-hydrodynamique. Par ailleurs, nous focalisons nos recherches sur les matériaux bidimensionnels (2D) dont les propriétés physiques ne cessent de révolutionner la façon de concevoir de nouveaux appareils hautes performances, en particulier dans les domaines de la microélectronique, de la conversion et du stockage de l'énergie, de la dépollution, de la détection, entre autres. Ces matériaux sont très prometteurs pour la gestion thermique des systèmes aux nanoéchelles grâce à leur forte anisotropie thermique et un grand libre parcours moyen des phonons. Ils devraient permettre de résoudre les problèmes de forte dissipation thermique dans des dispositifs électroniques et optoélectroniques. Le projet BF2D est un projet fondamental, très ambitieux d’un point de vue scientifique et technique. Notre proposition vise à développer une gestion intelligente de l'énergie, basée sur des matériaux 2D nanoarchitecturés, afin de créer et d’ajuster des propriétés de transport thermique anisotropes à température ambiante. Son originalité est d'étudier l’impact sur ces propriétés de l'organisation spatiale et de la distribution de la densité des centres de diffusion des phonons à la même échelle que les longueurs d'onde des phonons (quelques nm à 300 K). Les stratégies de fonctionnalisation des matériaux 2D visées comprennent : la perforation nanométrique contrôlée et l’amorphisation partielle des matériaux, la découpe de membranes en formes asymétriques (trapézoïdes) et les hétérostructures latérales (graphene/h-BN, encapsulation partielle, suspension partielle, ou mêmes membranes déposées sur un bi-substrat). Ces stratégies, combinant des approches originales d'élaboration et de fonctionnalisation intelligente, seront précisées, mises au point et optimisées sur la base de lois de designs issues de modélisations atomistiques et mésoscopiques, et de mesures innovantes de double plateforme. Pour atteindre ses objectifs, le consortium du projet est constitué par cinq laboratoires académiques (CETHIL, Inst. Néel, LOMA, IMPMC et DPHY/CMT-ONERA) d’expertises reconnues internationalement et complémentaires dans les domaines de la modélisation multiéchelle (ab-initio et dynamique moléculaire, et de l’échelle atomique à l’échelle mésoscopique) et de la mesure des propriétés du transport et de la cartographie thermique, de la synthèse de nanomatériaux et systèmes, et de la fonctionnalisation des matériaux. Les principaux résultats attendus du projet intègrent de nouveaux protocoles de conception et d’élaboration de matériaux nanoarchitecturés innovants pour dissiper la chaleur dans des directions préférentielles (rectification thermique) avec pour objectif final la création de blocs de construction pour la gestion thermique tels que des guides, des lentilles, des diffuseurs ou des redresseurs thermiques (thermotronics).

L'objectif principal du projet est d'explorer la synthèse de couches minces de pérovskites halogénées (HPs) inorganiques monocristallines de phase pure CsMX3 avec M = (Pb, Sn) et X = (I, Br) pour des applications photovoltaïques et optoélectroniques. L'idée sous-jacente est de développer pour la première fois des films minces monocristallins et ainsi d'améliorer la stabilité de pérovskites, autrement instables. Dans le but d'analyser l'impact de la cristallinité sur les propriétés optoélectroniques, SPOIR comparera les performances de matériaux massifs et de couches minces polycristallines synthétisés chimiquement avec celles de couches minces obtenues par épitaxie par jets moléculaires (MBE). Cette dernière méthode de fabrication n’a pas encore été utilisée pour obtenir des HPs, même si elle promet l’accès à des matériaux de haute qualité cristalline, disponibles jusqu’à présent uniquement sous forme de cristaux massifs, mais pas sous forme de films minces. Le deuxième objectif du projet, en ligne avec le développement d’une technologie solaire stable et durable basée sur les pérovskites, est de synthétiser des HP inorganiques sans Pb. Compte tenu de l’ambition du projet, nous procéderons progressivement. Une fois que les couches minces monocristallines de CsPb(Br,I)3 auront été obtenues, nous aborderons la croissance d'alliages de pérovskites contenant du Pb et du Sn et, enfin, nous réaliserons la croissance de couches minces de CsSn(Br,I)3 monocristallines sans Pb. Le développement de pérovskites à base de Sn devrait jouer un rôle important dans le futur proche des cellules solaires durables et des dispositifs optoélectroniques à base de HP.

Le projet DragHunt vise à ouvrir de nouvelles voies pour améliorer l'efficacité thermoélectrique des matériaux, en explorant, à la fois théoriquement et expérimentalement, l'effet de « Phonon Drag », lequel résulte du transfert du moment entre les populations de phonons et des électrons hors équilibre, ce qui provoque une forte augmentation des coefficients Seebeck et Peltier dans certains matériaux thermoélectriques à basse température. Le concept que nous souhaitons explorer est l'utilisation d'un substrat comme bain de phonons externe pour fournir des phonons supplémentaires hors équilibre, afin d'intensifier l'effet de Phonon Drag et de le déplacer vers des températures plus élevées. Pour cela, nous visons à développer une approche numérique qui permettrait de décrire le transport couplé des électrons et des phonons à l'interface entre un système conducteur et un bain de phonons externe, avec une attention particulière portée à l'effet de Phonon Drag. En parallèle, l'effet de Phonon Drag sera étudié expérimentalement, sur un système modèle constitué de canaux de conduction graphitiques enfouis dans une matrice de diamant. Le but de ce projet est donc, en combinant simulations numériques et études expérimentales approfondies d'un système choisi, d'identifier les principaux facteurs (tels que la structure de bande électronique, les spectres de phonons dans les deux sous-systèmes, la transmission des phonons à l'interface) permettant d’exacerber l’effet de Phonon Drag et de le déplacer vers des températures plus élevées. Pour atteindre cet objectif, nous proposons d'unir nos expertises en mesures spectroscopiques et thermoélectriques (ILM), en description ab initio de l'effet de Phonon Drag (LSI) et en description du transport de charge (C2N) et de la chaleur incluant les interfaces (SATIE) afin d’explorer, la possibilité de manipuler l’effet de Phonon Drag par le choix d'un bon couple de matériaux pour réaliser l’ensemble conducteur et bain de phonons externe.

La synthèse de nanoparticules (NP) constitue une voie viable pour poursuivre la production de matériaux de nouvelle génération. Pour permettre leur utilisation industrielle, des technologies permettant une production à grande échelle et peu coûteuse de NP avec des caractéristiques optimisées sont obligatoires. Pour cela, les systèmes de pyrolyse de flamme de spray (FSP-flame spray pyrolysis) constituent une option prometteuse, mais un contrôle précis de la combustion turbulente est nécessaire car elle régit les caractéristiques des particules telles que la taille et la morphologie. Ce sont ces caracteristiques qui déterminent grandement les performances du matériau final. Pour cela, la simulation numérique CFD (Computational fluid dynamics), fournissant des informations complémentaires et uniques aux expériences, est un outil essentiel pour la conception rationnelle des nanoparticules, dont la fabrication est généralement basée sur des méthodes « trial & error». Ainsi, l'objectif du projet TOSCaNA est de développer un approche expérimentale et un formalisme CFD pour la prédiction de la taille et de la morphologie des oxydes métalliques synthétisés via une flamme, grâce: 1) au development de diagnostics optiques in situ et de modèles CFD pour la caractérisation au niveau du continuum d'une population de nanoparticules. Cela sera possible en les couplant à des mesures et des simulations à l’échelle nanométrique. 2) à l'etude de l'effet des conditions opératoires sur le processus de formation de particules en déterminant l'évolution temporelle et spatiale des caractéristiques des nanoparticules dans les flammes laminaires et turbulentes. Ce projet fournira les bases pour l'optimisation rigoureuse de la technologie FSP à base d’hydrogène pour la production « verte » de nanoparticules à l’échelle industrielle.

La transition rapide vers une économie neutre en carbone nécessite d'utiliser tous les leviers disponibles pour réduire nos émissions de gaz à effet de serre, y compris l'utilisation de combustibles durables pour les installations de grande puissance. Parmi les molécules envisagées, l'ammoniac (NH3) offre la densité énergétique la plus élevée, peut être facilement transporté et sa combustion idéale ne libère pas de molécules carbonées. Cependant, sa faible inflammabilité et la formation potentielle de polluants rendent son application difficile. Dans ce projet, des décharges nanosecondes répétitives pulsées (NRP) seront employées pour déclencher de nouvelles voies cinétiques qui améliorent la stabilisation de la flamme et la réduction des polluants. Deux types de plasma peuvent être générés. Dans le premier cas, les décharges NRP sont des plasmas hors équilibre, où les états électroniquement excités de N2 induisent chauffage rapide et dissociation moléculaire. Un second régime, où le plasma est à l'équilibre thermique à 30 000 K, provoque des effets hydrodynamiques intenses et une dissociation complète, bénéfiques pour la cinétique de combustion. Ainsi, les principaux objectifs de ce projet sont d'appliquer ces décharges NRP thermiques et non thermiques dans un brûleur NH3 et d'obtenir une compréhension détaillée de leur impact sur la formation de polluants et la stabilisation des flammes. La cible principale sera de sélectionner les conditions de base dans un nouveau brûleur à NH3 spécifiquement conçu pour le projet ThermOnia. Ensuite, des diagnostics avancés, notamment la spectroscopie d'absorption laser à diode accordable (TDLAS ou LAS) et la spectroscopie d'émission calibrée (OES), seront appliquées. L'OES sera utilisée dans le voisinage du plasma pour évaluer attentivement la répartition énergétique dans les sparks hors-équilibre (chauffage, formation d'espèces atomiques, …). Dans les thermal sparks, l'OES fournira également le degré d'ionisation et le chauffage associé. Le LAS sera utilisé pour sonder le plasma environnant et le corps de la flamme afin de reconstruire la distribution 3D des espèces et de la température. Ces données LAS et OES fourniront un aperçu crucial de l'interaction du plasma et de la flamme. La comparaison des effets des décharges thermiques et non-équilibres sur le dégagement de chaleur de la flamme et la formation de polluants sera cruciale dans ce projet. Enfin, ces données seront également utilisées pour valider et affiner au laboratoire EM2C le modèle phénoménologique de combustion assistée par plasma dans les décharges non-équilibre, tout en l'étendant aux décharges thermiques.

Avec l'augmentation continue de la demande en énergie et les problèmes environnementaux liés à l'utilisation des énergies fossiles, il est très important d’utiliser des sources d'énergie alternatives. L’énergie solaire, abondante et propre, apparaît donc comme une solution attrayante pour remplacer les combustibles fossiles. Lors de la photosynthèse, l'énergie solaire alimente une chaine catalytique multi-électronique comprenant d’une part, l’oxydation de l'eau à 4 électrons (et 4 protons), et d’autre part, la réduction du CO2 en sucres. Avec la photosynthèse comme source d’inspiration, les chercheurs développent des systèmes artificiels dans le but ultime de stocker l'énergie solaire en carburants ou de la convertir en synthons chimiques pour nos sociétés modernes. Dans ces circonstances, l'utilisation de l'énergie solaire, pour promouvoir des réactions d'oxydation a attire´ beaucoup d'attention. Cependant, réaliser des transformations photo-catalytiques multi-e´lectroniques repre´sente toujours un grand de´fi pour les chimistes. Quelques exemples re´cents d’oxydations catalyse´es par des catalyseurs métalliques photo-activés ont e´te´ de´crits ; cependant, ces syste`mes sont souvent intrinse`quement limite´s par la ne´cessite´ de concentrations e´leve´es en accepteurs sacrificiels d'e´lectrons. Dans ce projet, nous visons a` coupler l'oxydation a` 2 e´lectrons d'un substrat, de´clenche´e par la lumie`re ,a` la re´duction du dioxyge`ne (accepteur d'e´lectrons renouvelable) au travers d’une me´talloenzyme robuste : une laccase fongique. Notre projet combinera des approches incluant : (i) l'inge´nierie des prote´ines (ii) la conception d'assemblages mole´culaires photocatalytiques (iii) la ge´ne´ration d'architectures hybrides avec une orientation se´lective des diffe´rents partenaires a` la surface de l’enzyme (iv) des e´tudes spectroscopiques et photophysiques et (v) des tests de photocatalyse.