Projets

La sécrétion biliaire facilite la digestion des graisses alimentaires et l’élimination des substances toxiques endogènes et exogènes. Cette fonction essentielle est assurée par le foie et est initiée au niveau de la membrane canaliculaire des hépatocytes, impliquant des protéines transmembranaires comme le transporteur ABCB4 qui permet la sécrétion de phospholipides dans la bile. Des variations génétiques de ce transporteur sont associées à plusieurs maladies cholestatiques rares dont la plus sévère est la cholestase intrahépatique familiale progressive de type 3 (PFIC3). En absence de traitement efficace pour les formes graves de ces maladies, la seule option pour les patients reste le plus souvent la transplantation hépatique. Face à ce besoin médical non satisfait, nous avons déjà identifié plusieurs familles de molécules capables de restaurer le trafic intracellulaire de variants d’ABCB4 anormalement retenus dans le cytoplasme des hépatocytes. Malgré l’efficacité importante de ces molécules à restaurer le trafic intracellulaire des variants déficients, ces molécules présentaient également un fort caractère inhibiteur de l’activité de sécrétion de phospholipides du transporteur, constituant alors un obstacle à leur utilisation en clinique. Sur la base de ces travaux, nous désirons optimiser chimiquement les molécules identifiés précédemment pour accroitre leur ratio correction/inhibition et en faire de meilleurs candidats médicaments. De nouvelles molécules appartenant à différentes familles chimiques seront tout d’abord synthétisées. Puis leur efficacité à restaurer le ciblage canaliculaire de variants déficients d’ABCB4 sera évaluée in vitro, en utilisant des modèles cellulaires exprimant ces variants, reproduisant ainsi la situation pathologique. En parallèle, des analyses structurales de dynamique moléculaire et de docking in silico permettront de comprendre l’interaction potentielle de ces petites molécules avec ABCB4 et ainsi de caractériser leurs relations structure-activité (SAR en anglais, pour Structure-Activity Relationships). Ces approches de synthèse chimique, chimie computationnelle et analyses in vitro se feront de manière itérative dans le but d’identifier les molécules présentant les meilleures caractéristiques, et ainsi de potentiels candidats médicaments. Enfin, la (ou les) meilleure(s) molécule(s) sera/seront testée(s) dans un modèle animal (souris) qui mime la situation pathologique, modèle en cours de développement au sein de nos laboratoires. Nos résultats seront ensuite valorisés par le biais de publications scientifiques, de présentations lors de conférences et auprès du grand public et, le cas échéant, par le dépôt d’un brevet (en amont de toute divulgation extérieure). Ce projet de recherche s’inscrit dans une stratégie translationnelle dite de « bedside-to-bench-to-bedside » visant à identifier des petites molécules d’intérêt thérapeutique en tant qu’alternative à la transplantation hépatique pour les patients atteints de maladies cholestatiques rares et sévères liées à des déficits du transporteur ABCB4. La réussite de ce projet collaboratif et itératif sera renforcée par l’expertise croisée des partenaires impliqués en approches in vitro et in vivo, synthèse chimique et chimie computationnelle. L'impact de cette recherche devrait être multiple, faisant progresser les connaissances scientifiques et technologiques grâce à de nouveaux outils expérimentaux et à de nouvelles molécules, tout en favorisant le développement de pharmacothérapies moins coûteuses que la transplantation hépatique. Ces développements devraient générer des avantages économiques et sociétaux significatifs, notamment en améliorant la qualité de vie des patients.

Les patients souffrant de troubles hémorragiques modérés ou mineurs sont rarement éligibles à un traitement prophylactique, malgré l'idée que des saignements mineurs fréquents ont un impact majeur sur leur qualité de vie, tant sur le plan mental que physique. C'est particulièrement vrai pour les femmes et les jeunes filles, qui peuvent avoir des saignements menstruels excessifs. Nous avons développé une plateforme thérapeutique innovante à base de nanobodies qui utilise la capacité de l'albumine à rester dans la circulation via la voie de recyclage FcRn. En utilisant des nanobodies bispécifiques, nous pouvons construire un pont moléculaire entre la protéine cible et l'albumine, ce qui permet à cette protéine cible d'entrer dans la voie de recyclage du FcRn. Par conséquent, sa demi-vie sera prolongée et les niveaux plasmatiques seront augmentés. Cette stratégie est particulièrement utile pour les patients présentant un déficit faible/modéré en protéines plasmatiques, car une injection sous-cutanée unique/deux fois par mois du nanobody bispécifique permettra une augmentation marquée et durable des concentrations plasmatiques de la protéine déficiente Une étude de preuve de concept a déjà été réalisée, démontrant que l'augmentation des niveaux de facteur von Willebrand par cette approche dans un modèle de souris pour la maladie de von Willebrand de type 1 corrige la tendance hémorragique chez ces souris. Dans cette étude, nous nous concentrerons sur d'autres troubles de la coagulation, notamment l'hémophilie A, l'hémophilie B et la maladie de Stuart/le déficit en facteur X.

La cardiopathie ischémique est l'une des principales causes de décès dans le monde. Elle se manifeste cliniquement par un infarctus du myocarde et une cardiomyopathie ischémique. Une reperfusion cardiaque rapide est essentielle pour minimiser les lésions au cœur. Cependant, cette dernière entraîne également l'apparition de lésions responsables de la progression de l'infarctus (jusqu'à 50 % de sa taille finale). La taille de l'infarctus est directement corrélée à la mortalité des patients. Limiter sa progression améliore la survie et le bien-être des patients. Il n'existe toujours pas de thérapie efficace pour prévenir la progression de l'infarctus lors de la reperfusion. La connexine-43 (Cx43) est la protéine responsable de la propagation des signaux de mort cellulaire pendant la reperfusion. La Cx43 joue un rôle direct dans la détermination de la taille finale de l'infarctus. Ainsi, la Cx43 est une cible thérapeutique de choix pour réduire la taille de l'infarctus. Nous avons développé et caractérisé un nouveau peptide mimétique de la Cx43 (Cx43MP) qui ralentit la communication intercellulaire sans altérer la propagation du potentiel d'action. Pour minimiser les effets toxiques et maximiser l'index thérapeutique de notre Cx43MP, il est essentiel de l'associer à un système de délivrance capable de cibler spécifiquement les cardiomyocytes. À cette fin, nous proposons de l'associer à un peptide d’adressage cardiaque (SCHoP1) que nous avons précédemment conçu. Nous avons démontré que SCHoP1 a une capacité à transduire et à délivrer des molécules thérapeutiques spécifiquement aux cardiomyocytes. Nous supposons que la combinaison de ces deux peptides permettra de créer une nouvelle molécule thérapeutique ciblant spécifiquement la Cx43 des cardiomyocytes. Cette molécule limitera la progression de la taille de l'infarctus lorsqu'elle sera administrée au début de la reperfusion après une ischémie cardiaque. Le projet combine des outils spécifiques et complémentaires pour : 1. Évaluer la capacité in vitro de SChoP1-Cx43MP à transduire les cardiomyocytes, à réduire la communication intercellulaire et à entraver la propagation de l'apoptose/nécrose sans provoquer d'arythmies, tout en déchiffrant les mécanismes moléculaires sous-jacents ; 2. Évaluer l'efficacité de SChoP1-Cx43MP dans un modèle ex vivo d'ischémie/reperfusion cardiaque (I/R), en particulier pour cibler les cardiomyocytes ventriculaires, à réduire la taille de la zone infarcie et à prévenir des épisodes d'arythmie ; 3. Examiner la pharmacocinétique et la biodistribution de SChoP1-Cx43MP in vivo dans un modèle I/R, en mettant l'accent sur l’étude de la fonction cardiaque et la réduction de la taille de l'infarctus. Ce projet permettra de mieux comprendre la régulation fonctionnelle de la communication intercellulaire médiée par la Cx43 au cours de l'état physiopathologique de l'I/R. Il améliorera notre compréhension des mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de la taille de l'infarctus et permettra le développement de nouvelles thérapies cardioprotectrices pour limiter la taille de l'infarctus au moment de la reperfusion cardiaque.

La voie d'administration intranasale (IN) offre un grand potentiel pour permettre à une substance active (SA) d’accéder directement, spécifiquement et à dose thérapeutique efficace au système nerveux central (SNC) à condition que sa formulation et le dispositif d’administration le permettent. Le groupe Formulation du CERMN a développé une expertise scientifique dans la conception de formulations nanocomposites destinées à la voie IN pour le traitement de la maladie d’Alzheimer (MA). Celles-ci sont composées d’un gel thermosensible mucoadhésif et ont été développées pour permettre la libération prolongée de SA via des liposomes. Ce savoir-faire a été appliqué avec succès à plusieurs SA innovantes ou repositionnées et l’intérêt de ces formulations a déjà été objectivé sur modèle murin. Or, l'anatomie humaine du labyrinthe nasal est complexe et très différente du modèle rongeur. Afin de transposer cette expertise au plus près d’une utilisation chez l’Homme et d’anticiper de futures études cliniques, un consortium impliquant des compétences complémentaires et reconnues en France et en Europe propose le projet FormiNose. L’objectif de ce projet est non seulement de développer une formulation nanocomposite destinée à la voie IN pour une SA repositionnée pour le traitement de la maladie d’Alzheimer et de le faire en y intégrant une démarche qualité par la conception (QbD). En définissant l’espace de conception de formulation, ce consortium souhaite anticiper l’adéquation de la formulation avec la faisabilité de son administration IN chez l’Homme par un dispositif de pulvérisation permettant un dépôt et une rémanence de la formulation dans la zone d’intérêt. La preuve de concept sera obtenue in vitro sur un dispositif (cast) reproduisant la cavité intranasale humaine et par une détermination de la capacité de la SA pléïotrope formulée à franchir l'épithélium olfactif.

Depuis plus de 70 ans, les sels de Lithium sont le traitement de référence du trouble bipolaire. Pour autant, les mécanismes d’action du lithium restent inexpliqués à ce jour. L’imagerie RMN (IRM) du Lithium-7 (7Li) est la seule méthode non-invasive d’imagerie du lithium que ce soit chez le patient bipolaire ou le modèle animal. C’est pourquoi nous avons pour objectif de développer l’IRM du 7Li sur le nouvel imageur clinique à 11,7T de NeuroSpin (CEA, Université Paris-Saclay) et d’exploiter cette opportunité unique au Monde pour étudier chez le macaque la pharmacocinétique cérébrale du lithium et ses propriétés biophysiques. Nous nous intéresserons en particulier aux cinétiques de transport du Lithium à travers la barrière hémato-encéphalique, à la stabilité/reproductibilité de sa biodistribution cérébrale et à ces propriétés neuroprotectrices évaluées à travers une étude multimodale en IRM.

L’imagerie de la rétine au niveau cellulaire est cruciale au diagnostic précoce des maladies rétiniennes et neurovasculaires. Cependant, les systèmes d'optique adaptative (OA) actuels, qui corrigent les aberrations oculaires, sont rarement utilisés en clinique, en raison de leur manque de robustesse, leur encombrement et de leurs coûts élevés. Le projet GOHRRIA vise à surmonter ces limites en développant un nouvel imageur haute résolution basé sur une OA par ondes guidées (GWAO) pour s'affranchir des composants optiques encombrants et mobiles. Il exploite les composants à fibre optique, déjà utilisés dans les modules d’imagerie des systèmes de pointe comme l'AO-OCT (tomographie par cohérence optique), pour développer une OA fibrée. Son design compact, compatible à une miniaturisation sur circuits photoniques intégrés (PICs), rapproche l’imagerie rétinienne haute résolution du milieu clinique. GOHRRIA introduit une technique interférométrique multiplexée basée sur des fibres optiques —appelée recombinaison cohérente— pour corriger les aberrations oculaires. En utilisant des modulateurs électro-optiques à haute cadence (GHz), cette approche permet aussi de corriger les aberrations de champ dues à la courbure de l’œil. Contrairement aux OA classiques, pour lesquels la région corrigée est limitée au patch isoplanétique, le design novateur de GOHRRIA offre une imagerie à haute résolution (échelle cellulaire) sur l’ensemble du champ rétinien, quelle que soit l’excentricité. Le projet GOHRRIA couvrira la conception de l'imageur rétinien assisté par GWAO et validera sa preuve de concept sur un panel de 10 à 20 sujets. En appliquant cette méthode pour la première fois à l’imagerie rétinienne, GOHRRIA pourrait apporter des perspectives inédites sur la correction des aberrations oculaires et ouvrir la voie à la miniaturisation des systèmes d'imagerie sur PIC.

Les implants sont largement utilisés en chirurgie orthopédique et dentaire. Malgré une utilisation en routine clinique, les échecs implantaires, qui peuvent avoir des conséquences dramatiques, restent difficiles à anticiper. Le succès chirurgical dépend de l'évolution de la stabilité de l'implant, qui est déterminée par les propriétés biomécaniques de l'interface os-implant, un paramètre difficilement mesurable en clinique. L'échographie quantitative (QUS) s'est récemment avérée représenter une modalité intéressante, qui a déjà été validée in vivo. Cependant, la technique reste immature. Les principaux verrous qu'UltraImplant se propose de lever sont les suivants : i) la conception de transducteurs multiéléments adaptés à la configuration, ii) le couplage de différents montages expérimentaux pour extraire des informations complémentaires sur l’interface os-implant (BII), iii) la gestion du modèle direct pour la géométrie complexe de la BII, iv) la minimisation du coût du calcul direct et v) l’implémentation d’une stratégie d'inversion appropriée en vue de développer un système d'aide à la décision en temps réel pour les futures applications cliniques. L'objectif d'UltraImplant est de comprendre la dépendance des propriétés biomécaniques du BII en fonction de l'environnement de l'implant en couplant expérimentations et modélisation dans le cadre d’une approche multi-physique. UltraImplant se concentrera en particulier sur la caractérisation ultrasonore de l'évolution des propriétés du tissu osseux autour de l'implant au cours du processus de remodelage à l'aide de transducteurs multiéléments de pointe. Notre approche consiste à coupler des expériences multimodales avec de la simulation numérique afin de comprendre les paramètres déterminants des phénomènes d'ostéointégration. Ces développements permettront de concevoir des transducteurs multiéléments pouvant être utilisés pour de applications cliniques telles que les chirurgies implantaires orale et orthopédique.

Les tomates comptent parmi les cultures légumières les plus importantes pour la production et le commerce mondiaux. Avec une demande qui devrait augmenter de 60 % d'ici à 2050, le changement climatique constitue un défi majeur pour l'augmentation des rendements. Pour y faire face, les scientifiques et les sélectionneurs de plantes doivent se préparer en identifiant les facteurs génomiques qui contribuent à la tolérance au stress et en comprenant les mécanismes qui aident les plantes à prospérer dans des conditions défavorables. À cet égard, le projet P-Heat vise à élucider le mode d'action moléculaire des facteurs de choc thermique (HSF), qui jouent un rôle dans les réponses au stress à court et à long terme. Ce projet de pointe combinera la biochimie, la transcriptomique, l'épigénomique et la génétique pour explorer comment la régulation basée sur la chromatine dirigée par les facteurs HSF influence la réponse au stress thermique et la thermomémoire.

La recombinaison méiotique est centrale à l’hérédité, l’évolution et l’amélioration génétique des espèces. Elle est utilisée par les sélectionneurs pour créer de nouvelles variétés élites performantes, à faible impact environnemental et adaptées à des environnements changeants. Cependant, cette amélioration est contrainte par le faible nombre et la répartition distale des crossovers (CO : échanges réciproques d’ADN entre chromosomes). Un obstacle important à surmonter correspond à la capacité de réaliser des COs dans des régions où ceux-ci ne se forment pas naturellement ou rarement (par exemple, régions péricentromériques, introgressions interspécifiques). Chez de nombreuses espèces végétales et animales, il a été observé que la présence de chromosomes accessoires et/ou surnuméraires entraînait une augmentation des CO, y compris au niveau des péricentromères. Ces différentes études suggèrent collectivement l'existence d'un mécanisme commun et fundamental qu’il reste à élucider. Les connaissances les plus approfondies sur ce phénomène (dénommé ici comme ‘3xRec’) sont issues des travaux de l’investigateur principal de ce projet, qui a utilisé des allotriploïdes de B. napus (colza) comme modèle. Au vu des connaissances actuelles sur ce phénomène (notamment issues de précédents projets ANRs: ‘CROC’ et ‘Stirrer’), nous proposons (i) d'investiguer plus finement les mécanismes sous-jacents à ‘3xRec’; (ii) de determiner si il est possible d'augmenter encore plus ses effets; (iii) ou encore d’identifier de potentiels autres avantages liés à ce phénomène. Plus précisément, nous déterminerons si les mêmes effets que ceux observés chez des allotriploïdes de Brassica existent chez les lignées trisomiques d'Arabidopsis thaliana, qui portent trois copies d'un chromosome donné au lieu des deux habituelles, indiquant l’existence d’un mécanisme commun et partagé entre espèces végétales. Nous analyserons ensuite la dynamique de progression de la recombinaison à travers les différentes phases de la méiose mâle afin de tester l'hypothèse selon laquelle des chromosomes supplémentaires induisent des modifications de la dynamique de formation des précurseurs de recombinaison et des COs chez ces deux espèces. Nous établirons également la contribution des différentes classes de CO (I ou II) à ‘3xRec’. Deuxièmement, nous explorerons la possibilité d'améliorer les bénéfices apportées par ce phénomène en inactivant respectivement des gènes méiotiques ou épigénétiques impliqués dans la répression des CO ou modifiant leur distribution. Troisièmement, nous étudierons le potentiel de ‘3xRec’ pour réduire la taille d'une grande introgression et provenant d’une espèce distante chez le colza. Cette introgression porte un gène de resistance à un maladie importante du colza mais aussi d’autres allèles défavoraborables, empêchant son utilisation en selection. Au final, ce projet constituera une véritable avancée dans l’identification, chez des espèces végétales diploïdes et polyploïdes, de nouvelles méthodes innovantes permettant de relocaliser ou d'augmenter la formation de CO dans des régions qui n’en présentent normallement pas, telles que dans les régions péricentromériques ou dans les introgressions provenant d’espèces distantes.

Les insectes utilisent des composés spécifiques pour communiquer leur statut reproductif et attirer le sexe opposé pour l'accouplement. Cependant, à l'exception de quelques taxons (diptères et lépidoptères), la communication sexuelle des insectes reste mal connue. Le bourdon terrestre (Bombus terrestris) est un pollinisateur clé des climats tempérés. Les mâles produisent une phéromone pour marquer les objets de leurs itinéraires de vol, ce qui attire à la fois les mâles et les reines vierges. Si de nombreux composés provenant de la glande labiale du mâle ont été identifiés, d'autres restent encore inconnus. Les reines vierges produisent une phéromone sexuelle qu’elles distribuent activement sur leur cuticule. Certaines glandes épidermiques contribuent à cette phéromone, mais les composés sont encore inconnus. Ainsi, seule une partie des composés pertinents est connue et nous ne savons pas lesquels sont responsables de l'attraction sexuelle, comment ils sont détectés par les mâles et les reines vierges, ni comment le traitement neuronal dans le cerveau des bourdons donne lieu au comportement sexuel. Le projet Bumble-Date vise à élucider la manière dont les bourdons utilisent les phéromones sexuelles pour se reproduire. Tout d'abord, nous effectuerons une analyse chimique complète des phéromones de mâles et de reines vierges (WP1). Ensuite, en couplant séparation chimique et enregistrements électrophysiologiques des antennes de ces insectes (GC-EAD), nous identifierons les composés les plus fortement détectés par les sexués par rapport aux ouvrières (WP2). Ensuite, en utilisant nos connaissances sur la neuroanatomie du cerveau des bourdons, acquises grâce à des marquages immunohistochimiques, de l’imagerie confocale et des reconstructions 3D (WP3), nous réaliserons des enregistrements en imagerie calcique in vivo chez les mâles, les reines mais aussi les ouvrières comme référence. Nous étudierons ainsi l’activité neurale induite par les phéromones putatives de mâles et de reines dans le lobe antennaire – le principal centre olfactif du cerveau de l'insecte (WP4). Parallèlement, nous réaliserons des expériences comportementales (notamment des expériences d'attraction et de copulation) afin de démontrer le rôle des extraits, ainsi que de leurs composants clés, sur le comportement sexuel des bourdons (WP5). Ce projet permettra une compréhension approfondie de la communication par phéromones sexuelles chez une espèce pollinisatrice clé.

Les légumineuses interagissent avec les bactéries rhizobia pour former des organes racinaires symbiotiques, les nodules, où le N2 atmosphérique est fixé au profit des plantes. Les légumineuses sont donc importantes pour les pratiques agroécologiques et pour réduire l’utilisation d’engrais chimiques et les pollutions associées. D’énormes progrès ont été réalisés dans la compréhension du développement des nodules, mettant en évidence le rôle clé des hormones cytokinines via les facteurs de transcription RRB3 et NIN. Récemment, un allèle nin mutant spécifique a permis de définir une région « enhancer » distante essentielle à l'organogenèse des nodules. Cela implique que cet enhancer est recruté via une boucle de chromatine essentielle à la régulation de l’expression de NIN. L’étude de la dynamique de ces régions de contact enhancer-promoteur à l'échelle du génome a été largement négligée, bien que des études évolutives ait montré que l'émergence de la capacité de nodulation symbiotique chez un ancêtre commun à toutes les plantes fixatrices d'azote était liée à la réorganisation de réseaux de régulation déjà existants. Dans ce contexte, le projet EnhanceNod vise de manière innovante à explorer les régulations chromatiniennes 3D des contacts enhancer-promoteur dans le contexte de l'initiation des nodules symbiotiques de Medicago truncatula, afin de comprendre comment ces réorganisations de l'ADN impactent l'expression des gènes de nodulation précoce avec une variable temporelle 4D, et à partir de là, d’identifier de nouveaux effecteurs cis et trans régulant les gènes précoces de nodulation symbiotique. Il est à noter que l'identification de ces nouveaux facteurs pourrait être essentielle pour transférer des propriétés de nodulation symbiotique à des plantes non-légumineuses, un objectif clé de la recherche sur la symbiose comme alternative biotechnologique à l'utilisation d’engrais azotés.

Basé sur une longue collaboration franco-allemande, le projet AcetylPlast vise à élucider les rôles de l'acétylation N-terminale (NTA) et en lysine (KAT) des plastes. Le consortium a identifié une famille d'enzymes GNAT (Gcn5-related N-acetyltransferase) des plastes avec double activité NTA et KAT. GNAT2 agit comme régulateur de photosynthèse: la réponse aux changements de lumière du Lys-acétylome, mais pas celle du NTA, permet aux plantes de s'adapter aux fluctuations environnementales. Malgré cela, la nécessité d'un système de modification N-terminale compartimenté chez les plantes est ignorée. Nos données suggèrent que certaines GNAT se situent dans les biocondensats des plastes, y créent des points chauds de modification des protéines, et contribuent à la biogenèse et la dégradation des plastes lors de la sénescence. AcetylPlast étudiera comment la double activité des GNAT régule le développement et la photosynthèse des plastes. Une attention sera portée sur l'impact de l'acétylation de cibles clés comme la RuBisCO ou le facteur de tolérance au froid CP29A. Nous examinerons le rôle de l'acétylation des protéines dans les réponses environnementales et les processus de séparation de phase, en étudiant comment l'acétylation constitue un processus compartimenté. Les trois principaux objectifs du projet sont de : 1) caractériser les GNAT des plastes dans la biogenèse et la sénescence des plastes, 2) élucider les modifications N-terminales dans la maturation de RuBisCO et la fixation du CO2, et 3) explorer les rôles de GNAT et HDAC dans la formation et la dynamique du biocondensat des plastes lors de l'acclimatation des plantes. Des analyses de séparation de phase in vitro et in vivo avec microscopie à super-résolution et protéomique avancée seront utilisées. Le projet AcetylPlast améliorera la compréhension des mécanismes d'acclimatation des plantes et contribuera à l'amélioration de la productivité des plantes et de l'efficacité de la fixation du CO2.

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) établissent des relations symbiotiques avec les racines des plantes et jouent un rôle clé dans l’acquisition de nutriments, fournissant à leur hôte du phosphore et de l'azote du sol en échange de photosynthétats. Les CMA recrutent via leur sphère d'influence dans le sol nommée hyphosphère, des communautés microbiennes associées au mycélium extra-racinaire (MER) dont les bactéries associées à l’hyphosphère (BAH) jouent un rôle mal connu. En rupture avec les études actuelles, qui portent sur un inventaire de ces souches bactériennes de et leur étude individuellement, le projet HyphAMaize vise à identifier les fonctions métaboliques clés des communautés de BAH qui stimulent l’apport de nutriments au maïs par les CMA. Le projet HyphAMaize explore de manière interdisciplinaire les interactions synergiques entre les CMA et les BAH pour améliorer la productivité du maïs dans des systèmes agricoles à bas niveaux d’intrants. En tant qu'alternative durable à l'agriculture conventionnelle, cette recherche de pointe vise à réduire la dépendance aux engrais chimiques en exploitant les synergies entre organismes constituant le microbiote des sols comme levier pour la transition agroécologique. Pour ce faire, HyphAMaize est structuré en quatre volets expérimentaux (VE). Le VE1 explore la diversité métabolique des HAB dans un panel de sols et de pratiques culturales variés par des analyses de la structure (metabarcoding) et des fonctions (métagénomique et métatranscriptomique) du microbiome hyphosphérique permettant l’identification de fonctions centrales des BAH renforçant l’efficacité symbiotique entre CMA et maïs. Pour ce faire, nous utiliserons des mini-maïs cultivés dans des systèmes à deux compartiments permettant de distinguer la rhizosphère de l’hyphosphère. Le VE2 consiste à isoler des BAH à partir de sols non fertilisés en utilisant des mini-maïs inoculés avec des spores Rhizophagus irregularis (CMA). Des cribles fonctionnels permettront d'identifier les BAH présentant des caractéristiques métaboliques (fixation N2, solubilisation P, chélation Fe) et écologiques (colonisation du MER, stimulation de la germination des spores et de la croissance des hyphes de CMA) pouvant améliorer la capacité des CMA à acquérir des minéraux du sol. Le génome des BAH sera alors séquencé et annoté, et les voies métaboliques identifiées. Le VE3 vise à développer un modèle métabolique à l'échelle de l'holobionte intégrant le maïs, les CMA et les BAH qui servira d’outil d’aide à la décision pour constituer des communautés synthétiques (SynCom) fonctionnelles de BAH efficaces pour promouvoir la croissance du maïs en conditions de culture à bas intrants. L’analyse d’un modèle métabolique métagénomique permettra également d‘identifier des taxa clé de voûte à inclure dans les SynCom en plus des BAH issues des cribles du VE2. Le VE4 vise à cribler des SynComs en condition de serre, en comparaison de bioinoculants commerciaux de notre partenaire industriel, avant de réaliser des essais au champ pour évaluer leur impact sur les performances du maïs en conditions agroécologiques. Ces expériences bénéficieront de l’utilisation d’un maïs mutant ayant perdu la capacité à mycorhizer comme contrôle, afin de vérifier que l’effet bénéfique des BAH dépend d’une symbiose établie entre le maïs et le CMA. HyphAMaize réunit des experts en microbiologie, biologie/physiologie végétale, génomique, biologie des systèmes et modélisation mathématique pour créer des SynComs multifonctionnelles qui permettent de poser des questions fondamentales quant aux relations métaboliques entres les différents organismes constituant l’holobionte du maïs cultivé au champ, tout en explorant des questions finalisées pouvant déboucher sur le développement de nouveaux bioinoculants commerciaux. Le projet allie recherche fondamentale et applications pratiques, visant des innovations agricoles durables pour accompagner la transition agroécologique.

La sève élaborée est le fluide qui circule entre les organes de la plante pour redistribuer les assimilats carbonés, azotés et soufrés et les molécules de signalisation. Elle est donc cruciale pour le remplissage des grains et des fruits, la production primaire et le rendement. Malgré cette importance capitale, on sait très peu de choses sur sa physiologie, son débit et sa concentration. Des résultats récents suggèrent que la vélocité et le métabolome de la sève sont contrôlés et seraient homéostatiques. Nous ne savons ni pourquoi ni comment. Ce projet vise à combler cette lacune, en trois axes: 1. Mise en évidence: nous explorerons les propriétés de la sève élaborée dans différentes conditions photosynthétiques et hydriques, afin d'identifier les situations physiologiques où elles varient. 2. Mécanismes: nous tirerons parti de la métabolomique, de la ionomique et d’outils génétiques pour circonscrire les mécanismes possibles de l'homéostasie. 3. Intégration des données et modélisation: nous analyserons les liens entre blocs de données afin d'identifier par machine learning des signatures condition-spécifiques et utiliserons les données expérimentales pour valider un modèle de génération et de transport de sève. Nous exploiterons des ressources disponibles uniquement dans notre consortium: méthode isotopique pour estimer la concentration et le flux de sève, imagerie par résonance magnétique (IRM) pour le profilage métabolique phloémien in vivo, spectrométrie de masse à haute résolution couplée à la chromatographie gazeuse et sa base de données en masse exacte, et un modèle pour décrire la concentration, la pression et la vélocité. Le projet rassemble les experts nationaux sur le sujet et utilise trois espèces de grande importance agronomique en France. Ce projet est essentiel pour comprendre l'homéostasie de la sève élaborée et y identifier des biomarqueurs de suivi des plantes, dans un contexte climatique impactant la photosynthèse et le chargement du phloème.

Le projet se focalise sur d'anciennes spores de diatomées Chaetoceros récupérées dans des carottes de sédiments marins de l'Antarctique datant de 10 000 ans, avec la possibilité de remonter encore plus loin dans le temps. Le succès sans précédent que nous avons obtenu récemment en faisant revivre ces spores offre une occasion unique d'étudier les adaptations génomiques et physiologiques à travers les échelles de temps de l'évolution dans un système vivant. Nous utiliserons des méthodologies avancées, notamment le séquençage du génome entier, la transcriptomique « spike-in » et le paléo Hi-C pour étudier comment le génome de ces spores a survécu à des périodes prolongées de dormance et reste prêt à se réactiver. Des cellules seront réactivées à partir de spores d'âges différents et leurs capacités d'adaptation aux facteurs de stress environnementaux tels que la lumière, la température, la salinité et les nutriments seront évaluées afin d'obtenir des informations sur les conditions climatiques passées, sur la base d'analyses de paléomarqueurs des mêmes carottes. La nouveauté du projet réside dans la génération de données génotype-phénotype-environnement à haute résolution à partir d'organismes vivants pour la première fois sur des échelles de temps millénaires. En intégrant ces données génomiques, physiologiques et écologiques, nous visons à améliorer notre compréhension de la manière dont une espèce marine clé s'est historiquement adaptée aux changements environnementaux, ce qui contribuera aux efforts visant à prévoir leur résilience future dans une région qui évolue rapidement en raison du changement climatique mondial. L'approche interdisciplinaire, qui combine la biologie moléculaire, la paléocéanographie et l'écophysiologie du phytoplancton, permettra d'obtenir des informations sans précédent sur les mécanismes de survie à long terme des diatomées marines et, plus généralement, sur la manière dont un génome eucaryote peut rester viable pendant des millénaires.

Les algues de la glace de mer et le phytoplancton, en particulier les diatomées, sont des organismes photosynthétiques essentiels dans l'océan Arctique. Près du pôle Nord, les variations saisonnières du rayonnement solaire sont extrêmes, avec des photopériodes allant de 0 à 24 heures d'un solstice à l'autre. Nous savons que les microalgues, organismes photosynthétiques, réagissent à ces variations saisonnières par photoacclimatation, leur taux de croissance et leur cycle de vie. Cependant, on connaît mal le rôle de la photoperception, impliquant les photorécepteurs, et de la photorégulation dans l'orchestration de ces variations saisonnières dans l'activité des microalgues vivant près du pôle Nord. L'objectif global d'ARCLIGHT est d'identifier les mécanismes de photoperception et de photorégulation qui contribuent à moduler les activités saisonnières des microalgues aux très hautes latitudes. ARCLIGHT reposera sur deux piliers complémentaires, combinant des données physiologiques et environnementales acquises à partir de la station polaire Tara et des expériences de laboratoire basées sur des modèles avec des approches biologiques de pointe. Deux questions de recherche fondamentales seront abordées afin de comprendre (1) le réveil de la photosynthèse au début du printemps et (2) l'adaptation à la variation de la longueur du jour et le rôle du photopériodisme. Par exemple, au début du printemps, y a-t-il une restauration de l'appareil photosynthétique chez les microalgues polaires après la nuit polaire, et si oui, est-elle déclenchée par la photoperception? Ou encore, quel rôle joue le photopériodisme dans la succession des espèces de diatomées au printemps ? ARCLIGHT apportera des informations fondamentales sur les mécanismes de photorégulation du phytoplancton arctique aux latitudes les plus extrêmes et dans un environnement changeant.

Comparé aux mammifères, la croissance indéterminée et la plasticité du développement post-embryonnaire sont des caractéristiques clés des plantes terrestres. Identifier les réseaux moléculaires qui régulent la détermination et l'indétermination de la croissance est essentiel pour comprendre l'évolution des structures végétales. Les légumineuses forment une symbiose mutualiste avec des rhizobiums fixateurs d'azote, au sein d'organes spécialisés, les nodosités racinaires, qui peuvent avoir une croissance indéterminée ou déterminée selon la persistance, ou non, de divisions cellulaires apicales. Chez les légumineuses, l'indétermination des nodosités est un trait ancestral, qui a évolué au moins trois fois vers la détermination, un état dérivé. Le projet DETERMINATE propose que ces transitions répétées impliquent des réseaux de régulation génétique (GRN) similaires, sous-tendant une évolution convergente. Ce projet est organisé en trois axes de travail, combinant l'expertise de partenaires en bioinformatique, génomique comparative, transcriptomique, et biologie moléculaire. Axe 1 : l : La phylotranscriptomique et la phylogénomique seront utilisées pour identifier les GRNs contrôlant la croissance des nodosités et tester l’hypothèse d'une évolution convergente. Axe 2 : l’intégration inter-espèce de données transcriptomique issus de noyaux uniques permettra de reconstruire les trajectoires cellulaires développementales des nodosités de type indéterminées et déterminées. (3) Les identités cellulaires seront visualisées grâce à une nouvelle méthode d'hybridation in situ, ce qui permettra de tester fonctionnellement des gènes-candidats impliqués dans la détermination des nodosités. Les connaissances générées par DETERMINATE sur la plasticité des nodosités et les GRNs contrôlant la croissance indéterminée fournira des perspectives sur les principes généraux régissant l’évolution et le développement des plantes.

L’une des questions les plus fascinantes de la biologie de la reproduction, tant du point de vue fondamental qu’appliqué, est de comprendre comment les poissons adultes parviennent à maintenir une fécondité exceptionnellement élevée tout au long de leur vie. Selon les espèces, une femelle peut produire chaque saison entre quelques dizaines et plusieurs millions d’œufs. Mais comment une telle fécondité est-elle assurée au fil des cycles saisonniers de reproduction ? Cette question soulève une question fondamentale : les cellules souches germinales jouent-elles un rôle actif dans la production des œufs à l’âge adulte ? Si tel est le cas, l’ensemble du processus de formation des œufs (ou ovogenèse) resterait actif tout au long de la vie de la femelle, y compris les premières étapes de prolifération des cellules germinales précoces indifférenciées, à l’origine de nouveaux ovocytes. Ces ovocytes immatures entrent ensuite dans une phase de croissance, conduisant à la formation des œufs (c’est-à-dire des ovocytes non fécondés prêts à être pondus). Bien que la présence de cellules germinales précoces dans l’ovaire adulte des poissons ait été démontrée il y a déjà près de vingt ans, leur contribution réelle au renouvellement saisonnier des ovocytes à l’âge adulte reste encore inconnue. À partir de données préliminaires et de la modélisation de la dynamique de croissance ovocytaire tout au long de la vie des femelles, nous formulons dans le projet PROBA (Germ Cell Proliferation–Growth Balance in fish) l’hypothèse selon laquelle la prolifération des cellules germinales et la croissance ovocytaire contribuent ensemble au maintien de la fécondité à long terme. Nous proposons que ces deux processus soient finement coordonnés, maintenant un équilibre fonctionnel fondé sur une dynamique inverse : lorsque la croissance ovocytaire est active, la prolifération des cellules germinales est réduite, et vice versa. Cet équilibre serait lui-même modulé par la photopériode, un facteur environnemental saisonnier bien connu pour son rôle dans la régulation de la croissance des ovocytes. L’objectif de PROBA est de tester cette hypothèse et de décrypter les mécanismes cellulaires fondamentaux qui régulent l’activité des cellules germinales chez les femelles adultes. Conçu comme un projet interdisciplinaire, PROBA mobilisera des approches de pointe telles que l’imagerie 3D, le séquençage d’ARN à cellule unique, et la modélisation mathématique, en utilisant le médaka (Oryzias latipes) comme organisme modèle. Le projet explorera comment la photopériode module la lignée germinale, et intégrera les données expérimentales dans un modèle mathématique (incluant la régulation hormonale) pour analyser avec précision le subtil équilibre entre prolifération germinale et croissance ovocytaire. En abordant cette question fondamentale, PROBA apportera un éclairage nouveau sur l’activité des cellules germinales souches adultes, un sujet encore largement inexploré chez les poissons. Il établira un lien fonctionnel entre photopériode et activité des cellules germinales, et proposera un cadre conceptuel et méthodologique innovant, applicable à d’autres systèmes biologiques, à l’interface entre biologie de la reproduction, recherche sur les cellules souches adultes et remodelage tissulaire. PROBA se positionne ainsi à la pointe de la recherche en biologie de la reproduction. Au-delà de la reproduction, les connaissances générées par PROBA ouvriront de nouvelles perspectives pour l’aquaculture, où le control de la fécondité des femelles constitue un défi majeur pour la gestion des reproducteurs, tant pour les espèces sauvages que pour les espèces d’élevage. Le modèle obtenu, par son caractère générique, pourra être adapté à d’autres espèces, mais aussi élargi pour explorer l’effet d’autres facteurs environnementaux, tels que la température, un enjeu crucial en aquaculture dans le contexte du changement climatique.

La diversité du monde bactérien commence à être bien appréhendée, grâce aux efforts conjoints de scientifiques issus des disciplines de l'écologie, de la métagénomique et de l'informatique. Le champ connexe de l'étude des bactériophages (c'est-à-dire des virus infectant les bactéries, également appelés phages) est néanmoins en retard par rapport à ce mouvement d'ensemble, car ces communautés sont encore plus diversifiées, et la dynamique de leurs communautés est plus complexe. L'analyse des phages nécessite des outils spécialisés en raison de leurs génomes plus petits et compacts, de leurs origines anciennes, de leur évolution rapide et de leurs pressions de sélection distinctes, de sorte que les signaux d’homologie sont très faibles, et les outils existants sont souvent insuffisants pour les détecter. Comme ces phages peuvent avoir un impact considérable sur les communautés bactériennes, il est crucial de classer cette vaste diversité afin de prédire les interactions bactériennes et les rôles écologiques de ces phages. Ce projet s'attaque à un obstacle majeur de l'écologie moderne des phages : la classification taxonomique de haut niveau (famille ou ordre). Alors que les méthodes basées sur l'alignement suffisent pour identifier les genres et les sous-familles de phages, elles échouent au niveau de la famille, avec seulement 52 familles décrites à ce jour. Nous proposons que la décomposition des génomes de phages en modules génétiques coévolutifs (PGM) soit la clé d'un système de classification efficace. En testant et combinant divers niveaux de comparaison pour l'analyse phylogénétique (conservation des séquences en acides aminés, conservation structurale des protéines et conservation des orthologues positionnels), nous fournirons une solution innovante capable de d’accéder aux branches profondes de la phylogénie des phages. Nous utiliserons aussi les PGM pour améliorer l'annotation fonctionnelle des gènes, à partir des prédictions d’interactions basées sur la structure. En identifiant et en rendant accessibles nos analyses sur les modules de phages, et en développant des approches de classification innovantes, nous visons à faire progresser la recherche sur les phages, à améliorer la taxonomie et à comprendre leur impact écologique.

Certains petits peptides sécrétés agissent comme des molécules de signalisation, notamment pour contrôler la spécification cellulaire chez les plantes. Le projet CLIPS vise à mieux comprendre le rôle de ces hormones peptidiques dans trois interactions biotiques, en utilisant la légumineuse modèle Medicago truncatula. L'objectif principal est de déterminer comment un sous-ensemble de peptides végétaux sélectionnés dans les familles CLE, IDA et CEP régulent l'interaction avec les champignons mycorhiziens symbiotiques à arbuscules et/ou les bactéries rhizobiales symbiotiques fixatrices d'azote, ainsi que l'infection par le nématode phytoparasite Meloidogyne incognita. Il convient de noter que l'étude du rôle de peptides mimes, sécrétés par le nématode ou les champignons mycorhiziens, sera intégrée au projet. En outre, les récepteurs et les voies de signalisation en aval spécifiquement recrutés chez la plante pour percevoir ces différents peptides au cours de ces différentes interactions plante-microbe seront caractérisés. Globalement, le projet CLIPS identifiera les points communs et les spécificités des interactions entre les parasites et les microbes végétaux dans les légumineuses, afin de développer de futures stratégies innovantes pour améliorer les interactions symbiotiques et promouvoir la résistance aux pathogènes.

Les inversions sont des réarrangements chromosomiques qui peuvent former des combinaisons d’allèles bénéfiques controlant des phénotypes adaptatifs. Les inversions peuvent être polymorphes au sein des espèces ou peuvent être fixées entre espèces. Les inversions sont identifiées dans un nombre croissant d’espèces d’animaux, de plantes et de microorganismes. Néanmoins, les forces évolutives jouant sur l’évolution des inversions sont encore mal connues. Le projet « INVERPATH » a pour objectifs d’étudier les rôles de la sélection naturelle et des flux de gènes dans la formation et le maintien des inversions chromosomiques chez des champignons pathogènes. Chez le champignon forestier envahissant <i>Cryphonectria parasitica</i>, j’ai révélé une inversion d’environ 1 Mb, qui est maintenue polymorphe dans les populations européennes et contient des <i>Starships</i> (transposons géants pouvant transporter des gènes jouant des rôles adaptatifs). Grâce à des expériences <i>in vitro</i> et en serres et des analyses d’expression géniques, je testerai le rôle adaptatif de l’inversion pour la spécialisation à l’hôte de <i>C. parasitica</i>, sa résistance à un virus causant une hypovirulence et son adaptation à différentes températures. Afin d’étudier l’origine de l’inversion, je testerai l’association entre l’inversion et la présence des <i> Starships</i> grâce au séquençage de plusieurs populations natives asiatiques de <i>C. parasitica</i> et quatre espèces proches, et je rechercherai des signatures d’introgressions ou de transferts horizontaux. Par ailleurs, j’étudierai le rôle des inversions comme barrières aux flux de gènes chez deux espèces de champignons du genre <i>Microbotryum</i> , <i>M. lychnidis dioicae</i> (MvSl) et <i>M. silenes-dioicae</i> (MvSd), spécialisées à leurs hôtes respectifs (<i>Silene latifolia</i> et <i>S. dioica</i>). J’étudierai le rôle des inversions dans la spécialisation, sur des populations naturelles et chez des individus hybrides F2 générées expérimentalement en serre. Ce projet permettra d’améliorer notre compréhension du rôle des inversions et des éléments mobiles dans l’adaptation des agents pathogènes à un nouvel environnement ou nouvel hôte.

La production agricole est confrontée à des défis sans précédent en raison du changement climatique. L'eau devient plus que jamais le facteur limitant de la croissance des plantes dans le monde. Lorsqu’elle est rare, la fermeture des pores stomatiques des feuilles est vitale pour en limiter les pertes. Par contre, dans un environnement de forte teneur en CO2, tels que les serres modernes, leur ouverture est essentielle pour augmenter son assimilation et donc la production de biomasse. Ainsi, la signalisation du CO2 par les cellules de garde des stomates est un levier essentiel qui permet à la plante d’optimiser l’utilisation de l'eau et l’assimilation du carbone en fonction de son environnement. Pour preuve de concept, nous avons généré des plants de tomates dans lesquels nous avons modulé les protéines impliquées dans la détection du CO2 stomatique. Elles présentent une efficacité d'utilisation de l'eau (WUE) améliorée et une meilleure tolérance à la sécheresse que les plantes sauvages. De plus, nos résultats non publiés indiquent que les mutations dans ces protéines senseurs du CO2 peuvent servir de rhéostat pour ajuster finement la transpiration des plantes sous différents niveaux de CO2. Le projet TOMWU vise à mieux comprendre les mécanismes de détection/signalisation du CO2 des cellules de garde chez la tomate. Nous étudierons les mécanismes d'activation du module de détection MPK12/HT1 et la possibilité de les exploiter pour moduler la WUE des plantes pour l’agriculture. La WUE doit être en effet optimisée pour les variétés de plein champ alors que l’absorption du CO2 doit être maximisé pour celles destinées à la production sous serres avec des concentrations de CO2 élevées. Nous transférerons également ces résultats dans des variétés de tomates élites et explorerons leur performance dans diverses conditions environnementales en laboratoire (fort CO2, forte température, limitation hydrique) ainsi qu’en condition de production.

Le virus respiratoire syncytial bovin (VRSB) est un pathogène respiratoire majeur des veaux, responsable de pertes économiques substantielles. Ce virus est le proche homologue du VRS humain, principale cause de la bronchiolite du nouveau-né. Actuellement, il n'existe pas d'antiviraux ni de vaccins spécifiques offrant une protection à long terme contre le BRSV, et les antibiotiques sont fréquemment utilisés pour prévenir ou limiter les infections bactériennes secondaires. Le développement de traitements efficaces requiert une meilleure caractérisation des facteurs de l’hôte exploités par le virus, tels que les récepteurs cellulaires. Les connaissances actuelles sur ces facteurs essentiels de l'hôte sont en effet limitées, restreignant notre capacité à mieux protéger les animaux contre la maladie et à réduire l'utilisation d'antibiotiques lors d’infections. Le projet BRSV-HostiN propose d'utiliser des cribles d’extinction de gènes par CRISPR-Cas9 dans des cellules bovines, afin d'identifier et de valider l'interactome essentiel du BRSV pendant l'entrée et la réplication. Le rôle des candidats identifiés sera évalué par des approches « knock-out » et « knock-in », suivies de la quantification de la réplication virale, des études de localisation subcellulaire, et d’essais d'interaction protéine-protéine. Afin de définir les facteurs de l’hôte spécifiques à l'espèce et communs aux BRSV et HRSV, nous évaluerons également la pertinence de partenaires cellulaires essentiels sélectionnés, pour l'entrée et la réplication du HRSV. BRSV-HostiN générera ainsi des connaissances importantes concernant l'interactome de l'hôte du BRSV et l’interactome commun au HRSV, et permettra de définir le rôle de facteurs cellulaires essentiels à la réplication du BRSV. Ainsi, BRSV-HostiN fournira des données importantes pour le développement de vaccins et antiviraux, participant à l’amélioration de la santé et du bien-être des animaux, ainsi qu’à la réduction de l’utilisation d’antibiotiques.

Le vieillissement des populations à l’échelle mondiale représente un défi économique, social et sanitaire majeur. L'alimentation est l'un des facteurs déterminants du vieillissement en bonne santé chez l'Homme. La consommation d'aliments fermentés est associée à des bénéfices santé, y compris au cours du vieillissement. Ces bénéfices sont notamment apportés par les microorganismes présents dans ces produits. L'ambition du projet MICROFOODING est de tirer parti de la diversité des souches microbiennes présentes dans les produits fermentés à base de végétaux afin de sélectionner celles qui ont le plus de potentiel pour favoriser un vieillissement en bonne santé. Nous faisons l'hypothèse que la consommation de ferments sélectionnés sur leur capacité à stimuler l'autophagie -un processus cellulaire clé conférant une protection vis-à-vis des stress liés au vieillissement- pourrait permettre de préserver l'homéostasie au cours du vieillissement. Nous sélectionnerons parmi 100 souches issues de produits fermentés les 20 qui stimulent le plus efficacement l’autophagie en utilisant une lignée cellulaire rapportrice de l’activité de ce processus. Le potentiel « anti-vieillissement » des 20 candidats sera ensuite analysé plus profondément dans 2 modèles cellulaires in vitro modélisant le dialogue de l’intestin avec les cellules immunitaires ou des organes distants affectés par le vieillissement (la rétine comme preuve de concept). Les 3 souches microbiennes les plus prometteuses seront regroupées en un cocktail et testées in vivo sur des souris d’âge moyen ou sénescentes pour confirmer leur potentiel à protéger l’organisme des altérations liés au vieillissement. Les résultats de ce projet pourront venir enrichir les connaissances pour l’élaboration (i) de recommandations nutritionnelles se basant sur la consommation d'aliments fermentés d'origine végétale contenant ces ferments (ii) de stratégies nutritionnelles préventives des maladies liées à l’âge basées sur ces ferments.

Le projet Foodhydrates a pour objectif de développer un procédé de congélation hybride et innovant qui conjugue la formation d’hydrates de gaz à la congélation de produits alimentaires pour obtenir des produits congelés de meilleure qualité avec une consommation énergétique réduite. Les hydrates de gaz sont des composés cristallins formés de molécules d’eau, d’apparence similaire à la glace. Ils peuvent donc être utilisés pour réduire la mobilité et l’activité de l’eau au sein des produits, tout comme le fait la glace ; toutefois les hydrates sont stables à température positive et forment des cristaux de petites tailles, ce qui peut représenter un atout à la fois sur le plan énergétique (la congélation étant très consommatrice d’énergie) et concernant la qualité des produits. L’enjeu du projet est de qualifier le procédé de congélation hybride par hydrates/glace, en déterminant en particulier les conditions opératoires optimales et en évaluant le potentiel de ce nouveau procédé. Plusieurs approches complémentaires seront mises en jeu dans ce projet : une approche thermodynamique pour sélectionner les hydrates et leurs conditions d’équilibre, une approche thermique pour caractériser les cinétiques de cristallisation, une approche par microtomographie à rayons X pour comprendre la distribution des phases (cristaux, liquide) au sein de la matrice alimentaire, une approche d’évaluation multicritère pour évaluer l’impact environnemental et l’acceptabilité du nouveau procédé. Parmi les questions de recherche posées, on s’intéressera en particulier à comprendre l’effet de la porosité des produits sur les conditions d’existence des cristaux, les migrations possibles des hydrates et de la glace, leurs interactions selon les conditions opératoires, et in fine les limites thermodynamiques acceptables pour le procédé de congélation et l’impact sur la qualité des produits.

Dans un contexte environnemental sensible, l'industrie de la construction est défiée d'intégrer des matériaux durables, réduisant la consommation énergétique et les émissions carbone, tout en améliorant le confort thermique. Les bâtiments étant des contributeurs majeurs au changement climatique, la conservation de l'énergie s'impose comme une stratégie indispensable. La notion de 'confort hygrothermique' émerge dans ce contexte, promouvant une régulation intégrée de la température et de l'humidité, ce qui non seulement contribue au bien-être des occupants mais aussi à l'efficacité énergétique des bâtiments. Cependant, les matériaux d'isolation traditionnels, bien que performants thermiquement, présentent des limites. Non seulement sont-ils incapables de réguler l'humidité de manière optimale, mais ils posent aussi des problèmes environnementaux puisqu’ils proviennent généralement de sources non renouvelable et énergivores. En réponse à ces enjeux, l'utilisation de matériaux à base de mycélium dans ce domaine offre une voie révolutionnaire. Ces matériaux présentent des propriétés avantageuses, tant sur le plan écologique qu'en termes de performances hygrothermiques. Cependant, l'intégration de ces matériaux est entravée par un manque de connaissances approfondies et de directives d'application, soulignant la nécessité d'une exploration complète de leurs propriétés hygrothermiques. Le projet vise à développer de nouveaux matériaux d'isolation thermique à base de mycélium. Il s'articule autour de cinq tâches interconnectées, allant de l'optimisation des conditions de culture fongique à la caractérisation des panneaux produits, en passant par des stratégies de modélisation à double échelle pour examiner les dimensions microscopiques et macroscopiques des transferts de chaleur et de masse. En alliant des méthodes expérimentales et numérique, le projet aspire à libérer le potentiel complet des matériaux d'isolation à base de mycélium.

Dans ce projet, nous nous intéressons à des problèmes de planification et d’ordonnancement des activités de satellites d’observation de la Terre. Plus spécifiquement, nous considérons une constellation du ‘’newspace’’ où les satellites utilisés sont généralement des petites plateformes de type nanosatellites. Dans ce contexte, nous étudions trois problématiques remettant en question les méthodes d’optimisation de plan utilisées pour des constellations de satellites traditionnels. Premièrement, nous abordons la question de la modélisation des capacités des satellites du newspace, pour lesquels l’énergie disponible à bord est par exemple un facteur très limitant. Sur ce point, notre objectif est d’améliorer les plans de mission en augmentant le niveau de représentativité des modèles de décision utilisés pour le newspace. Deuxièmement, pour faire face à la complexité de problèmes qui impliquent potentiellement plusieurs dizaines de satellites et plusieurs milliers de requêtes d’observation, nous étudions des hybridations de techniques d’optimisation combinatoire, notamment l’hybridation entre méthodes complètes et incomplètes pour améliorer la qualité des solutions produites. Troisièmement, pour faire face à différents types d’incertitudes, nous explorons des stratégies de décision mixtes proactives/réactives dans lesquelles des méthodes d’optimisation au sol au niveau d’un centre de mission sont combinées avec des méthodes d’adaptation de plan exécutées à bord des satellites. Dans cette optique, nous cherchons à exploiter les deux opportunités du newspace que sont d’une part la disponibilité de capacités de calcul bord accrues, et d’autre part la disponibilité d’un réseau de communication étendu grâce notamment à des liens inter-satellites. Ces pistes de recherche sont appliquées à des spécifications et scénarios fournis par Prométhée, acteur industriel du newspace.

L'objectif du projet EQUATION est de proposer des approches interprétables et robustes pour générer des réponses à partir de questions sur des documents complexes multimodaux. Nous travaillerons sur des systèmes capables de traiter conjointement du texte et des images, en particulier en travaillant sur des diagrammes, des schémas, des frises chronologiques, des tableaux et du texte. Pour l'interprétabilité ou l'explicabilité des modèles, nous poursuivons un objectif double. Pour les utilisateurs du système, il s'agit d'améliorer la compréhension du raisonnement du modèle, ce qui leur permet d'évaluer la fiabilité d'une réponse et donc de renforcer la confiance dans le système. Par exemple, en décrivant les implications successives ou en indiquant les ressources utilisées pour produire la réponse. Pour les chercheurs, il s'agit de découvrir les processus internes du modèle pour rendre ces systèmes plus robustes ou performants. Les travaux envisagés se découperont en deux étapes. La première consistant en la création d'un corpus multi-modale, en partant de ressources scolaires (livres scolaires) mais aussi de données encyclopédiques provenant de Wikipedia. L'étape suivante sera consacrée à l'explicabilité des modèles dans les systèmes de question-réponses. À cette fin, nous explorerons les problèmes d'hallucination (génération d'un contenu erroné), le problème de la source (quelle information est exploitée par le modèle pour produire une réponse), et la question de la robustesse (changements dans la réponse générée lors d'un changement non sémantique dans l'invite ou la question). Un autre objectif sera de rassembler des chercheurs du LISN autour des problématiques de l'apprentissage multimodal et de l'explicabilité des grands modèles de langue.

La proposition ANR LIGHTNING a pour objectif d'apporter un changement de paradigme dans l'apprentissage automatique basé sur la géométrie. Malgré toute l'activité sur ce domaine, il y a encore des limitations fondamentales vis à vis des outils de base utilisés dans les approches actuelles. Notre idée principale est de développer de nouvelles géométries par delà la géométrie riemannienne. Ces géométries seront obtenues en considérant des chemins alternatifs aux géodésiques, et en approximant la géométrie riemannienne. À partir de là, des méthodes d'optimisation sur variétés spécifiques à l'apprentissage seront créées. Pour ce faire, des méthodes euclidiennes seront adaptées et de nouvelles seront créées en exploitant la géométrie intrinsèquement. Les approches proposées seront employées dans le contexte de l'apprentissage statistique, en développant de nouveaux modèles et méthodes géométriques.

Le projet se concentre sur l'avancement de l'optimisation stochastique à deux niveaux, un domaine spécialisé en optimisation avec des applications significatives en apprentissage automatique. Les algorithmes actuels reposent souvent sur des techniques d'optimisation lisses, qui sont limitées par des hypothèses irréalistes de différentiabilité continue. Ceci est problématique pour des applications réelles comme les réseaux de neurones profonds qui utilisent des fonctions non différentiables telles que l'activation ReLU. Pour aborder ce problème, le projet vise à combler le fossé entre la théorie et la pratique en tirant parti d'un développement récent en analyse non lisse connu sous le nom de champ conservatif. Cela permettra le développement de nouvelles méthodes avec des garanties mathématiques rigoureuses. Le projet est divisé en trois tâches principales: Fonctions implicites mal posées: Cette tâche étendra les théorèmes actuels pour gérer les cas où la fonction implicite à différencier n'est pas bien définie, soit en raison de solutions multiples, soit en raison de l'échec des conditions d'inversibilité. Conception d'algorithmes: Cette tâche vise à développer des algorithmes applicables avec des garanties rigoureuses de convergence. Ces algorithmes seront compatibles avec la stochasticité et seront basés sur des analyses améliorées qui sont compatibles avec la différentiation automatique telle qu'elle est utilisée en pratique. Applications à l'Apprentissage Automatique : Cette tâche se concentre sur l'implémentation pratique des méthodes développées. Elle appliquera les algorithmes pour concevoir des réseaux de neurones avec des couches définies implicitement, l'ajustement des hyperparamètres dans les problèmes inverses et l'apprentissage automatique, ainsi que l'augmentation des données utilisant l'optimisation à deux niveaux.

Les journalistes doivent souvent analyser des quantités massives de données numériques, par exemple, des dizaines de milliers de fichiers (textes, feuilles de calcul, etc.), pour comprendre ce que contiennent les données et en tirer des enseignements (comme pour les Paradise Papers). Actuellement, plusieurs systèmes doivent être utilisés, et les techniques de l’état de l’art sont spécifiques à un seul modèle de données. L'exploitation de plusieurs jeux de données soulève des problèmes d'extraction d'information et de passage à l'échelle. Le projet TopOL (Top of the lake) vise à aider ces utilisateurs sans compétences techniques à explorer et analyser un grand nombre de jeux de données hétérogènes. En répondant à des requêtes en langage naturel, TopOL renverra des entités (des objets complexes et structurés), avec leurs relations, en reflétant les intérêts de l'utilisateur. Nous utiliserons des graphes au niveau conceptuel et logique, ainsi que de l'extraction d'information basée sur des modèles de langage, pour montrer les données sous forme d'entités et de relations. Lors de l'ingestion dans le lac de données, les jeux de données seront automatiquement profilés, organisés et regroupés en fonction des connexions et de leurs similitudes. A l'exploration, les entités et les relations seront récupérées à partir des sources du lac de données et classées en fonction des intérêts de l'utilisateur. Des étapes d'exploration seront recommandées : parcourir une relation, élargir ou restreindre un ensemble d'entités, montrer des motifs inattendus dans les données, etc. Nous mettrons en place un cluster pour héberger les jeux de données et tester nos algorithmes, et aborderons les problèmes de passage à l'échelle. Les cas d'utilisation viseront les journalistes. Le Consortium international des journalistes d'investigation accepte de partager avec nous certains jeux de données. Le résultat de TopOL comprendra du code et des modèles ouverts, ainsi que des jeux de données.

La majorité des personnes sourdes rencontrent des difficultés en lecture et en écriture, ce qui limite leur accès à de nombreuses technologies numériques, telles que la recherche de contenu, la traduction automatique, les assistants vocaux et les chatbots. Pour remédier à cette problématique, le projet GestToSay développera des méthodes d’analyse multimodale vidéo-texte spécifiquement adaptées aux langues visuo-gestuelles, comme la Langue des Signes Française (LSF). Plus précisément, le projet se concentrera sur la reconnaissance et la traduction des gestes linguistiques (capturés par des webcams standard ou des appareils mobiles) en texte, en mettant l’accent sur l’apprentissage des représentations et les modèles neuronaux. Les méthodes neuronales employées, généralement basées sur des architectures de type Transformers, nécessitent de grandes quantités de données, qui font actuellement défaut en France. Une partie du projet sera donc consacrée à la collecte de données gestuelles selon deux approches principales : l’annotation automatique de données audiovisuelles traduites et la collecte de gestes via une plateforme interactive. Une plateforme web interactive sera développée dans le cadre du projet pour faciliter cette collecte de données. Elle permettra notamment d’enregistrer des signes isolés (unités lexicales en LSF) et de courtes expressions, mais aussi de les traduire en texte. De plus, elle offrira la possibilité de rechercher des exemples de signes dans différents contextes et de naviguer dans une collection de signes. Enfin, cette plateforme web sera évaluée à travers des expériences utilisateurs utilisant des méthodes quantitatives et qualitatives, fournissant ainsi des retours précieux pour orienter les choix de conception.

Ce projet vise à faire progresser l'évaluation des systèmes de génération du langage en améliorant la compréhension de leur comportement et leur impact sur diverses dimensions, telles que les environnements de travail et le bien commun. Il vise à définir et mesurer la performance, la généralisation et la robustesse des modèles de génération de langage (LLM) dans des contextes réels car leur déploiement dans des contextes applicatifs entraîne des défis importants à la fois au niveau du traitement des entrées atypiques, mais aussi de la production de sorties indésirables. De plus, leur impact plus large sur la productivité, les environnements de travail, les marchés du travail et la cohésion sociale n'est pas bien évalué. Nous proposons d'intégrer des perspectives sociales, algorithmiques et théoriques dans l'évaluation des LLM autour des questions suivantes : Comment définissons-nous la performance d’un système d’IA par rapport aux valeurs sociétales et humaines ? Comment évaluons-nous les avantages potentiels et les risques des systèmes ? Comment évaluer les capacités d'un modèle pour mieux comprendre ses limites ? Des protocoles seront développés pour analyser les compromis entre bénéfices et préjudices, dans des scénarios réels. Les méthodes d’évaluation garantiront des mesures valides et fiables de ces systèmes, en s'appuyant sur nos travaux communs récents dans l'évaluation des systèmes de résumés et des modèles d'embedding pour fournir des bases théoriques et des garanties formelles liées aux indicateurs de performance. Des études de cas démontreront la pertinence de l’approche dans des contextes réels. En combinant des principes issus de l’interaction homme-machine, de l’apprentissage automatique, du traitement du langage naturel et de la théorie de l’information, cet effort interdisciplinaire vise à réaliser des évaluations rigoureuses, assurant que les modèles de génération de langage sont fiables, robustes et adaptables à des environnements réels.

Le projet ERARE vise à développer de nouvelles approches pour générer des explications robustes dans des environnements contraints (par exemple, l'IA frugale, les contextes avec un accès limité aux ressources ou les contextes où les données sont limitées ou défectueuses avec incomplétude ou imprécision). Il vise également à aller au-delà de l'explication des décisions du modèle pour expliquer également son incertitude prédictive et sa robustesse dans les contextes de changement de distribution. Les résultats du projet combleront une réelle lacune en abordant la robustesse dans XAI et il est complémentaire avec d'autres propriétés souhaitables telles que l'expressivité, l'intelligibilité et la cohérence. Les partenaires académiques composant le consortium ERARE (CRIL, Heudiasyc et MICS) sont des laboratoires académiques publics spécialisés dans les thématiques du projet et ils ont des compétences complémentaires. Le partenaire industriel (KAPSDATA) est une société informatique qui développe des solutions intelligentes pour la surveillance en temps réel et l'optimisation de la consommation énergétique des centres de données.

EXCEPTIONAL a pour but de réaliser un but relativement ancien dans le domaine de la photonique non-hermitienne: la réalisation d'un laser fonctionnant en un point exceptionnel (EP). Dans ce but nous souhaitons i) mettre en oeuvre une technologie de laser bien maîtrisée, celle des lasers à semiconducteurs à cavité verticale externe (VECSELs) et ii) développer un nouveau type de lasers, soit un laser à cavité macroscopique dont le milieu à gain est constitué de molécules de colorant dopant une matrice diélectrique formée de nanotubes de nitrure de bore (BNNTs). En plus de leur immunité au blanchiment grâce à l'écrantage par les nanotubes, ce système laser présente toutes les caractéristiques nécessaires au fonctionnement sur un point exceptionnel: i) les nonlinéarités dispersives des molécules de colorant sont faibles au maximum de gain, nous permettant de construire un système dans la configuration dite "parité-temps"; qui garantit l'existence des EPS et ii- la durée de vie (dans le domaine des nanosecondes) de fluorescence de ces molécules de colorant est plus courte que celle des photons dans la cavité, permettant au laser de fonctionner en régime de classe-A, qui permet la stabilité des EPS.

Un comportement semiconducteur à très haute mobilité électronique - dépassant la mobilité du silicium d'un facteur dix– vient d’être découvert dans l’épigraphène sur carbure de silicium sur des terrasses macroscopiques de carbure de silicium (SiC). Cette nouvelle plateforme électronique bi-dimensionnelle est entièrement compatible avec les processus actuels de microélectroniques. Cet épigraphène semiconducteur (SEG) permet de dépasser la limitation intrinsèque du graphène (absence de bande interdite) et offre la possibilité d’exploiter de façon viable les qualités promises des semi-conducteurs 2D pour la nanoélectronique : transistors tunnel à effet de champ (TFET) de très basse consommation, fonctionnement aux fréquences THz, miniaturisation des dispositifs et dopage électrostatique par grille avant. L'une des caractéristiques uniques du SEG est la possibilité d’y intercaler une large gamme de matériaux – molécules, métaux ou semi-conducteurs - pour créer de nouveaux systèmes 2D stables à l'air permettant une nouvelle ingénierie d’hétérostructures. Par exemple, l'intercalation d'hydrogène transforme le semiconducteur SEG en graphène standard (quasi-suspendu), tandis qu’une intercalation d'or conduit à un semi-conducteur 2D. Ce projet vise à développer des TFET à base de SEG avec canal court et pente sous le seuil inférieure à 60 mV/décade, à évaluer leurs performances, notamment en utilisant le l’épigraphène quasi-suspendu (SEG intercalé à l'hydrogène) comme interconnexion continue avec le SEG. Les hétérostructures SEG/intercalant/SiC seront aussi étudiées, en commençant par l'hydrogène. L’épigraphène quasi-suspendu présente en effet une conduction balistique sur des dizaines de microns dans les états de bord, dont la nature est encore mal comprise. Des mesures de cohérence à basse température permettront de sonder la nature de ces états qui pourraient ouvrir la voie à des développements en électronique cohérente. Enfin, l’intercalation de SEG par des métaux sera explorée pour des contacts de graphène stables à l'air et de faible résistance et plus encore pour l'étude de nouvelles propriétés bidimensionnelles, y compris des effets de moiré et des phénomènes d'interface non conventionnels.

Dans de nombreuses applications de communication optique ou radio, un laser pulsé, ou de façon duale une source peigne de fréquences jouent un rôle essentiel dans des sous-systèmes de traitement de signaux optiques ou micro-ondes. La flexibilité est une propriété recherchée mais difficile à atteindre. La flexibilité dans le taux de répétition impulsionnelle correspond à un peigne de fréquences dont l’intervalle spectral libre (ISL) est dynamiquement contrôlable. Elle rend l’architecture de ces sous-systèmes plus simple et réduit la taille des circuits photoniques intégrés. Folklor introduit un nouveau concept de diode laser à verrouillage de modes (LVM), intrinsèquement flexible, fondé sur un résonateur autorisant une variation importante, continue ou discrète, de son ISL, sans avoir besoin de parties mécaniquement mouvantes. L’inhomogénéité spatiale et le couplage phase-amplitude sont les mécanismes à la base de ce concept. Le réseau de Bragg dans la cavité laser est variable et plusieurs modes longitudinaux peuvent laser et se verrouiller. Nous l’avons démontré théoriquement et expérimentalement. Les défis à lever sont : 1) atteindre 8 modes verrouillés et étendre la fréquence de battement (40GHz et au-delà) ; 2) démontrer le verrouillage tout optique aux fréquences de battement du laser ; 3) réaliser pour la première fois le collage moléculaire d’îlots quantiques InAs sur SOI et concevoir et démontrer de nouveaux LVM flexibles. Deux démonstrations sont programmées : l’une concerne un oscillateur optoélectronique agile en fréquences sans avoir recours à un filtre accordable radiofréquence ; la seconde concerne un transmetteur WDM cohérent à séparation spectrale sélectionnable, et une récupération du signal d’horloge optique à différents débits de modulation. Folklore est structuré en 3 lots, couvrant la modélisation et la conception (lot 1) ; la réalisation (lot 2) et le test (lot 3) des lasers et des démonstrateurs. Un 4ème lot contient la valorisation du projet

Les réseaux neuronaux artificiels sont à la base de la révolution actuelle de l'intelligence artificielle (IA), remodelant la façon dont la société perçoit, traite et produit l'information. Cependant, ils ont entraîné une forte augmentation de la consommation d'énergie des technologies de l'information au niveau mondial en raison d'architectures matérielles mal optimisées et d'algorithmes exigeants en termes de calcul qui nécessitent l'informatique en nuage. Ce dernier point a limité le développement de nombreuses applications d'intelligence artificielle, en particulier l'intelligence artificielle périphérique, qui nécessite des calculs locaux à faible consommation d'énergie, rapides et en temps réel. Ce projet vise à démontrer le grand potentiel d'un réseau neuronal nanomagnétique compact pour réaliser un calcul neuromorphique rapide et à faible consommation d'énergie à la périphérie. Notre approche repose sur la diffusion d'ondes de spin (SW) avec des textures topologiques de spin comme les réseaux de skyrmions et les domaines labyrinthiques, ces derniers pouvant être reconfigurés à l'aide de champs magnétiques et de courants de spin. L'acheminement du signal et l'activation non linéaire sont assurés par la propagation et l'interférence des SW, tandis que les poids sont stockés de manière non volatile dans la texture de spin. En utilisant les paradigmes de l'informatique de réservoir et des réseaux neuronaux physiques, nous visons à démontrer et à comparer les tâches de reconnaissance des formes avec notre dispositif. Pour atteindre cet objectif, nous développerons des solutions scientifiques et techniques nouvelles et inexplorées développement de matériaux magnétiques hybrides pour la propagation et la diffusion des SW, l'imagerie des SW à l'aide de la microscopie à centre NV, la détection électrique des SW à grand signal, la manipulation des textures de spin par divers stimuli externes, la modélisation et l'algorithme d'entraînement du système physique.

Pour les alternatives logiques beyond-CMOS, les dispositifs spintroniques offrent un potentiel de miniaturisation au prix d'énergies de commutation élevées. Les matériaux magnétoélectriques multiferroïques devraient permettre de contrôler l'aimantation à l'aide de champs électriques intrinsèquement peu consommateurs, mais cette solution a donné des résultats limités au niveau des dispositifs. BiFeO3 reste le matériau multiferroïque le plus étudié, car il présente à température ambiante une polarisation ferroélectrique robuste et un antiferromagnétisme non colinéaire couplés. Dans la logique magnétoélectrique à spin-orbite (MESO), l'aimantation d’un nano-aimant, adjacent à un matériau multiferroïque dérivé de BiFeO3, est commutée uniquement avec une tension et lue par conversion spin charge. Dans la première démonstration expérimentale de MESO, le contrôle magnétoélectrique d'un ferromagnétique CoFe s'est avéré non déterministe. Nous cherchons à simplifier l'état natif de films minces multiferroïques de BiFeO3 pour obtenir une commutation déterministe de la polarisation et de l'antiferromagnétisme. Dans ce contexte, nous avons récemment observé une transition de phase antiferromagnétique, entre des ordres non colinéaires et colinéaires, déclenchée par la commutation de la polarisation de films minces de BiFeO3 à domaine unique. Le projet DEMIETTES vise à explorer l'influence d'une telle transition de phase antiferromagnétique sur l'aimantation d'une couche ferromagnétique adjacente. Nos objectifs sont de : (i) concevoir une commutation déterministe de la polarisation ferroélectrique à partir d'états à domaine unique dans BiFeO3 épitaxié ; (ii) déclencher une transition de phase antiferromagnétique non volatile par commutation de polarisation et comprendre son origine ; (iii) explorer la dynamique de l'aimantation des deux phases ; (iv) exploiter cette commutation multiferroïque pour contrôler l'aimantation d'une couche adjacente dans des dispositifs à l'état solide.

Les signaux RF sont maintenant omniprésents. Les dispositifs à ondes acoustiques de surface (SAW) sont largement utilisés pour la séparation de fréquences. Bien qu’économes en énergie, les dispositifs SAW fonctionnent principalement dans des applications à bande étroite et effectuent des opérations linéaires à fréquence conservée. Les couches minces et les cristaux de KNbO3 (KNO) ont un couplage électromécanique plus élevé que tout autre matériau compatible SAW, mais ils n’ont jusqu’à présent presque jamais été utilisés en raison de leur croissance très difficile et du coût associé. La résolution de cette difficulté est en cours. Leur couplage électromécanique record permettrait de concevoir des transducteurs large bande, les rendant adaptés au traitement de signaux non linéaires, y compris les applications de conversion de fréquence. À l’inverse, les ondes de spin (SW) sont utilisées dans des applications micro-ondes nécessitant une non-linéarité. En effet, les SW sont facilement amenées dans des régimes non linéaires (il existe des « collisions » entre ondes de spin) et des seuils de puissance séparent alors des comportements qui peuvent être radicalement différents. Cela est particulièrement prégnant dans les nanostructures à base de multicouche, car la quantification des SWs exacerbe certains canaux de couplage. NELSON utilisera les spécificités des ondes de spin – large bande passante et non-linéarité intrinsèque– pour conférer cette non-linéarité aux dispositifs micro-ondes SAW basés sur KNO. Nous conçoirons des limiteurs de puissance et de convertisseurs de fréquence sans oscillateur local, le tout sur une plateforme SAW. Le consortium rassemble 4 labos qui ont une expertise dans la science des matériaux et la physique des piézos (FEMTO-ST), des empilements spintroniques pour la magnonique non linéaire (CEA), du couplage de SW et AW et leur imagerie (INSP), et des spectroscopies électriques et optiques des SWs (C2N).

A l'interface entre chimie, électronique moléculaire/0D et spintronique, G-ISLAND cible le transport de spin dans les nano-graphènes. Au-delà des mémoires magnétiques MRAM, la spintronique est envisagée comme un candidat majeur pour l'après-CMOS. Dans ce contexte, G-ISLAND vise à déverrouiller l'exploration des nano-îlots quantiques de graphène (GQD) comme nouvelle plateforme matériau de spin. Des fonctionnalités uniques sont attendues pour le graphène à l'échelle nano, avec de longs temps de vie de spins menant potentiellement à leur forte accumulation cohérente. Cependant, à ce jour, en dépit de leur énorme potentiel, l'électronique à électron unique et la spintronique avec GQD restent des visions criblées de défis majeurs : le transport de spin n'a jamais été rapporté dans des GQD isolés. C'est là que G-ISLAND se positionne. En s'écartant des approches latérales de la littérature, nous nous appuierons sur une géométrie originale de contact tunnel vertical permettant enfin de sonder le transport pour une large gamme de GQD (taille et configuration) accessible par synthèse chimique, combinée au support fondamental du STM/STS/Spin-Polarized-STM ainsi qu'à des caractérisations optiques avancées des GQD spécialement développés. La synergie proposée permettra de s’attaquer pour la première fois au défi de longue date consistant à développer une compréhension fondamentale de l'intégration des GQD dans des dispositifs électroniques et spintroniques fonctionnels afin d'en explorer les propriétés. Il sera alors possible d’exploiter les fonctionnalités spécifiques aux GQD, incluant les régimes de transport quantique et d’électrons uniques. Une nouvelle génération de nanodispositifs spintroniques sera développée, ciblant l'injection, le transport et l'accumulation de spins dans les GQD, atteignant les régimes de durée de vie géante de spins (> 100ns).

Le projet SAWSiX vise à développer une plateforme de traitement de l'information basée sur la spintronique pour générer, manipuler et détecter des phonons acoustiques. Cette plateforme vise à surpasser les limites des techniques traditionnelles en introduisant une nouvelle approche pour contrôler les fréquences phononiques dans les matériaux piézoélectriques et non piézoélectriques. La génération de phonons acoustiques sera réalisée grâce à l'utilisation d'un support magnétique, excité par une antenne à micro-ondes ou par des courants continus. L'objectif final est de développer des dispositifs phononiques accordables à haute fréquence. Le projet cherche également à déterminer si les nano-oscillateurs à effet Spin Hall peuvent interagir avec les phonons acoustiques, entraînant potentiellement des auto-oscillations avec un courant inférieur au seuil. Grâce à des mesures sophistiquées, le projet vise à construire une plateforme phononique hautement accordable opérant sur un large spectre de fréquences pertinentes pour les technologies de communication 5G et 6G. Ce projet contribuera à étendre les applications des dispositifs phononiques dans les systèmes de traitement de l'information et de communication. Il permettra également la création de premiers émetteurs-récepteurs de phonons basés sur la spintronique, capables de détecter efficacement les phonons acoustiques et de les convertir en signaux électriques. Cette approche ouvrira la voie à des progrès dans les technologies de traitement des signaux, de détection et de communication.

L’objectif du projet est de développer des briques technologiques pour la détection et l’imagerie infrarouge basées sur l’alliage GeSn, un semi-conducteur du groupe IV compatible avec les procédés industriels à faible coût du silicium. Cette approche vise à étendre la plage spectrale de détection vers des longueurs d’onde plus élevées avec du GeSn, permettant ainsi la réalisation de dispositifs fonctionnant dans l’infrarouge moyen (MidIR) entre 2 et 5 µm. En effet, aucune plateforme de matériaux compatible avec la technologie CMOS ne permet aujourd'hui une telle étendue spectrale. Le projet GERALD développe et optimise plusieurs classes de détecteurs, avec un accent particulier sur les diodes à hétérostructure à puits quantiques (QW) et les phototransistors. Différentes architectures seront explorées et optimisées à l’aide d’algorithmes évolutionnaires basés sur l’IA. Une première étape consistera en la démonstration d’un dispositif unitaire, avant de passer à la réalisation de réseaux de photodétecteurs intégrant des circuits de lecture externes (ROIC). L’approche phototransistor représente une avancée majeure vers l’informatique embarquée dans les capteurs (in-sensing computing), où la détection optique est couplée au stockage de charge électrique et à une lecture par transistor. Cette technologie ouvre des perspectives pour des réseaux neuromorphiques dédiés au calcul en périphérie (edge computing), avec des applications potentielles en intelligence artificielle pour l’analyse spectrale et la reconnaissance d’images directement sur puce. L’intégration du GeSn dans les procédés standards de la microélectronique constituerait une avancée décisive pour la photonique sur silicium. Elle permettrait de démocratiser la détection et l’imagerie infrarouge à faible coût, rendant ces technologies accessibles à une production de masse. Cette approche pourrait transformer des secteurs clés tels que les laboratoires sur puce (lab-on-a-chip), les biocapteurs, les systèmes d’imagerie pour l’aide à la conduite (vision à travers le brouillard), la détection de gaz et de liquides, le suivi de la pollution et la sécurité. Le consortium réunit des experts européens de premier plan dans la croissance de semi-conducteurs innovants à base de (Si)GeSn sur silicium, ainsi que dans la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs photoniques. Les partenaires ont déjà collaboré dans le cadre de publications scientifiques et de projets financés au niveau national et européen, assurant ainsi une solide synergie pour mener à bien cette initiative.

La croissance exponentielle du trafic sans fil et la densification des futurs réseaux nécessitent des concepts en rupture pour réduire le nombre des systèmes RF et leur consommation énergétique. Les surfaces intelligentes reconfigurables offrent une solution efficace en énergie pour la formation de faisceaux, mais nécessitent des émetteurs-récepteurs complexes (e.g. full-duplex) pour réaliser des fonctions non linéaires et non réciproques. Les métasurfaces à modulation spatio-temporelle (MMST) ont émergé comme une solution pour surmonter ces limitations et créer une nouvelle génération d'antennes multifonctionnelles. METATEMPO vise à améliorer la conception et la maturité technologique des MMST 2D et à évaluer leur pertinence pour les futurs réseaux terrestres et satellitaires. Des systèmes d'antennes à fort gain avec une seule ouverture rayonnante seront démontrés dans la bande 17-30 GHz, permettant une formation de faisceaux à plusieurs harmoniques de la fréquence de modulation, tout en réduisant la complexité et la consommation de l’électronique. Les capacités de formation de faisceaux seront optimisées grâce à des cellules basées sur des diodes PIN et à l’optimisation conjointe des modulations spatiale et temporelles. La non-réciprocité de la surface permettra de découpler les chemins d’émission et de réception. Des antennes alimentées par une source externe et à ondes de fuite seront développées pour systèmes sans fil sur plateformes fixes et mobiles. METATEMPO vise à démontrer la pertinence des MMST pour des applications émergentes qui nécessitent de réaliser au même temps des fonctions de communications et de détection multifaisceaux. La possibilité d’établir des liaisons de communication tout en localisant simultanément des cibles avec une précision centimétrique sans utiliser émetteur-récepteur pour chaque fonction sera démontrée.

L'ajout de capacités d'auto-automatisation est crucial pour les réseaux 6G, où la demande d'intelligence dans chaque facette de la communication est plus élevée que jamais. Une « Intelligence de tout » (IoE) pleinement réalisée dans la 6G nécessite plus que de simples services de communication. Pour pouvoir proposer des solutions adaptées aux besoins des villes intelligentes, des véhicules autonomes ou du métavers, les systèmes de télécommunication doivent introduire des capacités d'auto-automatisation et d'auto-correction à tous les niveaux. Le projet AICom vise à intégrer les techniques d'intelligence artificielle (IA) dans les réseaux de télécommunication pour améliorer la linéarisation des émetteurs radiofréquence. Archimède a dit : « Donnez-moi un levier suffisamment long et un point d'appui sur lequel le placer, et je ferai bouger le monde. » Dans le projet AICom, les techniques over-the-air (OTA) servent de point d'appui, tandis qu'une architecture de communication intégrée et de calcul de pointe (ICEC) est proposée pour servir de levier pour révolutionner la linéarisation du réseau 6G. Les calculs traditionnels basés sur des serveurs seront transférés vers des appareils de pointe. Ici, les équipements utilisateurs (dispositifs périphériques) formeront des modèles d'IA à l'aide d'ensembles de données plus petits et localisés, tandis que les paramètres DPD sont agrégés de manière analogique via des canaux OTA et un apprentissage fédéré. Cette conception ICEC permet l'auto-linéarisation, où les paramètres DPD sont calculés par le réseau lui-même, ce qui permet une communication à faible latence et à faible consommation d'énergie vers le réseau d'intelligence artificielle et d'accès radio 6G (AI-RAN).

Le projet MASTRONCE vise à répondre aux défis actuels de l'économie circulaire (EC) en se concentrant sur le passage à l'échelle d’une version forte des modèles d'affaires circulaires, dans une logique de sobriété. Aujourd'hui, les pratiques d'EC sont souvent limitées à des approches d'optimisation des process de production et des activités de recyclage, insuffisantes pour réellement découpler la croissance économique de l'empreinte matière. MASTRONCE propose de lever ces freins en identifiant les leviers nécessaires pour favoriser l’adoption à grande échelle de modèles disruptifs tels que l'économie de fonctionnalité et la réparation dans des secteurs clés. Le projet développera également de nouveaux indicateurs financiers et extra-financiers pour mieux mesurer les progrès vers une EC forte, tout en cartographiant les compétences et métiers émergents nécessaires pour soutenir cette transition. Enfin, le projet abordera les obstacles que l'intégration croissante de l'électronique et des logiciels dans les produits fait peser sur l’économie circulaire, afin de proposer des solutions concrètes pour prolonger la durée de vie des produits et favoriser des pratiques commerciales durables. S'appuyant sur une approche collaborative et interdisciplinaire, le projet réunira des partenaires industriels majeurs tels que Renault, Schneider Electric, Fnac-Darty, Decathlon, Everever, les membres du Club de la Durabilité et de la coalition Right-to-Repair ainsi que des acteurs de l'Economie Sociale et Solidaire (Halte à l'Obsolescence Programmée, ESS France, Emmaüs, Envie), offrant l'accès à des données et des terrains riches d'enseignement. Seront impliqués également un expert de la formation (Circulab) et des chercheurs de internationaux du Réseau de Recherche en EC du Québec. Ce projet, en développant des outils pratiques et des recommandations de politiques publiques, ambitionne de transformer en profondeur les systèmes productifs vers une économie plus résiliente et durable.

La circulation de l’or subsaharien vers les rives de la Méditerranée a fait l’objet d’une attention particulière de la part des historiens médiévistes. Les sources écrites, notamment les textes des géographes arabes, témoignent de la richesse de régions d’où proviendrait l’or utilisé pour les monnayages arabo-musulmans. L’ampleur de cette utilisation demeure néanmoins difficilement estimable. De la même manière, si l’exploitation de mines d’argent est documentée pour le Maghreb, l’utilisation de cette production dans les monnayages de l’Occident musulman n’a que peu été mesurée. Alors que la circulation des métaux précieux en direction d’al-Andalus a essentiellement été étudiée à partir de témoignages relatifs à l’or, il semble indispensable d’y associer l’argent afin de comprendre les dynamiques de circulation des métaux précieux dans le bassin occidental de la Méditerranée. Le projet ALMACIR propose l’établissement d’un référentiel de composition des alliages monétaires à base d’or et d’argent de l’Occident musulman médiéval grâce à des analyses spectrométriques de masse à plasma par couplage inductif par ablation laser (LA-ICP-MS). Après le catalogage et la mise en base de données des plus de 700 dinars et dirhams soumis aux analyses, les résultats mettront en avant les teneurs en éléments traces, présents sous la forme d’impuretés dans les minerais et susceptibles d’indiquer l’origine des métaux. Les objectifs seront d’évaluer la circulation de l’or et de l’argent et d’estimer les variations de flux selon les pouvoirs émetteurs, entre les conquêtes arabo-musulmanes en Occident au tournant des VIIe-VIIIe siècles et la chute de la dynastie almohade en 1269. L’étude devrait ainsi éclairer le commerce transsaharien et la production des métaux en Afrique de l’Ouest et du Nord, et renouveler la vision actuelle du commerce transsaharien et des réseaux de circulation entre le Magrib al-Aqsa et al-Andalus.

La compréhension du comportement électrocatalytique de (nano)matériaux demande des stratégies non-invasives pour mesurer des gradients tridimensionnels d’espèces chimiques en conditions operando. En effet, la croissante complexité de ces matériaux renforce le besoin de disposer d'outils de haute résolution (spatiale et temporelle) pour monitorer l'activité de différentes zones actives (et leurs interactions) sans interférer avec le système sondé. L'objectif de ce projet est ainsi de préparer des nanosondes fonctionnalisées avec des capteurs optiques, et de les utiliser pour mesurer la distribution d’espèces chimiques générées à proximité de catalyseurs hétérogènes, en particulier autour de particules individuelles sub-micro- et nanométriques. L'approche proposée consiste à préparer des supports nanométriques sur lesquels un nombre limité de capteurs moléculaires luminescentes sera fixé. Le projet est rendu possible par l'application de stratégies de contrôle aux réactions de photogreffage récemment introduites par notre groupe pour modifier des surfaces inertes avec précision de quelques attoL. Sur la base de cette première démonstration, nous proposons maintenant de préparer des nanopointes luminescentes à partir de nanopipettes. Deux voies sont proposées pour préparer les sondes, offrant de différents compromis entre sensibilité, résolution et facilité de mise en œuvre. Les pointes résultantes peuvent être facilement manipulées et seront utilisées pour mesurer les profils de pH (spatial et temporel) générés par les réactions d'évolution d'oxygène et d'hydrogène activées par des particules catalytiques et des microélectrodes. Avec la perspective de généraliser la méthodologie pour la détection d'autres espèces chimiques et réactions, ce projet introduit des nouveaux outils et instruments pour suivre la réactivité à des échelles sub-micrométriques et nanométriques dans des temps caractéristiques inférieurs à la milliseconde.

La réduction sélective de l’oxygène en eau est cruciale pour la vie et constitue un processus central chez les organismes aérobies. La cytochrome bd oxydase est une oxygène réductase terminale procaryote qui permet l'adaptation des bactéries à différents environnements et confère une résistance aux conditions de stress. N'étant pas présente chez l'humain, elle constitue une cible intéressante pour la recherche sur les antibiotiques. Des études structurales récentes ont mis en évidence un degré élevé de diversité entre les cytochromes bd de différents organismes et ont révélé que, contrairement à ce qui avait été supposé précédemment, la réduction de l'oxygène a lieu sur un site mono-hème. Le mécanisme de réaction doit donc être revu. Les études biochimiques, électrocatalytiques, spectroscopiques (IR, Raman, RPE) et de modélisation sont des approches complémentaires qui permettront d'éclairer le mécanisme réactionnel de l'enzyme. Le rôle de la quinone et la réactivité du site mono-hème dans deux variantes du cytochrome bd seront particulièrement étudiés. Nous développerons des approches expérimentales combinant la reconstitution d'un environnement de membrane type avec la technologie des nanodisques et l'utilisation de techniques électrochimiques et spectroscopiques. Elles seront couplées à des simulations moléculaires de pointe pour aider à interpréter les données expérimentales et/ou proposer de nouvelles hypothèses. Les résultats permettront de caractériser le mécanisme de cette importante famille d’enzymes.

Il existe plusieurs méthodes de modification covalente et robuste des surfaces, basées sur la génération de radicaux réactifs, comme l'électrogreffage de sels d'arydiazonium ou l'électrooxydation d'amines. Nous proposons ici une approche/méthodologie totalement différente, basée sur le principe de la photoinjection d'électrons (PIE), complétée par l'imagerie quantitative de phase (QPI) pour les surfaces, afin de mieux comprendre la réactivité des radicaux organiques par rapport aux surfaces. Nous nous concentrerons plus particulièrement sur la réactivité et le greffage d'intermédiaires radicalaires avec les surfaces de matériaux carbonés. Le projet présente à la fois des objectifs appliqués et fondamentaux forts : - (i) L'objectif appliqué du projet est de pouvoir préparer des surfaces fonctionnelles bien définies (notamment sur des matériaux carbonés) auxquelles sont attachés des groupes organiques (alkyle, perfluoroalkyle, benzyle,…), obtenues à partir de précurseurs simples, qu'il est quasiment impossible de greffer de manière contrôlée avec les méthodologies classiques. Si des méthodes électrochimiques existent pour fixer une couche fonctionnelle sur une électrode, notamment pour les matériaux carbonés, les approches électrochimiques pures sont limitées par principe en termes de diversité des entités chimiques pouvant être directement greffées sur un substrat choisi et de contrôle de la structure de la couche obtenue. - (ii) Pour répondre à ces objectifs, une compréhension plus approfondie de la réactivité (en solution et vis-à-vis des surfaces) ainsi que la détermination des caractéristiques fondamentales (par exemple leurs potentiels d'oxydation ou de réduction) des radicaux organiques intermédiaires par rapport aux matériaux substrats sont un besoin essentiel. Ainsi, une grande partie du projet sera orientée vers des questions fondamentales sur la réactivité d'un radical organique par rapport à une surface (notamment les surfaces de matériaux carbonés) avec l'idée d'utiliser les réactions de greffage pour une modification bien contrôlée de la surface. Nous nous concentrerons particulièrement sur la compréhension de la façon dont un radical organique R° s'ajoute sur les surfaces par rapport aux autres processus compétitifs (voir schéma 1). Un double suivi sera ainsi établi : - En étudiant les propriétés redox fondamentales des intermédiaires radicalaires ; - En surveillant et en contrôlant la formation des couches à la surface. - (iii) L'utilisation de la PIE avec des matériaux carbonés soulève plusieurs questions et défis en photoélectrochimie, notamment concernant les lois qui décrivent la PIE à partir de ces matériaux. Ces points ont été rarement abordés dans la littérature, comme la quantification de la (photo)efficacité du procédé et la détermination du moment et des modalités d'utilisation de la PIE pour les surfaces carbonées.

Dans le cadre du projet SMILE, nous étudierons de nouveaux isomères de molécules interstellaires connues, à la fois en laboratoire et dans l'espace. En utilisant nos modèles sur la chimie de plusieurs sources interstellaires, nous avons identifié des cibles moléculaires spécifiques, avec des abondances anticipées substantielles dans le milieu interstellaire, pour lesquelles les données de laboratoire font actuellement défaut. Notre approche implique la caractérisation expérimentale de leurs spectres rotationnels, suivie de recherches interstellaires. Chaque détection interstellaire, ou son absence, fournira des contraintes essentielles pour affiner les modèles actuels des réseaux astro-chimiques.

Le projet ELEPHANT vise à répondre aux questions scientifiques suivantes : À partir de quelle taille les molécules commencent-elles à se comporter comme des solides ? Existe-t-il une nouvelle physique aux échelles intermédiaires ou la transition est-elle abrupte ? Ces questions sont au cœur de débats intenses depuis des décennies. À notre connaissance, aucune réponse convaincante n'a encore été apportée, car la possibilité d'une étude systématique était rendue impossible à cause du manque de systèmes moléculaires adaptés. La réponse à ces questions est importante pour le développement d'un certain nombre d'applications. En particulier, la possibilité de placer plusieurs excitations dans le même objet et de comprendre leur interaction est cruciale pour les propriétés de transport, la récupération des porteurs de charge ou les valeurs de gain optique. Pour répondre à ces questions, ELEPHANT se concentre sur la synthèse et l'étude des propriétés optiques de grands nanoparticules de graphène (objets considérés comme 0D) dont les dimensions seront modifiées en continu avec une précision à l'échelle atomique pour atteindre des nanorubans de graphène 1D.

L'activité enzymatique est au cœur de la fonction métabolique des cellules, la régulation des nombreuses voies métaboliques étant essentielle pour maintenir l'homéostasie cellulaire. Une description détaillée des flux métaboliques dans la cellule est nécessaire pour mieux comprendre les conséquences de leurs altérations. C’est le but des études de fluxomique dont des modèles numériques des voies métaboliques, visent par exemple à prédire les effets de certains médicaments. Il est nécessaire pour cela de caractériser la cinétique enzymatique dans des conditions physiologiques. La résonance magnétique nucléaire permet l'étude résolue en temps des réactions enzymatiques et permet ainsi une analyse cinétique complète par la détection simultanée des substrats et produits. Cependant, son manque intrinsèque de sensibilité limite la résolution temporellede ces études, ce qui nécessite souvent de ralentir considérablement les réactions afin de caractériser leur cinétique. De ce point de vue, les expériences de DNP avec dissolution (dDNP), en permettant d’amplifier le signal RMN jusqu'à 4 ordres de grandeur, se révélent très prometteuses pour les études en temps réel de réactions enzymatiques rapides dans des conditions pseudo-physiologiques. Un des objectifs de ce projet est de faire de la dDNP une technique analytique robuste et efficace pour suivre les réactions enzymatiques s’effectuant en quelques dizaines de secondes et d’en tirer pleinement parti en levant des obstacles techniques, instrumentaux et méthodologiques. Les études nécessiteront l'optimisation des échantillons, une compréhension et un contrôle fins de la dissolution et du mélange, le développement de nouvelles expériences d'imagerie et de spectroscopie, et l’utilisation de modèles de cinétique adéquats. Un autre objectif de ce projet sera de mettre à profit ces différents développements pour étudier des voies métaboliques fondamentales, la voie des pentoses phosphates et la voie de la glutamine.

L’état liquide de spin est au centre des recherches actuelles en magnétisme quantique. Malgré de fortes interactions, les spins ne se gèlent pas à basse température mais réalisent un état désordonné intriqué à longue portée caractérisé par des excitations fractionnaires telles que des spinons au lieu des ondes de spin conventionnelles. Cet état est bien connu pour les chaînes de spins 1/2 antiferromagnétiques, mais bien moins compris à plus hautes dimensions où la physique est plus riche, stimulant de nouveaux concepts et de potentielles applications de ces systèmes quantiques. Suite à la découverte récente de nouveaux composés, l'objectif de ce projet est d'étudier ces matériaux quantiques frustrés, à réseau kagome, qui sont parmi les meilleurs candidats pour cette physique. Nous nous concentrerons sur leurs excitations de basses énergies qui révèlent la nature de l'état fondamental ainsi que sur l’influence des perturbations par rapport aux modèles idéaux. En effet, en raison de la frustration, de nombreux états quantiques entrent en compétition dans une faible gamme d'énergie, et les perturbations sont susceptibles de sélectionner l'état fondamental réalisé dans un matériau donné. Ces perturbations se traduisent par un changement du modèle d'interactions magnétiques, qui peut être local, si induit par des impuretés, ou global, si contrôlé par les symétries cristallines ou des paramètres extérieurs. Notre premier objectif est l’étude des états fondamentaux et des excitations de nouveaux matériaux à réseau kagome, candidats liquides de spin tels que l'averievite dopée au Zn et le composé sans impureté Y-kapellasite sous pression. Le deuxième objectif est l’étude du rôle des perturbations, internes ou externes, sur le comportement liquide de spin. Cette étude comprend la réponse aux défauts que nous caractériserons principalement par résonance magnétique nucléaire dans l'averievite dopée au Zn et l'herbertsmithite, et modéliserons à l'aide d'outils théoriques avancés. Les effets de la pression et du champ magnétique seront également étudiés, en particulier en tant que perturbations de l'état fondamental fragile des composés Y-kapellasite. Nous proposons d'aborder ces objectifs en utilisant principalement des techniques locales de résonance magnétique nucléaire (RMN) ou quadrupolaire, avec en complément la spectroscopie de spin muonique et la diffusion inélastique des neutrons, sur une sélection de matériaux. La RMN permet de séparer les différentes contributions magnétiques et est donc particulièrement bien adaptée aux systèmes spatialement inhomogènes. Elle permet ainsi de déterminer la susceptibilité intrinsèque dans les candidats liquide de spin, où la contribution d'impuretés, même en très faible proportion, fausse les mesures macroscopiques à basse température. Par les mesures de relaxation, la RMN permet aussi de mesurer avec une sensibilité inégalée la présence de gap dans les excitations. Le troisième objectif est de développer des approches théoriques pertinentes pour décrire ces états liquide de spins et leurs perturbations, en particulier la méthode entropique pour extrapoler les développements en série haute température. Cette méthode entropique est particulièrement utile pour les candidats liquides de spin sans ordre à longue portée, où les interactions ne peuvent pas être obtenues par l'analyse des ondes de spin. Nous effectuerons également des simulations Monte Carlo pour étudier, en particulier, l'effet de changement dimensionnel induit par les défauts sur les modèles de spin frustrés.

Quelle peut être la plus petite conductivité thermique d’un cristal ? Cette question revêt un intérêt fondamental et technologique. La conception de matériaux ayant une faible conductivité thermique est devenue un défi technologique crucial pour les dispositifs thermoélectriques. Le projet MELODY vise à résoudre cette question fondamentale et fournira de nouvelles directivons pour le développement de matériaux à faible conductivité thermique. Dans le cadre de ce projet, nous proposons de tirer parti du couplage des phonons avec les degrés de liberté magnétiques dans des échantillons bien choisis (oxydes magnétiques et oxydes d'entropie élevée) pour réduire la conductivité thermique. En combinant des sondes macroscopiques (chaleur spécifique, conductivité thermique) et des sondes microscopiques (diffusion inélastique des neutrons) avec des calculs théoriques de premier principe, nous visons à identifier les mécanismes qui conduisent à leur faible conductivité thermique et à les optimiser pour atteindre la conductivité thermique la plus basse possible. Le projet MELODY est constitué d'un consortium de quatre partenaires, tous des experts mondiaux dans les domaines de la synthèse chimique, du transport thermique, de la diffusion inélastique des neutrons et des calculs de premier principe. La combinaison de leur expertise ouvrira une nouvelle approche pour l'ingénierie de conducteurs thermiques à faible conductivité.

Les vitrocéramiques consistent en des nano/microcristaux dispersés dans un verre résiduel. Ces matériaux méso-structurés ont de nombreuses applications, dans les implants médicaux ou les écrans de smartphone... Cependant, leur fissuration par corrosion sous contrainte (CSC) a été peu étudiée. Ce phénomène, qui dépend fortement de l'humidité relative et de la température, ainsi que du matériau (composition chimique et microstructure), peut restreindre considérablement leur utilisation en raison de la propagation des fissures pour des contraintes faibles. Ce projet vise à comprendre le lien entre la structure des vitrocéramiques et leur comportement en rupture (de la fissuration par CSC à la fracture dynamique) en réunissant des experts de différents domaines. Il regroupe l'UFSCar au Brésil (experts en développement, fabrication et caractérisation de vitrocéramiques et simulation informatique), l'IPR de l'Université de Rennes (experts en mise en forme d'échantillons, essais mécaniques, simulation multi-échelle) et le CEA (experts en CSC et analyse statistique). Le projet comprend trois axes principaux : 1/ La fabrication d'échantillons et la caractérisation structurale et rhéologique avec des techniques comme l'AFM, le Raman, le MEB. 2/ Le comportement en rupture : Ce travail permettra d'établir la courbe complète de CSC, dans des conditions contrôlées, de la limite de fatigue statique à la résistance à la rupture. La surface de fracture sera aussi analysée à l’aide d’outils statistiques. Les données expérimentales seront complétées par des simulations à différentes échelles, ce qui permettra de mieux comprendre les changements structuraux induits mécaniquement. 3/ Ces données serviront à établir les relations entre structure d'une part et propriétés mécaniques, de fracture et de CSC d'autre part. Cette collaboration comprendra des échanges fréquents entre les deux pays et impliquera des étudiants qui bénéficieront grandement des différentes expertises.

S'ils fonctionnaient à conditions atmosphériques, les matériaux quantiques tels que les supraconducteurs (SC) pourraient avoir un impact remarquable sur la société dans le domaine des énergies renouvelables ou de l'informatique quantique. À ce jour, les cuprates détiennent toujours le record de température critique à pression ambiante, mais sont incompris. La découverte récente de SC dans les nickelates bicouches (à 80 K et 18 GPa) a constitué une percée remarquable. Ces systèmes présentent des différences avec les cuprates : remplissage électronique, transition structurale sous pression, présence d'ondes de densité et dôme SC persistant sur une large gamme de pressions. Les nickelates offrent donc de nouvelles perspectives de compréhension de la SC à haute Tc. En outre, ils ont un potentiel pour des températures critiques plus élevées à des pressions plus basses. Aujourd'hui, de nombreuses questions doivent être rapidement résolues. Quel est l'impact de la pression sur le SC ? Pourquoi la Tc est-elle indépendante de la pression ? Quelle est la nature des autres phases en compétition ? Et surtout, quel type de substitution permet d'optimiser la phase SC ? Pour étudier ces questions et amener l'Europe dans la course, il est primordial de rassembler un consortium d'experts suisses et français des hautes pressions, de la synthèse à la caractérisation. L'ambition du projet est double. Nous investiguerons le diagramme de phase (p,T) du point de vue magnétique, électronique et structural afin de définir la nature des phases en compétition et de caractériser avec précision l'effet de la pression. Nous prévoyons surtout d'effectuer des substitutions afin d'induire une pression chimique ou un changement de symétrie. Notre objectif est d'établir les conditions chimiques qui favoriseraient l'apparition de la SC à plus haute TC et basse pression via la synthèse et la caractérisation approfondie des nouvelles compositions sous pression.

Les découvertes récentes d'éléments superlourds ne concernent que quelques événements. L'attribution de leur masse et de leur charge repose sur le calcul de la fonction d'excitation de la réaction et sur la mesure de leur désintégration alpha, les bombardements croisés servant de contrôle de cohérence. Cependant, un canal d'évaporation systématique et non détecté de particules chargées modifierait l'attribution. Ainsi, bien que les éléments de numéro atomique Z=113, 115, 117 et 118 aient été assignés au tableau périodique des éléments chimiques, complétant la septième rangée, il n'existe aucune preuve directe de leur numéro atomique, Z. Les rayons X sont une empreinte digitale du numéro atomique d'un noyau puisque l'énergie des rayons X est proportionnelle à la charge atomique Z. Notre objectif est de développer un système de détection de principe en exploitant les récentes avancées technologiques dans la fabrication de détecteurs en silicium et d'ASIC à partir de la spectroscopie de fluorescence des rayons X. Nous démontrerons que ces progrès amélioreront l'efficacité de détection actuelle de SIRIUS (GANIL) d'un facteur dix aux énergies de rayons X L et la résolution intrinsèque d'un facteur vingt. Le démonstrateur proposé sera donc capable d'identifier sans ambiguïté le numéro atomique des éléments superlourds nouvellement découverts grâce à des mesures de rayons X L.

Le projet GRAiNITA vise à développer le démonstrateur d'un calorimètre de nouvelle génération, pour une application éventuelle dans les expériences FCC e+e-, capable de fournir un échantillonnage extrêmement fin de la gerbe électromagnétique et donc une bonne résolution énergétique pour les photons (~2%/sqrt(E)). En outre, la possibilité de mesurer la fraction d'énergie hadronique dans la gerbe, présente sous forme de protons de faible énergie, en utilisant la technique de discrimination de forme d'impulsion (PSD), sera également étudiée.

De récentes études de cosmochimie montrent que notre système solaire a subi lors de sa formation une inexpliquée et importante disparition de matériau solide carboné dans la zone des planètes telluriques, rendant selon certaines études, ces planètes plus propices à l’apparition de la vie. L’étude des disques protoplanétaires est déterminante pour comprendre la formation des planètes ainsi que les phases précoces du Système Solaire. Parmi les différents matériaux solides, la matière carbonée est particulièrement importante en raison de son interaction avec le rayonnement, qui influe sur la structuration des disques, ainsi que pour sa contribution à la composition des planètes qui impacte leur dynamique interne et potentiellement leur habitabilité. L’instrument MATISSE au VLTI offre pour la première fois la possibilité d’observer les poussières carbonées dans les disques aux plus petites échelles spatiales (~ 0.1-10 unités astronomiques). La combinaison de ces données avec les données d’instruments comme VLT/VISIR, NaCo, SPHERE, ERIS et de VLTI/PIONIER, GRAVITY, ALMA et JWST permettra d’obtenir une cartographie à toutes les échelles de cette matière carbonée comparée à la distribution des poussières silicatées. Afin de lever les dégénérescences dans la modélisation de l’émission des disques, l’espace des paramètres permettant de décrire la morphologie des régions internes sera d’abord déterminé par ajustement de modèles analytiques. Les réservoirs de matière solide carbonée seront ensuite déterminés en utilisant un modèle complet de transfert radiatif. Le processus de modélisation considère en particulier un modèle de poussières physiquement auto-consistant appelé THEMIS, développé par les proposants, et qui inclut silicates et particules carbonées. Une analyse numérique va permettre de prendre en compte la distribution en taille et la répartition des particules dans la direction verticale au plan du disque, via le code PHANTOM, de façon à relier les observations de l’atmosphère des disques avec leur plan médian. La sublimation des grains ainsi que les effets de photo-destruction des grains attendus dans l’atmosphère des disques seront pris en compte. Les profils radiaux Carbone/Silicium permettront de mettre en regard les systèmes jeunes observés avec les résultats issus de la cosmochimie de notre Système Solaire.