Projets

Les simulateurs quantiques sont des systèmes idéalement contrôlés permettant la simulation de la matière quantique complexe. Des efforts expérimentaux pour mettre en œuvre cette idée sont poursuivis en particulier dans le domaine des atomes ultrafroids, des ions piégés, des circuits supraconducteurs, des systèmes photoniques et en RMN. La force et l'originalité de ce projet est de se concentrer sur une nouvelle implémentation utilisant des circuits supraconducteurs mésoscopiques micro-fabriqués. Plus précisément, nous étudierons deux architectures de circuits: (i) des chaînes de jonctions Josephson, (ii) des réseaux de résonateurs supraconducteurs non linéaires. Ces deux systèmes simulent le modèle de Bose-Hubbard pour différents paramètres et différentes géométries de réseaux. Le modèle de Bose-Hubbard est un paradigme largement répandu pour l'étude des systèmes bosoniques fortement corrélés. Il permet de traiter une variété de problèmes en physique de la matière condensée, comme la physique de Mott ou, associé à des champs de jauge artificiels, des phases topologiques de la matière telle que la physique de l'effet Hall quantique. Si certains de ces problèmes sont bien connus dans les systèmes fermés, de nombreuses questions restent sans réponse pour les systèmes ouverts et / ou en présence de désordre. Ce projet permettra d'unifier les efforts théoriques et expérimentaux pour obtenir de nouvelles informations sur (i) la transition supraconducteur-isolant et le rôle du désordre, (ii) la réalisation de nouveaux états de lumière dans les réseaux de résonateurs hyperfréquences. De tels réseaux sont intrinsèquement des systèmes hors d'équilibre et peuvent être conçus pour avoir une topologie non triviale.

L’intrication entre des mémoires quantiques stationnaires et des qubits photoniques est une étape fondamentale dans les développements futurs de réseaux de communications quantiques. Motivée par ces applications potentielles, une nouvelle direction de recherche a vu le jour, explorant la manipulation cohérente tout-optique de qubits de spins uniques et isolés. La discrétisation du spectre d’énergie des boîtes quantiques semiconductrices et leur intégration facile dans des dispositifs conventionnels à base de semiconducteurs, les rendent particulièrement attractives pour ce genre d’applications. Les boîtes quantiques couplées, où les porteurs peuvent passer par effet tunnel cohérent d’une boîte à l’autre, sont encore plus intéressantes pour stocker l’information car elles constituent des qubits de spin avec des temps de cohérence très longs ce qui est nécessaire pour réaliser les portes logiques pour le calcul quantique. Les boîtes quantiques auto-assemblées ont déjà démontré leurs propriétés remarquables en tant que sources de photons uniques et indiscernables mais leur position aléatoire représente un obstacle pour leur intégration dans les circuits et les réseaux photoniques quantiques. Nous proposons de développer un nouveau procédé de fabrication pour une plateforme intégrée d’optique quantique, basé sur une croissance localisée de boîtes, intégrées dans des cavités à cristaux photoniques qui seront reliées par des guides d’onde planaires unidimensionnels et démontrer l’intrication de qubits de spin distants, le tout, « on-chip ». - Le premier objectif du projet est d’établir une stratégie de croissance pour des boîtes quantiques-molécules contraintes, avec une précision inégalée sur la position des boîtes, leur énergie et le couplage tunnel. Cette stratégie est basée sur l’utilisation de substrats gravés de nano-trous afin de contrôler la migration des adatomes sur la surface de croissance, conduisant à des variations d’épaisseur et de composition contrôlables à l’échelle nanométrique pendant la croissance. Des substrats gravés de nano-trous ex-situ seront utilisés pour démontrer qu’il est possible de créer un procédé évolutif pour réaliser des matrices de boîtes quantiques-molécules. Ceci constitue une étape fondamentale dans la création d’un réseau quantique de portes optiquement connectées à base de boîtes quantiques. - L’extraction de la lumière reste le défi principal dans la réalisation d’une interface spin-photon efficace. Le deuxième objectif sera donc d’insérer les émetteurs dans des structures photoniques de manière déterministe, pour tirer profit des effets d’électrodynamique quantique en cavité. Les niveaux électroniques des boîtes quantiques - molécules seront contrôlés localement par l’application de champs électriques et seront parfaitement ajustés au mode optique d’une cavité à cristal photonique, couplé à des injecteurs/extracteurs efficaces de lumière. - Le but du projet I-SQUAD est d’établir les conditions expérimentales nécessaires pour la réalisation de l’intrication spin-photon sur puce. Pour cela, nous démontrerons d’abord la manipulation cohérente tout-optique du qubit de spin (initialisation, contrôle cohérent, et lecture) matérialisé par un spin de trou dans une boîte quantique-molécule insérée dans une cavité à cristal photonique, puis l’intrication spin-photon. Ces deux démonstrations, et la réalisation on-chip des interférences à deux photons de deux boîtes quantiques-molécules, représenteront les briques de base pour les futurs réseaux quantiques locaux réalisés à partir de ces nano-processeurs quantiques interconnectés.

Le projet NanoStrong vise à combiner atomes froids et guides lents à cristaux photoniques. En associant un fort confinement transverse de la lumière et une interaction exaltée via une vitesse de groupe réduite, cette réalisation fournira une nouvelle plateforme permettant un couplage fort entre atomes et photons uniques, en simple passage. Cette direction de recherche conduira à de meilleures figures de mérite que les implémentations en espace libre mais également à des fonctionnalités spécifiques qui ne sont pas réalisables dans les plateformes actuelles. Cela inclut par exemple l’adressage d’une excitation atomique collective par un photon unique et ce sans cavité. Ces fonctionnalités trouveraient de nombreuses applications pour l’optique non-linéaire quantique et l'ingénierie d'états. Reposant sur un matériau prometteur (GaInP) maîtrisé par l'une des équipes et l'expertise unique du consortium dans le design de structure, le projet visera la réalisation d'un guide d'ondes à cristaux photoniques à mode lent couplé à un ensemble d'atomes froids piégés au-dessus de la membrane via les champs évanescents. Cette réalisation originale fournira une nouvelle plate-forme où chaque atome d'un ensemble peut fortement interagir avec un photon unique via une probabilité d'interaction exaltée, bien qu’en passage unique, contrairement aux schémas de CQED. Plus spécifiquement, le projet NanoStrong réalisera: -Le design et la fabrication de guides à mode lent compatibles avec des atomes alcalins -La démonstration du piégeage d’atomes froids à proximité de la structure -La démonstration d’un couplage efficace entre les atomes piégés et les modes de ces structures -La réalisation d’un switch à photon unique reposant sur une réflexion conditionnelle après stockage d’une excitation collective Pour atteindre ces objectifs, le projet NanoStrong regroupe 3 partenaires académiques. Ils rassemblent les compétences et techniques complémentaires nécessaires à sa réalisation: optique quantique, physique atomique, nanophotonique et fabrication. En raison de la nature du projet, les partenaires travailleront naturellement en collaboration très étroite. NanoStrong fournira une boîte à outils originale permettant de combiner physique atomique, optique quantique et nanophotonique. Cette boîte à outils permettra de nouvelles réalisations exploitant des interactions fortes entre photons uniques.

Depuis le XIXème siècle, la thermodynamique classique a développé des outils pour exploiter le bruit thermique et en faire une ressource. Les moteurs thermiques convertissent la chaleur des bains thermiques en un travail utile et stockable, en exploitant les transformations thermodynamique de substances actives telle qu'un gaz. Réciproquement, l'irréversibilité quantifiée par la production d'entropie mesure notre manque de contrôle sur le bruit, mettant une limite fondamentale au rendement d'un moteur thermique. Finalement, l'information sur l'état de la substance active peut être exploitée pour améliorer l'extraction de travail dans les dispositifs de démons de Maxwell. L'information apparaît comme une ressource qui peut être consommée pour produire de l'énergie et inversement, dont le codage dans les mémoires physiques coûte du travail. Récemment, la thermodynamique stochastique a étendu les concepts de chaleur, travail et de production d'entropie à de petites substances actives hors d'équilibre. Elle fournit un cadre adapté à l'étude de l'empreinte énergétique et entropique de l'information à l'échelle d'un bit unique, et pour évaluer les performances des nano-machines. Les théorèmes de fluctuation permettent notamment de dériver des bornes plus précises à l'extraction de travail et à la conversion énergie-information. La thermodynamique quantique vise à étudier les lois de la thermodynamique si les substances actives, les batteries et les bains sont des systèmes quantiques. Ce domaine émergent aborde des problèmes à la fois fondamentaux et pratiques, ainsi: quelles sont les causes de l'irréversibilité dans le régime quantique, et comment pouvons-nous la quantifier? La cohérence quantique est-elle une ressource énergétique à même d'améliorer les performances des moteurs quantiques? Quel est le coût énergétique associé au contrôle du bruit quantique, par exemple pour effectuer une rétroaction quantique? Qu-DICE apportera des réponses à ces questions, en profitant des plates-formes avancées de l'électrodynamique quantique en cavité. Nous aborderons expérimentalement et théoriquement les trois objectifs suivants: (i) Caractériser les transferts d'énergie, d'entropie et d'information entre des systèmes quantiques simples. Nous développerons une nouvelle génération de démons de Maxwell basés sur des atomes de Rydberg et des cavités supraconductrices. Nous mesurerons des théorèmes de fluctuation généralisés, permettant de mesurer les empreintes énergétiques et entropiques des corrélations classiques et quantiques. (ii) Démontrer l'extraction de travail à partir de la cohérence quantique en concevant et en réalisant un nouveau type de moteur quantique à l'état solide. Le moteur consistera en une boîte quantique couplée à une cavité optique, extrayant le travail d'un bain hors d'équilibre. L'extraction de travail à partir de la cohérence est encore un problème ouvert. Une démonstration expérimentale montrant des signatures quantiques claires serait une première. (iii) Dériver les limites fondamentales reliant l'extraction du travail et l'information dans les scénarios véritablement quantiques étudiés dans Qu-DICE, permettant d'élaborer les figures de mérite pertinentes pour nos moteurs. Ultimement, cette étude fournira des outils nouveaux pour évaluer le coût énergétique d'une boucle de rétroaction élémentaire. En mesurant les empreintes énergétiques et entropiques de la cohérence quantique et de l'intrication dans les expériences fondamentales, Qu-DICE apportera une démonstration frappante de l'importance de la thermodynamique quantique pour les technologies quantiques. Il ouvrira la voie à une énergétique du contrôle et du traitement de l'information quantiques. Dans la quête actuelle de mise à l'échelle les processeurs quantiques, le développement de tels outils est appelé à devenir stratégique pour évaluer les futures architectures de calcul quantique.

Les matériaux dont les électrons sont fortement corrélés exhibent des phénomènes non-conventionnels, avec des applications déjà existantes et de grandes potentialités. Un impact sociétal important est attendu de la compréhension quantitative des mécanismes microscopiques sous-jacents, car cela ouvrirait la voie à l’ingénierie quantique de matériaux présentant de nouvelles propriétés. Toutefois, une difficulté majeure tient à la complexité des matériaux fortement corrélés existants. De plus, même les Hamiltoniens à N-corps simplifiés qui sont utilisés pour modéliser ces matériaux ne peuvent souvent pas être résolus complètement. L’utilisation de simulateurs quantiques constitue une puissante stratégie pour dépasser les barrières théoriques et expérimentales. Le projet consiste à développer, exploiter et analyser des simulateurs quantiques pour l’exploration expérimentale et la compréhension théorique d’une large gamme de phénomènes fortement corrélés et de criticalité quantique, y compris ayant des implications technologiques. Dans ce but, de nouveaux simulateurs quantiques basés sur des circuits électriques seront nano-fabriqués et ajustés in-situ pour présenter une grande variété de transitions de phase quantique continues, et pour émuler la physique corrélée des systèmes 1D en interaction. Des nano-circuits ajustables par effet de champ seront conçus pour permettre une comparaison quantitative, sans aucun paramètre ajustable, avec les prédictions analytiques et numériques. Dans les régimes hors de portée de la théorie, ces dispositifs constitueront de véritables simulateurs quantiques au sens le plus fort. Atteindre ce régime dit de suprématie quantique, ce que nous visons dans ce projet, constitue la justification principale du domaine de recherche consacré à simulation quantique. Par la combinaison avec des développements théoriques, notre but est d’avancer la compréhension de modèles centraux connectés aux fermions lourds, aux supraconducteurs haute Tc et aux conducteurs 1D en présence d’interactions. Nous nous attendons à mettre à jour de nouveaux phénomènes non-conventionnels lors de l’exploration de régimes fortement corrélés jusque-là vierge de toutes investigations expérimentales. Une récente illustration est l’observation par les partenaires 1 et 2 d’une conductance super-balistique, plus élevée que la limite quantique pour les électrons libres, qui n’avait pas été anticipée. Afin d’établir la compréhension la plus complète, cette physique sera abordée à travers une large palette d’approches tirant parti du remarquable arsenal de techniques expérimentales (transport électrique et de chaleur, fluctuations, réponse haute fréquence, températures ultra basses…) et théoriques (théorie des champs conformes, groupe de renormalisation, bosonisation…) à la disposition du consortium. Le projet est structuré en deux grands objectifs : O1) Criticalité quantique dans les modèles de type Kondo généralisé. Dans ce contexte, une compétition pour écranter le spin de l’impureté Kondo donne lieu à des transitions de phase quantiques de natures profondément différentes. O2) Physique fortement corrélée des conducteurs 1D (liquides de Tomonaga-Luttinger et au-delà) avec des circuits mésoscopiques dissipatifs. Le projet est d’étudier la physique 1D avec des circuits permettant de la simuler quantiquement. Simultanément, l’objectif est d’avancer la compréhension des lois quantiques du transport dans de tels circuits quantiques composites.

Les absorbeurs dans les cellules solaires doivent remplir un certain nombre d'exigences pour une haute performance: Bande interdite appropriée, mobilité élevée des porteurs de charge et durée de vie, travail de sortie aux interfaces appropriée pour adapter le transport des charges à travers les couches, et une conception appropriée pour la récupération de la lumière. Afin d'éviter la recombinaison des porteurs de charges, les semi-conducteurs classiques nécessitent une purification particulière des cristaux afin de limiter les défauts ponctuels et étendus à de très faibles concentrations. Récemment, nous avons montré que les performances exceptionnelles des nouveaux absorbeurs à base de perovskites d'halogénure sont partiellement dues à des effets d'écrantage diélectrique. La compétition entre la formation classique des polarons à base de phonons et l'écrantage dipolaire diélectrique permet aux porteurs de charge (électrons et trous) de se propager sur de très longues distances dans le cristal sans formation de petits polarons (états profonds dans le bandgap) et avec une interaction négligeable avec les défauts ponctuels existants (lacunes ou atomes étrangers). Notre projet concerne le transfert de ce résultat à des pérovskites d'oxydes que sont les ferroélectriques relaxeurs, dans lesquels deux mécanismes polaires indépendants existent. Les nanorégions polaires (PNR) ainsi que l'écrantage classique de polaron de Fröhlich fournissent des mécanismes d'écrantage indépendants. Nous escomptons que des performances photovoltaiques similaires à celles des halogénures peuvent être atteintes avec une durée de vie et une stabilité améliorées via ces relaxeurs. Le projet vise à moduler la bande interdite des systèmes relaxeurs existants vers l'optimum pour le spectre solaire (environ 1,3 eV). Le candidat relaxeur prometteur identifié est PbFe0.5Nb0.5O3 (PFN) qui possède une bande interdite d'environ 1,0 eV. Le polyvalence chimique des pérovskites nous permettra d'adapter le bandgap et le travail de sortie par dopage (solution solide) cationique. Cette conception simple du matériau nous permettra le développement d'une cellule solaire à base d'une hétérojonction (graduée) contenant une couche absorbante de PFN et des couches adjacentes de PFN dopé avec des niveaux d'énergie correctement alignés, obtenant ainsi des cellules avec une absorption efficace des photons ainsi qu'une extraction optimale des charges. Les efforts dans la réalisation des couches minces et l'ingénierie des cellules seront continuellement accompagnés d'une étude de la structure de bande, des propriétés structurales et des dynamiques des porteurs de charge. Ainsi, d'une part, nous allons réaliser de nouveaux développements techniques pour les cellules solaires à hétérojonction et, d'autre part, enrichir les connaissances sur les relaxeurs comme matériaux photovoltaiques, ce qui sera d'intérêt pour la grande communauté de la physique de l'état solide. Les équipes ont acquis une expertise dans l'étude de l'effet photovoltaïque dans les matériaux pérovskites et la fabrication de cellules solaires. Ils ont également une solide expérience dans l'étude des relaxeurs et des ferroélectriques en général. Une collaboration étroite entre les équipes a été établie au cours des 5 dernières années mettant à disposition une multitude d'expertises complémentaires nécessaires au succès du projet: synthèse de nanoparticules, préparation de couches minces, développement de cellules solaires, caractérisation structurale,mesures de propriétés fonctionnelles à l'échelle macroscopique et locale, spectroscopie diélectrique et Raman.

In AlienScenarios, we will evaluate for the first time the range of plausible futures of biological invasions for the 21st century. We will use complementary data and approaches, and different measures of impacts of biological invasions. AlienScenarios consists of seven highly integrated complementary subprojects: In Work Package I (WP I) we develop the qualitative narratives for plausible futures of global alien species spread in the 21st century – the Alien Species Narratives (ASNs). The ASN further serve as overarching concept to parameterize quantitative models of global (WP II, III), continental (WP IV) and regional (WPs V, VI) futures of biological invasions. In WP II, we will establish the first global mechanistic invasion model considering all relevant processes of biological invasions such as source pools, driver dynamics, and establishment rates. In WP III, we will assess the impacts of invasive alien species in terms of economic costs according to the different Alien Species Narratives developed in WP I. In WP IV, we will assess the consequences of different levels of implementation of the European Union Regulation on invasive alien species. In WP V, we will analyse changes of the functional composition of communities in mountain regions under different scenario storylines. In WP VI, we will extend the analyses to the Global South using Panama as a country-level case study. Finally, in WP VII the results of the other WPs will be synthesized, and the approach and results of AlienScenarios will be discussed with and communicated to stakeholders and the wider community. For doing so, we will establish an Advisory Board that will meet three times for two-day workshops, and we will actively use a range of dissemination and outreach activities. AlienScenarios will provide crucially needed insights for pro-active alien species management and policy. It will thus make an important contribution to global assessments and projections of biodiversity and ecosystem services, as well as regional policies (e.g. EU regulation on invasive alien species).

The Arctic is currently experiencing some of the globally most dramatic ecosystem changes due to climate warming and increased anthropogenic pressure, with important implications for biological conservation and its inhabitants. Indigenous Arctic and Subarctic communities, whose livelihoods are closely linked to their environment and who directly depend on the herding and hunting of large herbivores, will have to adapt to the effects of climate warming and vegetation changes. Building relevant scenarios requires understanding the relative roles of climate, herbivory and increased anthropogenic pressures as large-scale drivers as well as on local scales relevant to the communities. We will conduct a comprehensive inter- and transdisciplinary study using sedimentary ancient DNA, current ecological observations and anthropological investigations of indigenous peoples’ knowledge and interpretations. We will: 1. use DNA of plants, mammals and fungi from sediment cores to identify local biodiversity changes and vegetation shifts over large spatial (circumarctic) and temporal (Last Glacial Maximum until today) scale. 2. identify drivers of recent and historic biodiversity changes by comparing contemporary and past effects of herbivory, anthropogenic impacts and climate change on a circumarctic spatial scale and integrate them in climatic niche models to forecast future changes. 3. chronicle indigenous and local knowledge (ILK) of biodiversity changes and their drivers, and of the role of societal practices/human choices in shaping and adapting to changes in four separate Arctic areas. 4. build scenarios based on the outcomes of 1-3 in an iterative process with local stakeholders. Our study will bring together the perspectives of local communities and scientific data acquisition throughout the project. This will allow us to investigate ecosystem shifts and build scenarios of transformations of biodiversity and ecosystem services that are of immediate stakeholder relevance.

Les hydrosilanes et hydroboranes sont des réducteurs de choix pour la réduction de liaisons C-O dans des dérivés issus de la biomasse mais aussi pour la conversion du CO2 et du CO. Pourtant ces réactifs ne sont pas durables car leur préparation est énergivore et leur utilisation conduit à la formation de sous-produits oxydés. Le but du projet RecyclingSiB est d’élaborer de nouveaux réducteurs borés et silylés, accessibles à un coût énergétique contrôlé et de les utiliser dans de nouvelles transformations catalytiques de réduction du CO, CO2 et de déchets plastiques et issus de la biomasse. Au croisement entre la chimie de coordination, la chimie de synthèse des éléments du groupe principal et la catalyse, le projet RecyclingSiB permettra de proposer des voies de valorisation innovantes de composés renouvelables. Il permettra en outre d’ouvrir de nouvelles opportunités en chimie du bore et du silicium.

Cette demande d'ANR MRSEI vise à soutenir le montage d'un projet européen de type "RIA" qui vient de passer la première étape de sélection avec les notes maximales pour les deux critères retenus pour cette étape: "Excellence" et "Impacts". Nous avons traduit ici le résumé du projet européen intitulé PROCCOPE pour "PROcesses of Climate change: COnstraints from Past Events". L'aide demandée vise 1/ à consolider notre "External Advisory Board" et le lien avec les utilisateurs des résultats produits par le projet; 2/ à financer une relecture du projet des points de vue scientifique et de la langue pour s'assurer d'avoir les meilleures chances d'obtenir le financement. PROCCOPE (Processus de changement climatique, contraintes des événements du passé) rassemble des experts en développement de modèles climatiques, en application de ces modèles aux climats du futur, aux paléoclimats et paléoenvironnements. Notre approche se base sur le fait que les enregistrements physiques (e.g. isotopes des carottes de glace) et environnementales (e.g. niveaux de lacs, végétation) des climats et transitions climatiques du passé sont autant de preuves directes du rôle de processus-clefs du Système Terre pour les changments climatiques et environnementaux. PROCCOPE se focalisera sur les latitudes extra-tropicales de l'hémisphère Nord et l'Arctique et s'appuiera sur des changements climatiques passés bien documentés qui sont d'aussi grande amplitude, et parfois aussi rapides, que les changements prévus pour le proche futur. En exploitant les différentes sensibilités et résolutions temporelles des indicateurs paléoclimatiques, PROCCOPE a pour objectif de quantifier l'importance de processus spécifiques dans l'atmosphère, l'océan, la banquise, les surfaces continentales et les aérosols pour différents états climatiques et les liens possibles entre ces changements climatiques passés et la variabilité à cour-terme et les extrêmes observés actuellement. Les modèles climatiques actuels (CMIP5) sont capables de simuler les climats passés dans leurs grands traits mais sont loin d'être systématiquement capables de représenter des changements climatiques passés à l'échelle régionale. L'objectif de PROCCOPE est donc d'identifier les processus en jeu dans ces désaccords profonds entre résultats des modèles et données paléoclimatiques, et proposera de nouveaux développements pour améliorer leur représentation dans chaque composante des modèles de Système Terre, testera ces développements sur les climats actuels et passés, de manière à améliorer les modèles couplés du Système Terre et leurs projections pour le futur. Nous proposons donc une nouvelle méthodologie basée sur le benchmarking systématique des modèles pour une large série de climats documentés par des données et pour des transitions climatiques. Nos grands objectifs sont: (a) prouver que nous pouvons expliquer les grands changements climatiques passés en termes de processus-clés opérant dans le système climatique, (b) identifier les processus-clés affectant la performance des modèles climatiques pour un large panel d'états climatiques et implémenter ces processus dans les modèles utilisés pour les projections climatiques et (c) apporter une connaissance plus approfondie et des modèles environnementaux au secteur des études d'impacts du changement climatique.

Le projet Relev vise à développer une méthodologie transdisciplinaire intégrant des compétences en risques naturels (géographie, génie civil, géologie), aménagement du territoire (urbanisme, architecture) et sciences humaines (psychologie, sociologie, histoire), pour permettre d’améliorer la gestion de la reconstruction des territoires à la suite de catastrophes naturelles. Les enjeux de ce projet sont (1) d’élaborer une méthode visant à anticiper la gestion de la reconstruction post-catastrophe à l’échelle territoriale, et (2) de définir les modalités d'intégration des risques naturels au sein des processus d'aménagement des territoires permettant un développement économique et durable. Notre objectif est de s’appuyer sur une l’approche intégrée novatrice pour contribuer à l’émergence de nouveaux savoirs sur l’efficacité des stratégies de reconstruction post-catastrophe et de renforcer de manière cohérente la résilience des territoires face aux catastrophes naturelles, et par là même l’adaptation au changement climatique. Nous proposons de décloisonner les recherches menées sur la résilience et l’adaptation aux risques naturels pour mettre à disposition des décideurs locaux et professionnels de l’aménagement urbain et de la construction des outils intégrés d’aide à la conception de la ville durable et sécurisation du fonctionnement urbain face aux catastrophes naturelles. L’hypothèse centrale de ce projet est que la reconstruction d’un territoire sinistré suite à une catastrophe naturelle représente une fenêtre d’opportunité temporelle afin de réaménager durablement le territoire sinistré de manière plus résiliente vis-à-vis de futurs événements. Il convient désormais de créer les conditions pour que cette fenêtre soit exploitée. L’équipe du projet Relev part du principe que la première condition sine qua non est l’anticipation de la gestion de cette période. Dans cet objectif, elle développe une approche intégrée et transdisciplinaire autour de 3 volets : (1) Un état de l’art visant à caractériser la diversité des pratiques de reconstruction post-catastrophe d’un territoire, Le consortium scientifique engagera un effort particulier sur la mise en place de retours d’expériences post-catastrophe pluridisciplinaires sur les îles de Saint-Martin et Saint-Barthélemy fortement impactés par le cyclone Irma, (2) L’élaboration d’un diagnostic des conditions de reconstruction locales post-catastrophe, (3) Le développement d’une méthode d’aide à la planification des stratégies de reconstructions des réseaux.

The objective of ADAPT-HERD is to develop management simulation tools to implement innovative strategies for resilience and efficiency (R&E) in small ruminants herds, based on harnessing animal adaptive capacities. These tools will address a wide range of current feed resource constraints in the Mediterranean area (Egypt, France, Spain and Tunisia) and the future perturbations induced by climate change. The locally tailored management solutions will improve the ability of livestock systems to adapt to climate change by: i) managing early-life nutrition to safeguard adult adaptive capacities; ii) managing reproduction to find the best match between feed supply and herd demand; iii) tailoring group feeding strategies depending on animals’ adaptive capacities and iv) managing herd demography with replacement and culling to adjust feed demand. To achieve this, ADAPT-HERD brings together information from animal and herd levels with: i) a fine-grained experimental approach (adaptive mechanisms and trade-offs); ii) field phenotyping of local breeds (adaptation to local conditions) and iii) local production environment characterization. These multi-level information will be used to develop computer models and test scenarios. Interfacing and disseminating project’s deliverables as a user-friendly toolbox will be achieved with a participatory modelling framework. The toolbox will help to adapt agricultural practices to change in resource availability by proposing different technical solutions of herd management aimed at facing feed resource perturbations induced by climate change. The challenge is not to find an optimal strategy for R&E, but to explore how management strategies impact the relationship between R&E. These strategies will be grounded in a deep understanding of how local breeds adapt to feed resource constraints. They will be complementary to on-going projects that focus on genetic selection and breeding solutions to improve R&E in small ruminants.

The development of quantum simulation lacks compact on-chip scalable platforms. The recent demonstrations of polariton lattices in semiconductor microcavities, in combination with their extraordinary nonlinearities, place polaritons as one of the most promising candidates to achieve this goal. The aim of this proposal is to implement polariton lattices in semiconductor microcavities as a photonic-based solid-state platform for quantum simulation. The polariton platform will allow for the engineering of the lattice geometry and site-to-site hoping, injection and detection in individual sites, sensitivity to magnetic fields, and scalability due to the low value of disorder. The driven-dissipative nature of the system opens the exciting possibility of studying out-of-equilibrium strongly correlated phases, but it also calls for new theoretical methods. We will join the expertise in semiconductor technology of four experimental groups and the input of two theoretical groups to push polariton nonlinearities into the strongly interacting regime. We plan on implementing the first polariton simulators by studying quantum correlations in few coupled resonators, and the topological properties of 1D and 2D dissipative lattices, both experimentally and theoretically. This project will provide the first quantum simulation platform using scalable lattices at optical wavelengths. This project aims at the development of the world-first polariton quantum simulator, an entirely new platform for Quantum Simulation. Therefore, it is directly relevant to the second Targeted Outcome of the call. The new platform will enter the strongly correlated regime, thus enabling simulations of some of the most fundamental strongly interacting quantum models. In contrast to other platforms, it will operate on-chip and at optical wavelengths, which will make it also applicable for Quantum Communication technologies (the first Targeted Outcome of the call). The proposed research also incorporates the development of new strategies for the verification of quantum simulations (the second Targeted Outcome). In parallel to experiment we will research theoretical methods for dissipative strongly interacting systems. This will lead to the development of new techniques applicable to non-equilibrium strongly correlated systems, which are still very limited. Our methods will be verified by comparing them directly with the experimental data.

We bring together researchers on quantum information theory, Bose-Einstein condensates and atom interferometry to create and detect entanglement of large, spatially separated samples. Our purpose is both to gain a deeper understanding of of quantum information in many body systems as well as to develop practical approaches for manipulating and exploiting it. The ultimate goal is to enhance the performance of a separated path atom interferometer using entangled samples. Atomic interactions in BEC's consititute a non-linearity highly analogous to four wave mixing or parametric down conversion in optics, and which can be exploited to create entanglement. Two separate lines of research have been pursued in the past; on the one hand one can use the spin degrees of freedom of an atom to produce atom pairs whose spins are entangled, and on the other one can entangle the motional degrees of freedom in a spirit close to that of the original EPR proposal. In the CEBBEC project, these two lines of research will be brought together in both the technological sense (using one kind of entanglement to make another) and conceptual one (studying complex situations in which both spin and motion are entangled) giving rise to new possibilites for applications and new theoretical challenges. The participating partners have developed sophisticated detection technologies which allow us to make new types of mesaurements. We intend to respond to the great need for theoretical work to understand and exploit them. Finally, we will address practical applications and explore their metrological validity. The EU's Future and Emerging Technologies agenda aims to foster transformative research in quantum information science by coordinating efforts of different research communities. Our project aims to bring together two separate lines of research in which European groups have been leading players and to exploit the common ground that they share. We plan to combine the manipulation of atomic spins and of motional degrees of freedom. The present project will develop a unified approach in both the technological sense (using one kind of entanglement to make another) and conceptual one (studying complex situations in which both spin and motion are entangled) giving rise to new possibilities for applications and new theoretical challenges. We plan to optimize the extraction of relevant information from (entangled) physical systems as discussed in the Target Outcomes of the Call Announcement. In this context, we may go even farther and achieve new or radically enhanced functionalities with our research.

Summary of the project --------------------------------- Today, photonics is among the very few platforms that can reach very high levels of complexity in quantum communication, computation and sensing. This is made possible by the mobility of photons and the large variety of their controllable degrees of freedom. The quantum optics community has already obtained spectacular achievements, yet using quite inefficient sources and bulk optics, limiting the number of particles involved, the explored Hilbert space dimension and the fidelity of the protocols. Very recently, a new generation of single-photon sources and high complexity integrated optical circuits have emerged, promising to drastically scale up quantum optical technologies. In this project, experts in solid-state single-photon sources, integrated photonics, quantum optics and complexity theory join their expertise to develop a whole new platform to perform high-fidelity quantum protocols, involving a large number of particles (>8) and large number of modes (>40) in high-dimensional Hilbert spaces (10^8). We will develop near-optimal single-photon sources based on semiconductor quantum dots, and couple them to highly reconfigurable two- and three-dimensional photonic glass chips to implement multi-photon multi-mode quantum walks. With this new platform, we will implement high photon-number Boson sampling measurements, develop new certification protocols and head toward the threshold for quantum advantage. The platform will also be used to demonstrate new secure quantum computation schemes such as homomorphic encryption, and quantum communication tasks based on so-called quantum enigma machines. The richness of applications for our developed photonic platform will be further demonstrated by new advanced metrology tasks that enable simultaneous multi-parameter estimation. Our interdisciplinary consortium and work methodology gives us the ideal condition to tackle these challenges and thus to establish a new generation of photonic quantum platforms. --------------------------------- Relevance to the topic addressed in the call --------------------------------- This project is perfectly aligned along the research targeted by the Quantera call. In HiPhoP, we will conduct highly collaborative advanced multidisciplinary science and cutting-edge engineering with dedicated aim to initiate new lines for optical quantum technologies. This is a unique area where Europe has a full potential to grasp leadership early on, gathering many leading groups, in particular those joining their efforts in this project. The present project strongly contributes to Quantum communication, Quantum Computation and Quantum metrology efforts, by developing novel photonic sources for quantum information processing and quantum-enhanced measurements as well as integrated quantum photonics. We propose new methods, tools and strategies to deal with the issues of reliability, efficiency and robustness in particular with respect to quantum communication. Our platform will also be used to demonstrate a quantum speed-up of quantum computation on chip. Finally, we will contribute to quantum information science and metrology by developing new detection schemes that are optimised with respect to extracting relevant information from physical systems and propose methods for the reconstruction and estimation of complex quantum states or channels and certification of their properties.

The development of "fault tolerant" quantum computation, unaffected by noise and decoherence, is one of the fundamental challenge in quantum technology. One of the approaches currently followed is the realization of "topological protected" qubits which make use of quantum systems characterized by a degenerate ground state composed by collective composite particles, known as "non-Abelian anyons", able to encode and manipulate quantum information in a nonlocal manner. An example of such non-Abelian anyons are Majorana zero energy modes (MZMs), which have been reported in NbN/InSb/NbN hybrid junctions composed by a InSb semiconducting nanowire (characterized by large spin orbit coupling) proximised by NbN s-wave superconducting leads. Here we propose two-dimensional oxides (2D-oxides) as an innovative technological platform for the realization of topological quantum systems. Our idea is to exploit the unique combination of unconventional Rashba spin-orbit coupling (SOC), 2D-magnetism, superconductivity (SC) and high-mobility in the 2D electron gas (2DEG) at the interface between oxide insulators, as for instance LaAlO3 (LAO) and SrTiO3 (STO). The basic element of this technology is a quasi-one dimensional nano-channel, whose properties can be locally tuned using electric field effect to create both topological and non-topological superconducting sections, and metallic or even insulating tunnelling barriers. This platform has all the characteristics for the practical realization of theory-based proposals for topological quantum computation, and important fundamental and technological advantages. 2D-oxides technology allows a top-down approach for nanodevices realization fully scalable to complex systems including a large number of qubits. All the ingredients necessary for creating, manipulating and braiding zero energy Majorana modes can be realized using the same material and incorporated in the device layout in a seamless way. Moreover, the strong sensitivity of the LAO/STO 2DEG to the orbital splitting and occupation of the non-degenerate 3dxy and 3dxz,yz bands, allows the realization of a topological quantum electronics controlled by the orbital degrees of freedom. Our project is aimed at establishing oxide 2DEGs as a viable platform for the realization of topological quantum computers, thus launching a new technological approach to the realization of "fault tolerant" quantum computers. QUANTO project is committed to the realization and study of a novel technological platform, based on the oxide nanotechnology, for topological quantum computation in the area of quantum computation and quantum information science (areas 2 and 3 of the call). Moreover, QUANTO project will introduce novel ideas and methods in quantum science and technologies (area 3), by demonstration of braiding in non-abelian systems using the orbital control of the superconducting order parameter and of the Rashba spin-orbit coupling. This new method relies on the strong sensitivity of oxide 2DEGs to the orbital of degrees of freedom, i.e. to the orbital splitting and occupation of 3d-orbitals derived bands. The development and implementation of quantum-gates based on the oxide technology will have several expected impact on the QUANTERA call: (i) establish the fundaments of a new technological platform for the realization of topological quantum computers which promise robustness in the presence of environmental decoherence due its " fault tolerant" nature; (ii) enhance scalability of quantum information technology to multi-qubits operation by providing a nanotechnology process based on thin-film growth and top-down lithography; (iii) realization of industrially relevant device technology through an interdisciplinary approach combining materials science and device physics with quantum information. Possible future on-chip integration with semiconducting technology and RSFQ electronics will also be considered.

Creeping perennial weeds have strong impacts on arable production, causing crop quantity and quality losses unless controlled. These weeds ensure their lifeform by subterranean storage organs (e.g., roots, rhizomes). Besides seed dispersal, their subterranean clonal systems facilitate survival and spatial spread in arable fields by vegetative sprouting. Classified as geophytes which regenerate their above ground plant biomass from subterranean sources, they can in general occur in different agroecosystems. Some creeping perennial species are strongly adapted to arable land where intensive crop production occurs. The common practices of arable farmers to control creeping perennial weeds are intensive inversion tillage and herbicides (especially glyphosate). However, intensive inversion tillage by ploughing not only consumes lots of energy, but also diminishes the soil biological activities. Indiscriminate use of herbicides has side effects on human health, non-target species, and the wider environment (e.g., water quality). Agro-ecological management claims that sustainable agricultural systems should rely as much as possible on ecological processes to ensure long-term food security, human welfare and environmental protection. Indeed, integrated weed management for perennial weeds demands to explore, compare and evaluate such novel strategies. The objective of AC/DC-weeds is to implement more and better agro-ecological management for creeping perennials in arable farming. The overall aim of this project is to reduce plough-tillage in organic and conventional farming, and to replace glyphosate in the latter system. AC/DC-weeds involves seven partners from five European countries. These countries represent a considerable area of central and northern Europe. The three year project contains seven Work Packages, each aiming to use the most advanced methodology to achieve the following research objectives: • Through field experiments, examine the perennial weed control efficiency of novel mechanical tillage tools (‘root cutter’), subsidiary crops, and bioactive herbicides; • Conduct meta-analyses to quantify the efficiency of competition process by subsidiary crops on perennial weed regulation, to analyse the sources of variability and to relate the effects to crop traits; • By literature review and small scale experiments, expand ecological data and knowledge for three most important perennial weed species in central and northern Europe (Elymus repens, Cirsium arvense and Sonchus arvensis); • Based on the currently best UAV (unmanned aerial vehicle) technology, improve mapping procedures of perennial weeds in arable fields; • Develop a new qualitative modelling of perennial weed management based on combined control methods, soil, weather, and the environment; • Design a graphic web tool to support end users with accessible and specific information on the efficiency of management options on perennial weeds; • Explore environmental and economic effects of agro-ecological management strategies to support project communication and dissemination.

Le projet vise à doter la communauté francilienne s’intéressant aux métaux du patrimoine (une dizaine de laboratoires dans le DIM, dont un consortium de 5 laboratoires réunis dans le cadre de la thèse QUALIFE financée par le DIM Matériaux anciens et patrimoniaux et de l’ANR BROGLASEA), d’un appareil permettant de cartographier la microdureté des métaux. Cet appareil fournira des données essentielles sur le comportement mécanique des matériaux anciens et sera le seul en ile de France entièrement dédié à la recherche sur les matériaux anciens.

Since, Feynman’s famous lecture in 1960 titled “There is Plenty of Room at the Bottom” researchers from a vast number of fields have been thinking small. The first Atomic Force Microscope (AFM) in 1986 aided researchers in this quest by imaging both conductive and insulating materials at the nano-scale. Today’s AFM applications span scientific [1], historical [2], biological [3] and engineering [4] endeavors. The IMAFMP platform (Interdisciplinary Multiscale Atomic Force Microscope Platform – funded via équipement mi-lourd DIM 2011: C’Nano and ISC – IDF) welcomes researchers from across the full spectrum of sciences. The principal investigator and manager of the platform, Cindy L. Rountree, along with IMAFMP partners have had the privilege to work with several projects close in lines with DIM-MAP objectives. First, the IMAFMP enables S. CHARBONNIER and D. GASPARD from Centre de Recherche sur la Paléobiodiversité & les Paléoenvironnements (CR2P), Muséum National d’Histoire Naturelle, Sorbonne Université, to understand the blurring effect in the hierarchical architecture of the shell layers of some rhnychonelliform brachiopods via the state of the art Nano-Mechanical AFM. Secondly, the IMAFMP welcomed F. Mercier (CNRS-NIMBE) with the help of L. Tortech (IMAFMP researcher) in their search to understand the corrosion layer growth in an archeological nail. Preliminary tests [5] concerning both projects show the benefits of the IMAFMP platform to historical artifacts and fossils. Additionally, both projects would greatly benefit from the upgrade proposed in AFM4aStory.

Ce projet vise à enrichir les fonctionnalités des trois plateformes d’imagerie tomographique de laboratoire ou synchrotron présentes au sein du réseau MAP. Il permettra le renforcement des collaborations entre ces plateformes et surtout entre ces plateformes et les autres laboratoires du réseau. Il s’agit d’une part d’étendre les possibilités de chaque plateforme pour les adapter aux spécificités des matériaux du patrimoine et d’autre part de renforcer leur interopérabilité, pour optimiser leur utilisation et faciliter la combinaison des analyses complémentaires, multi-techniques et multiéchelles, issues des divers instruments. Un point central du projet est de mettre en place des protocoles et des outils permettant aux chercheurs d’étudier de manière efficace leurs échantillons avec les trois instruments, qui sont complémentaires en termes d’échelles d’analyse et de techniques de caractérisation. Un exemple typique serait l’analyse d’un échantillon rare scanné d’abord à AST-RX, puis transféré à Navier pour une analyse plus sensible en composition chimique et dont les zones d’intérêt seraient enfin observés en tomographie locale à très haute résolution en encore par diffraction sur la ligne PSICHE.

Le projet MATRIXS4H vise à la mise à disposition d’un dispositif innovant d’analyse des matériaux anciens par diffusion inélastique des rayons X (IXS) dans le domaine des hautes énergies (> 5 keV). La méthode combine les avantages de la spectroscopie d’absorption X (XAS) dans le domaine des X mous et le pouvoir de pénétration des rayons X durs, offrant un outil puissant caractérisation et d’imagerie des matériaux anciens composés d’éléments légers, non destructif et spécifique chimiquement. Dans le cadre du projet MATRIXS4H, la méthode sera principalement appliquée aux matériaux anciens carbonés. Son champ d’application pourra aisément être étendu à d’autres éléments / matériaux dans l’avenir, offrant de nouvelles perspectives de recherche. L’instrument sera localisé sur la ligne GALAXIES au synchrotron SOLEIL et sera ouvert à la communauté scientifique à travers la soumission de projets.

La plateforme Analytique Géosciences Paris Saclay (PANOPLY), pilotée par le laboratoire de Géosciences Paris-Sud (GEOPS) et le Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE), met à la disposition de la communauté scientifique un éventail de ressources de hautes technologies pour les analyses géochimiques et minéralogiques dans le domaine des Sciences de la Terre, du Climat et de l’Environnement. Le développement, ces dernières années, de techniques de mesures géochimiques de plus en plus localisées au sein de la plateforme PANOPLY a fait émerger un besoin de caractérisation minéralogique fine et non-destructive de divers géomatériaux tels que matériaux de constructions, argiles ou fossiles. Une valorisation optimale des analyses géochimiques in situ nécessite en effet une phase de pré-caractérisation de l’échantillon : visualisation de la géométrie et de l’organisation générale, identification des phases minéralogiques et organiques présentes, homogénéité/hétérogénéité des échantillons, sélection des zones d’intérêt, et. Ces opérations se doivent donc d’être non-invasives et réalisées en routine sur un grand nombre d’échantillons, en amont des analyses localisées spécifiques et avec une résolution compatible avec ces dernières (quelques microns). Pour répondre à ce besoin, ce projet vise à équiper le service de spectroscopie infrarouge de la plateforme, déjà doté d’un spectromètre FT-IR sur poudre, en lui associant un module imageur compatible, ce dispositif venant compléter les diverses techniques de caractérisations minéralogiques actuellement à disposition (microscopie électronique et analyse élémentaire, microscopie de force atomique, diffraction RX, etc.).

Les métaux peints du patrimoine posent des problèmes spécifiques de conservation en raison de leur caractère « composite ». La dégradation des couches de peinture et la corrosion du support nécessitent une restauration en deux étapes : stabilisation du support métallique et consolidation des couches de peinture. L’objectif de ce projet est de procéder au développement et l’évaluation d’un protocole de traitement associant ces deux étapes et qui soit adapté aux contraintes de la conservation-restauration : déontologie, non toxicité, mise en oeuvre, etc. Ces solutions innovantes seront évaluées par l’étude de leur mécanisme de protection vis-à-vis de stress environnementaux (études modèles de réactivité in situ, vieillissements accélérés, traitements d’objets tests). La stratégie analytique est développée depuis des approches analytiques mobiles mises en oeuvre sur site pour l’assistance au diagnostic des objets et leur état de conservation, jusqu’à des analyses en laboratoire mais aussi sur sources synchrotron. Cette méthodologie permet une étude complète à différentes échelles spatiales ainsi que des mesures de réactivité in situ des différents constituants d’un système altéré : métal/peinture/traitements. L’implication dans le projet des différentes spécialités concernées : analyse, conservation, restauration, permettra de proposer des solutions validées sur des collections muséales du 19e et 20e siècle du Musée des Arts et Métiers.

Le coton, désignant à la fois une plante, une fibre et une production textile, évoque aussi bien les progrès techniques que les dérives humaines et écologiques de la mondialisation moderne. L’internationalisation du coton et de ses produits n’est cependant pas le jeu d’une globalisation récente et son histoire, impliquant quatre espèces domestiquées, donne à voir un des exemples les plus éloquents d’enchevêtrements de facteurs sociaux, environnementaux, techniques et économiques. Les trajectoires variées des produits issus de ces domestications, graines et fibres brutes et travaillées, sont des marqueurs pertinents de la circulation des savoirs, des biens et des personnes. La perception des routes de diffusion du coton est cependant limitée par la difficulté à identifier l’origine géographique des produits retrouvés en contexte archéologique. Le projet s’attache à développer de nouvelles approches en géochimie isotopique et élémentaire afin de comprendre comment les facteurs environnementaux et anthropiques et les processus de diagenèse (et notamment la carbonisation) affectent la composition isotopique (C, N, O, H, Sr) des graines et fibres textiles végétales. Les traceurs isotopiques les plus pertinents seront ensuite convoqués pour appréhender la provenance locale ou importée du coton. Pour ce faire, une étude exploratoire menée sur du matériel moderne de coton permettra la validation du protocole et la mise en place d’un référentiel géochimique sur lequel seront basées les analyses des matériaux anciens trouvés sur des sites archéologiques de péninsule Arabique et présents au sein de collections patrimoniales.

Le projet DOPAMINE (Données Patrimoniales : Méthodes, Infrastructures, Exploitations), vise à mener une réflexion transversale au DIM « Matériaux anciens et patrimoniaux » et aux différents projets soutenus par celui-ci, afin de définir un modèle de traçabilité des données d’expérience, et de formuler des actions concrètes qui puissent aider l’ensemble du réseau du DIM à mieux définir ses politiques en matière de données, à répondre de manière informée aux demandes de l’Open Access, mais aussi de s’intégrer dans la définition d’une composante numérique au niveau français, et si possible au niveau européen (infrastructure E-RIHS, futurs projets Horizon Europe). L’objectif est de savoir associer à chaque jeu de données une sorte de certificat d’identité reflétant son mode de production, de gestion et de diffusion et tenant compte des spécificités des sciences du patrimoine, telles que la dimension expérimentale de projets conduits par des équipes multidisciplinaires aux compétences diverses et variées, notamment quand il s’agit de projets intégrés comme ceux du DIM, incluant souvent des aspects méthodologiques innovants. Le projet s’appuie sur trois volets : - Recueil des attentes et accompagnements des projets doctoraux et postdoctoraux du réseau DIM Matériaux anciens et patrimoniaux - Spécification d’une charte de réutilisation des données en contexte patrimonial - Proposition d’évolution de la plate-forme SciencesCall de l’UMS CCSD (CNRS, Univ. de Lyon et Inria) pour y intégrer des mécanismes de traçabilité

L’objectif de la plateforme ADAMA vise à répondre aux recommandations prioritaires émises par le Conseil d’orientation du DIM, qui s’est tenu le 10 avril 2018 : « S’appuyer sur la cartographie des interactions transdisciplinaires entre entités membres, équipes et équipements », et notamment de combler la « lacune concernant le répertoire des équipements » dans le périmètre du DIM. Il s’agit de créer une plateforme qui propose un catalogue des dispositifs d’analyse et des méthodes afférentes, mis à disposition par les membres du réseau. Cette plateforme doit permettre à la communauté scientifique d’identifier les dispositifs d’analyse des différents membres du réseau, et de pouvoir les contacter pour faciliter la mise en place de collaborations/expérimentations/campagnes de mesure, etc. Par « dispositif d’analyse », on entend des instruments / outils / bases de données / archives physiques, permettant d’analyser les matériaux anciens et patrimoniaux, et auxquels sont associées des compétences, des usages et des conditions en matière d’accès et de propriété intellectuelle des données produites. Le référencement de chaque dispositif permettra de disposer pour chacun : - d’une description succincte - d’une description des activités/compétences des personnes opérant ces dispositifs d’analyse - de la politique mise en place en matière d’accès aux dispositifs, d’accès aux données produites, et de propriété intellectuelle des données produites - des personnes, contacts scientifiques ou techniques, en charge de ces dispositifs Les fiches descriptives associées à chaque dispositif utiliseront chaque fois que cela est possible des vocabulaires contrôlés. Cette plateforme donnera une plus grande visibilité aux équipements des laboratoires participant au DIM Matériaux anciens et patrimoniaux, en particulier à ceux qui ont été ou seront financés avec le soutien de la région Ile-de-France. Cette plateforme sera également ouverte aux laboratoires ayant des dispositifs d’analyse non financés par le DIM. Elle permettra donc à la communauté de prendre connaissance des dispositifs existants. Le Comité de pilotage du DIM en bénéficiera également puisqu’il sera mieux à même d’apprécier les futures demandes d’équipement.

Le DIM Matériaux anciens et patrimoniaux organise une journée thématique autour de son axe « Usages, réflexivité, archives » : « Suivre le patrimoine à la trace ». L’événement aura lieu le 29 mars 2019 (9h – 17h) aux Archives Nationales, site de Pierrefitte-sur-Seine. En rassemblant historiens, historiens de l’art, sociologues, anthropologues et conservateurs, nous nous demanderons comment « suivre la patrimoine à la trace » et, plus précisément, comment les sciences humaines et sociales, en lien avec les sciences expérimentales, contribuent à l’identification, l’interprétation et la conservation des traces du passé inscrites dans les matériaux anciens et patrimoniaux.

IPSIRIUS, spin out de l'Inserm, a pour ambition d'être une société pharmaceutique qui va révolutionner l'immuno-oncologie, aux côtés des immune check point inhibiteurs et des CART cells. Les immunothérapies actives (IA) développées par IPSIRISU ciblent les cellules souches cancéreuses, responsables des échappements aux traitements et des métastases. La première IA développée par IPSIRIUS, IPVAC 1.0, s'adressera en première au cancer du poumon à non petites cellules, un problème majeur de santé publique, avec plus de 500 000 morts par an aux US et en Europe, le marché devant plus que doubler dans 15 ans à venir pour atteindre plus de 20 milliards de $ annuels. IPVAC 1.0 sera un produit standardisé, off the shelf, s'adressant aux patients en deuxième ligne de traitement ayant un mauvais pronostic (moins de 5% de survie à 5 ans), avec un potentiel de blockbuster ; les propriétés pan-cancer d'IPVAC 1.0 feront que les indications seront étendues à un certain nombre de cancers, parmi lesquelles les cancers du rein, de la tête et du cou, de la vessie, du foie, de l'intestin, de l'estomac, de l'œsophage, colorectal, du sein, de l'utérus, de la prostate et le mélanome. Grâce à sa technologie, IPSIRIUS développera dans un deuxième temps d'autres IA, spécifiques de certains cancers, élargissant son portefeuille de produits et d'indications.

Quandela est une entreprise technologique valorisant des recherches issues du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N – CNRS/Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay). L'objectif de Quandela est de développer et mettre sur le marché tout une gamme de briques technologiques et devenir d'ici 5 ans le leader mondial dans le développement de composants pour l'industrie quantique. Les deux premiers produits (Delight et eDelight) sont des émetteurs de lumière quantique avec des performances très largement supérieures à l'état de l'art (technologie de rupture). Ces émetteurs particuliers permettent d'émettre de la lumière sous sa forme la plus élémentaire : le photon. Ils émettent des photons un par un de manière très contrôlées et tous ces photons sont identiques. eDelight permet de diminuer les temps de calculs des technologies quantiques par plusieurs ordres de grandeur (supérieurs à 1000) et d'augmenter considérablement leurs performances. Après une phase de maturation et une première validation de la part du marché scientifique par la réalisation de ses premières ventes, Quandela entame aujourd'hui une nouvelle phase de développement en partenariat avec le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies dans le but de préparer le prototype Cryodelight intégrant son produit phare eDelight dans un système cryogénique développé par Quandela, de valider ses performances dans plusieurs conditions d'utilisation et d'optimiser chaque paramètre dans le but de préparer son industrialisation à l'horizon 2020 avec un chiffre d'affaire en 2021 proche de 5 millions d'euros.

DREAMPORE : séquençage du protéome par nanopores – molécule unique Dreampore a été créée par des chercheurs de l'Université de Cergy-Pontoise, un praticien de l'hôpital Lariboisière et une PME pour développer une technologie brevetée de séquençage de macromolécules à base de nanopores. C'est une technique à molécule unique, c'est-à-dire qu'elle analyse successivement chaque macromolécule. Les fondateurs ont été les premiers à démontrer l'application des nanopores pour le séquençage de protéines avec une capacité de résolution d'un acide aminé. Nous visons le séquençage du protéome, la nouvelle frontière après l'aventure du séquençage du génome ces dernières décades. On estime aujourd'hui que seuls 10% des cancers peuvent être directement reliés aux gènes rendant indispensable des techniques de criblage précises et à haut débit du protéome pour la stratification des patients, le diagnostic et le suivi thérapeutique. De façon plus générale le séquençage du protéome est destiné à devenir une technique de routine de la recherche médicale comme l'est devenu le séquençage du génome. Dreampore développera des instruments pour le séquençage à haut débit et portables pour le diagnostic. L'objectif est le séquençage à 1,000 € ! Dreampore est activement soutenue par l'Université de Cergy-Pontoise.

5 years ago, the field of optomechanics has entered the quantum regime. By doing so, this domain which investigates the reciprocal interactions between light and mechanical motion has overcome the long-standing paradox of Quantum Mechanical effects at the macroscopic scale. Such outstanding achievement relies on the so-called “cavity nano-optomechanical” technology, which combines strongly reduced dimensions with ultra-high optical confinement, enabling very large optomechanical coupling rates at the nanoscale. In a more fundamental perspective, decreasing the size of optomechanical systems has enabled minimizing the detrimental effects of decoherence, resulting in a quasi-instantaneous collapse of quantum coherence at a macroscopic scale. At present, optomechanical systems seem to have reached their limits at cryogenic temperatures and remain overly sensitive to decoherence at room temperature to display any quantum behaviour. The project Q-ROOT proposes a novel cavity optomechanical approach showing such unprecedentedly large coupling rates that it will operate in the quantum regime at room temperature for the first time. Our concept relies on tethering a low-loss nano-optical scatterer at the edge of the lightest possible mechanical device that is a carbon nanotube resonator. This system is expected to outperform the state-of-the-art (including atom–based systems) by orders of magnitude, even at room temperature. Amongst objectives, Q-ROOT notably plans to demonstrate ground-state cooling, strong ponderomotive squeezing, the standard quantum limit, quantum non-demolition of mechanical Fock states, and optomechanical photon blockade at room temperature. Besides very fundamental impact, the unique sensing abilities of the system developed in Q-ROOT will be further utilized in order to perform quantum limited sensing applications at room temperature, paving a generalized use of optomechanics for quantum sensing and information technology at room temperature.

The future miniaturisation of electronic circuits following Moore’s law will require the introduction of increasingly disruptive technologies to limit power consumption and optimise performance per circuit area. CHIRON envisions spin wave computing to complement and eventually replace CMOS in future microelectronics. Spin wave computing is a paradigm-shifting technology that uses the interference of spin waves for computation. Spin wave computing has the potential for significant power and area reduction per computing throughput while reducing cost by alleviating lithography requirements. As a first step towards the vision of a full spin wave computer, CHIRON envisions hybrid spin wave–CMOS circuits that can be readily integrated alongside CMOS. CHIRON targets a proof of principle of the essential elements for spin wave computing by an interdisciplinary approach joining partners with expertise in material science, physics, nano-manufacturing, electrical engineering, device simulation, and circuit design. CHIRON will fabricate basic logic gates, such as inverters and majority gates, demonstrate their operation, and assess their performance. As transducers between the CMOS and spin wave domains in hybrid circuits, CHIRON will develop magnetoelectric and multiferroic nanoresonators, based on nanoscale bulk acoustic resonators, which bear promise for high energy efficiency and large output signal. The targeted lateral scale (100 nm) and resonance frequency (>10 GHz) bring such resonators to the frontier of nano-electromechanical systems (NEMS). This technological proof of principle is complemented by the design of digital hybrid spin wave–CMOS circuits that show the advantages of spin wave computing and can be integrated into a CMOS environment. Based on calibrated compact device models, the performance of these circuits in terms of power, area, and throughput will be benchmarked against CMOS to demonstrate their viability.

This research proposal aims at implementing novel functionalities for mid-infrared optoelectronic devices and to study novel physical phenomena, enabled by a new class of 3D plasmonic nanostructures that provide access to electromagnetic field confinements. The specific goal is to fully develop and exploit the potential of nano-antenna-mediated light confinement, funneling energy onto optically active materials with unprecedented efficiency. This will be done by tackling two main broad challenges, one applicative and a second one more exploratory. On one hand, we will develop devices with high non-linear response, targeting especially second harmonic generation, thanks to the giant field enhancements available. We expect this development to yield record-high conversion efficiencies, paving the way for a more broadband use of IR laser sources. Inherently effective in absorbing optical energy, this architecture has a great potential also a a tool for complementary device families, such as mid-IR detectors. On the other hand, we will pioneer the field of single-object cavity-electrodynamics in the mid-infrared, bringing to a further level the energy concentration capabilities of 3D nanostructures and demonstrating strong light-matter coupling between a single nano-antenna and a mid-IR electronic excitation, with an extremely small number of electrons involved. This approach will permit access to currently unexplored regimes of light-matter interaction.

ChaoSpin is a frontier research project at the interface between nanomagnetism, spintronics, and nonlinear dynamics. It is motivated by the premise that the rich behaviour of nonlinear systems, in particular chaos, can be leveraged for alternative computing paradigms. The primary objective is to establish the utility and feasibility of the nanocontact vortex oscillator, a nanoscale spintronic device, as a universal building block for chaos-based information processing by demonstrating key technological functionalities, such as random number generation and communication using symbolic dynamics. The underlying idea is that the complexity required for computation and possible cognitive functions can be generated within a single system, without the need of a complex array of interconnected subsystems. The project builds upon the host institution’s recent discovery of novel commensurate and chaotic phases in the nanocontact vortex oscillator. The technical objectives will be met by addressing three important scientific questions related to magnetic vortex dynamics on the nanoscale, namely the nature of the chaotic state, how it can be controlled through external forcing and feedback, and whether such dynamics can be detected experimentally. This will be achieved by combining the development of high-performance simulation tools and quantitative theories with state-of-the-art experiments involving high- frequency electrical characterisation.

La dépollution de l’air est à la fois un enjeu de défense (detoxification d’espaces confinés) et un enjeu de santé publique (certains Composés Organiques Volatils sont cancérigènes), et de confort domestique (réduction des nuisances olfactives). Le principal défi de la purification de l’air intérieur est que les polluants ou odeurs sont de concentration et de nature chimiques très variables dans un air dont la teneur en vapeur d’eau est typiquement beaucoup plus plus élevée ; ceci rend les technologies conventionnelles de filtration ou d’oxydation peu opérantes, en particulier dans le cas de molécules halogénées et soufrées. Après plusieurs années de recherche et développement, les technologies de purification de l’air intérieur par couplage d’un plasma froid et d’un catalyseur sont désormais matures. Le principe est d’adsorber les polluants sur un filtre et de régénérer les propriétés adsorbants de ce filtre grâce aux espèces oxydantes produites par un plasma froid au contact du filtre. Le grand avantage des plasmas froids est de créer des espèces fortement oxydantes avec une très faible dépense énergétique. Le LPP est en pointe sur la dépollution de l’air par couplage Plasma-Catalyse sur lequel il travaille depuis de nombreuses années ; il est l‘un des rares laboratoires en France à maîtriser la purification de l’air dans le domaine de quelques ppb. Un verrou scientifique que nous souhaitons résoudre est l’oxydation de molécules halogénées et soufrées. Des produits à usage domestique utilisant la technologie Plasma-Catalyse sont commercialisés : la société ALKO a récemment mis sur le marché le dispositif ALKO PURE issu des recherches menées en collaboration avec le LPP. Tous ces dispositifs de purification utilisant la technologie plasma catalyseur actuellement sur le marché sont relativement encombrants. Nous proposons de nous associer avec une société qui produit et vend des dispositifs de traitement de l’air intérieur de taille intermédiaire, pour réaliser un module ultracompact de purification de l’air en utilisant l’expertise acquise en termes de choix de catalyseurs et en travaillant sur la miniaturisation du dispositif. La motivation de ce développement technologique est de créer des dispositifs de purification de l’air très efficaces d’espaces confinés. A la différence des dispositifs existants sur le marché, nous ne viserons pas l’aspect silencieux, mais l’efficacité et la rapidité de la purification. Les applications civiles ou militaires concernent les espaces confinés pour la désodorisation, la purification voire la détoxification de petites pièces ou d’habitacles d’automobiles, d’engin blindés, d’aéronef, de sous-marins, de bâtiments de surfaces, voire de Shelter. Les enjeux de notre projet sont : - La miniaturisation du dispositif à plasma et du système d‘aéraulique. - L’oxydation de molécules halogénées et soufrées. - La conception de filtres catalytique régénérables à haute performance pour une très large gamme de polluants des domaines civiles et militaires. Ce programme de recherche expérimentale est prévu pour une durée trois ans et aboutira à la réalisation de deux prototypes directement industrialisables répondants aux enjeux ci-dessus.

Pour la majorité des systèmes d'acquisitions (RADAR, imagerie, optiques, sismiques, ...), on constate une tendance vers le développement de systèmes de plus en plus sophistiqués : - augmentation du nombre de capteurs dans une antenne (e.g. RADAR STAP) - utilisation d’un nombre croissant d’antennes tant pour l’émission que pour la réception (e.g. MIMO-radar , nouveaux grands interféromètres) - intégration de plusieurs modalités dans un même système comme la polarisation et l’interférométrie (e.g. systèmes SAR), l’information spatiale et/ou fréquentielle, la diversité de forme d’ondes et la diversité temporelle (dans le séries temporelles d'images SAR ou hyperspectrales). Évidemment, cette sophistication des systèmes a pour but d’enrichir l’information obtenue et donc d'améliorer les performances par rapport aux systèmes classiques, par exemple : - une augmentation de la résolution - une amélioration des performances de détection (en particulier pour des RSB faibles) - une meilleure discrimination entre les différents phénomènes physiques. Cependant, la simple transposition de traitements classiques ne permet pas d’atteindre les performances optimales offertes par ces nouveaux systèmes. En effet, plusieurs complications liées à cette sophistication des systèmes vont obliger à remanier profondément les modélisations et les traitements, notamment : - la réponse de l'environnement sondée devient complexe et hétérogène, - la taille des données est accrue, rendant l'estimation des paramètres statistiques difficile voire impossible, - la construction du vecteur de donnée pour des systèmes multi-modalités est non triviale, - une incertitude sur la modélisation du signal réfléchi apparait (et donc sa paramétrisation dans les algorithmes). Le projet MARGARITA vise à résoudre les verrous soulevés précédemment en proposant de nouvelles chaines de traitements de détection/estimation pour des systèmes multi-capteur, multi-modalité dans un environnement complexe et hétérogène. Ces nouvelles méthodes seront développées en s’appuyant sur la combinaison d’outils et d’avancées récentes en traitement du signal : estimation robuste, méthodes d’optimisation novatrices, outils de géométrie différentielle et théorie des grandes matrices aléatoires. Ainsi, nous visons à : + intégrer une modélisation statistique plus fine (gérer non gaussianité et hétérogénéité des données) dans une problématique d'estimation/détection en grande dimension. + intégrer des a priori de structure et d'incertitudes de modèle dans les traitements de détection/estimation robustes modernes. + caractériser finement les performances théoriques des nouveaux traitements proposés pour les environnements complexes. Outre des garanties théoriques, cette caractérisation offrira des outils de spécification/design en amont. + Montrer que le formalisme et les outils développés pourront être appliqués dans les domaines utilisant des systèmes d’acquisition modernes. Ainsi nous proposons d'adapter ces traitements vers des applications RADAR spécifiques (STAP, STAP-MIMO, SAR) ainsi que les porter vers d'autres applications civiles (imagerie hyperspectrale, radioastronomie, GPR). Plus précisément, le projet : - utilisera des outils d’estimation robuste combinés à des méthodes d’optimisation récentes (majoration-minimisation et optimisation sur variétés) pour proposer de nouveaux estimateurs (notamment de matrice de covariance) exploitant efficacement le plus d’information a priori disponible. - étendra les méthodes d'estimations de sous espaces Bayésiens à un contexte d’estimation/détection robuste afin d'intégrer des incertitudes sur le modèle du signal reçu. - exploitera le formalise des bornes mismatch pour résoudre des problèmes de calibration dans des systèmes multi-capteurs et multi-modalité. - utilisera des outils récents de caractérisations de performances (théorie de grandes matrices aléatoires et bornes intrinsèques) pour garantir les performances des processus développés.

Aujourd’hui, nombre de bactéries pathogènes portent des gènes les rendant résistantes à la plupart des antibiotiques. De plus, la capacité de ces bactéries à former des biofilms renforce encore leur capacité à résister à l’action des antibiotiques. Il s’agit d'un problème planétaire majeur de santé publique. La découverte de nouveaux antibiotiques dont celle de molécules capables d'inhiber les mécanismes de résistance ou la formation de biofilm devient une nécessité absolue. Les bactéries Streptomyces produisent déjà plus des 2/3 des antibiotiques connus ainsi que certaines molécules capables d’inhiber les mécanismes de résistance. Chaque espèce de Streptomyces est connue pour produire de 2 à 4 molécules bioactives mais le séquençage du génome de plusieurs espèces de Streptomyces a révélé que ces derniers contiennent 20 à 40 voies de biosynthèse susceptibles de diriger la synthèse d’un nombre bien plus important de molécules potentiellement bio-actives. Ceci suggère que la plupart des voies détectées in silico sont trop faiblement exprimées (cryptiques) dans les conditions habituelles de laboratoire pour que les produits dont elles dirigent la synthèse soient détectés donc caractérisés. La conception et la mise en œuvre de stratégies innovantes sont nécessaires pour faire s’exprimer ces voies cryptiques afin d'accéder à cette immense diversité métabolique et découvrir de nouveaux antibiotiques. Le groupe MES de l’I2BC a élaboré un nouvel outil permettant cette "décryptification". Il a démontré que la forte production d’antibiotique de la souche modèle S. coelicolor, était corrélée à un métabolisme oxydatif et un faible contenu en lipides de réserve de la famille des triacylglycérol (TAG) alors que l’absence de production d’antibiotique chez une autre souche modèle, S. lividans, était corrélé à un métabolisme glycolytique et à l’accumulation de TAG. Ce groupe a démontré qu'il est possible de déclencher une transition d'un métabolisme glycolytique vers un métabolisme oxydatif en générant une déplétion artificielle en ATP. Pour ce faire, le gène codant une petite protéine synthétique présentant une très forte affinité à l'ATP a été clone sous le contrôle d'un promoteur fort et introduit chez S. lividans. La surexpression de cette petite protéine a induit un déficit en ATP corrélé à une diminution du contenu en TAG et une forte augmentation de la production d'antibiotiques. Cet outil a été introduit chez d’autres Streptomyces et, dans tous les cas, une forte augmentation de la production d’antibiotiques a été observée. La preuve de concept a donc été faite et un dépôt de brevet est en préparation. La poursuite de ce projet implique la caractérisation des nouvelles molécules bioactives produites par les souches transformées et nécessite la collaboration étroite entre 3 groupes de l'Université Paris Saclay (I2BC, ICSN, UPSud-EA736-CNR) ayant des expertises complémentaires. Le déroulement du projet implique six étapes séquentielles 1 Introduction de l’outil de “décryptification” dans des souches de Streptomyces peu étudiées et caractérisées par une production d’antibiotique faible et un contenu en TAG élevé 2 Construction d’une collection de souches de E. coli portant des gènes conférant la résistance à différentes classes d’antibiotiques 3 Evaluation de l'activité antibiotique présente dans les milieux de culture des souches transformées sur des micro-organismes modèles pathogènes ou non et multi-résistants ou non aux antibiotiques couramment utilisés ainsi que sur la collection de souches de E.coli mentionnée ci-dessus. 4 Analyse des métabolomes par LC-MS2 et visualisation en réseau moléculaire, extraction, isolement et caractérisation des nouvelles molécules bioactives produites. 5 Evaluation de l'activité antibiotique des molécules purifiées (seules ou en combinaison) sur les micro-organismes mentionnés ci-dessus. 6 Identification des clusters de gènes dirigeant la synthèse des nouvelles molécules bioactives.

Le développement spectaculaire des diodes électroluminescentes (LEDs) dans le domaine du visible ouvre de nouvelles possibilités de pompage optique pour les lasers accordables dans l'infrarouge proche. En effet, ces lasers peinent à se développer par manque de sources performantes émettant dans leurs bandes d'absorption, situées dans le visible. Deux cristaux sortent du lot pour leur potentiel en pompage par LED : l'alexandrite (Cr3+:BeAl2O4) accordable entre 700 nm et 800 nm et le Cr:LiSAF (Cr3+:LiSrAlF6), accordable entre 800 nm et 950 nm. Le but du projet "ALEDxandrite" est de démontrer pour la première fois le pompage par LED de ces cristaux dans la perspective d'applications duales utilisant la lumière accordable dans l'infrarouge et dans l'ultraviolet. Pour les applications "défense" liées à la détection de matière dangereuses, l'alexandrite et le Cr:LiSAF permettent d'adresser la bande 280 nm - 360 nm en deux à trois conversions lumineuses seulement, depuis la source de pompage. C'est le moyen le plus simple actuellement pour atteindre cette bande spectrale avec les caractéristiques requises en énergie et qualité spatiale pour la détection à distance par LiDAR. Les applications civiles sont très nombreuses et sont liées au fait que l'alexandrite pompé par flash est un laser installé industriellement depuis plusieurs dizaines d'années : dans l'infrarouge on trouve les applications en dermatologie, en mesure à distance pour les plantes ou l'eau. Dans l'UV, les lasers industriels servent au traitement des matériaux dans l'industrie des semi-conducteurs, à la stérilisation, à la photolithographie... De plus l'alexandrite et le Cr:LiSAF ont des bandes spectrales compatibles avec les lasers femtosecondes émettant vers 800 nm : ils ont le potentiel pour devenir des amplificateurs d'impulsions ultracourtes, en remplacement des systèmes complexes basés sur le saphir dopé au titane pompé par lasers dopés au néodyme. Les acteurs du projet sont le Groupe Lasers du Laboratoire Charles Fabry et EFFILUX, une jeune entreprise du domaine de l'éclairage industriel à LED. Ces acteurs travaillent ensemble depuis quatre ans en associant leurs compétences complémentaires de façon très fructueuse. Le projet ALEDxandrite bénéficiera du travail de fond réalisé dans le cadre d'une ANR (Edelveis entre 2012 et 2016), ce qui augmentera son efficacité et limitera les risques du projet. Le watt optique par LED (autour de 0,5 euros) étant dix à cent fois moins cher que le watt optique des diodes laser, le projet ALEDxandrite ouvrira la voie à une nouvelle génération de lasers à solide, accordables et de coût drastiquement réduit.

Plants must constantly respond to a wide range of signals, including stresses, in order to coordinate their development and survival within a dynamic environment. One way in which this is achieved is through chemical modifications of proteins, allowing flexible and rapid changes of the proteome to alter cellular and physiological outputs. Protein acetylation is one such modification, which occurs on the N-termini (Nt) and internal lysines (K) of many proteins. Despite its prevalence, and in contrast to other wellstudied modifications (e.g., phosphorylation), our knowledge of: (i) the regulation, specificity and plasticity of protein acetylation, and (ii) its downstream functional consequences on protein activity and physiology are severely lacking, especially in plants. It is therefore extremely timely to elucidate the multifaceted functions of protein acetylation and open up this new area of plant molecular biology, in which Europe has the capacity to take a world lead through strategic ERA-CAPS funding. The overarching aim of the KatNat project is to provide a mechanistic understanding of protein acetylation in plants, with a particular focus on investigating the enzymes that catalyze this modification (Nt- and K-acetyltransferases) and the resultant effects on proteostasis, photosynthesis, and metabolism. Crucially, this work will be carried out within the context of agronomically relevant stresses. KatNat consists of four interrelated objectives that will answer broad questions: (1) How does abiotic stress regulate the global Nt- and K-acetylome?; (2) What are the specificities, targets and stress-responsive dynamics of the acetyltransferases?; (3) How does protein acetylation impact protein stability and turnover?; (4) How does protein acetylation in plastids regulate photosynthesis and metabolism? By answering these connected questions, KatNat will not only shift the forefront of the field but will provide regulatory mechanisms and fundamental new insight into how plants sense and respond to environmental changes, which may become entered into textbooks. Last but not least, the obtained information will identify key new targets for the future development of superior crops. The KatNat consortium brings together five European groups who all have a significant, demonstrable interest in the study of protein acetylation, and who have the highly complementary expertise in mass spectrometry, protein biochemistry and molecular plant biology required to carry out this original and competitive research at the highest international level. Consortium members already have a world lead in this field, and several members currently collaborate informally. The synergistic value of our collaboration will be the development and exploitation of an understudied area of in plant science, with key importance to agriculture. The proposed research is highly innovative, aligns closely with ERA-CAPS priority themes and has measurable and impactful outcomes that will shed light onto this emerging, exciting and important new area of plant molecular biology.

The goal of this research is to determine the role of extracellular vesicles (EVs) in plant-microbe interactions. EVs are known to mediate intercellular transfer of small RNAs (sRNAs) in mammalian and insect systems, but very little is known about the function of EVs in plants or fungi. Our team has developed methods to purify plant EVs and has demonstrated that EVs are enriched in stress response proteins, and carry sRNAs. We hypothesize that plant EVs also mediate intercellular signaling, including trans-kingdom transfer of sRNAs. The experiments detailed in this proposal will examine whether plant and fungal EVs carry sRNAs that target each other’s genes, how plant EVs are produced, and how plants and fungi exchange EVs. These questions will be addressed using soybean and Arabidopsis as host plants, and Colletotrichum spp., Pseudomonas syringae, and Bradyrhizobium japonicum as microbes. We will isolate EVs from plants infected with these microbes and will quantitatively assess their protein and sRNA contents. These analyses will provide insight into how proteins and sRNAs are targeted to EVs, and how EVs differ between types of interactions. These analyses will also reveal, for the first time, the contents of EVs from a fungal plant pathogen. Most significantly, these analyses will enable us to establish a network of trans-kingdom gene regulation between plants and fungi. EV-mediated transfer of sRNAs between host cells and fungal cells will be imaged using superresolution microscopy and RNA-PAINT. In addition, genes required for EV biosynthesis will be identified using reverse genetics. Mutants with defects in EV biogenesis will be further analyzed using 3D electron microscopy, allowing us to image plant-fungal interfaces at unprecedented resolution, capturing all stages of EV production, release, and uptake. The above objectives will be accomplished by a team of four laboratories with highly complementary expertise. The Innes lab is pioneering the study of EVs, and brings over 25 years of experience comparing soybean and Arabidopsis immune systems. The Meyers lab is an international leader in the sRNA field, and has performed extensive characterization of soybean sRNAs. The O’Connell lab is an international leader in Colletotrichum pathogenesis, and has pioneered EM methods for imaging fungal infection sites. The Thordal-Christensen lab has amassed a collection of Arabidopsis endomembrane trafficking mutants, which will be assessed for defects in EV production. With this collection of expertise and resources, our group will be able to make rapid progress toward understanding the roles of EVs in plant-microbe interactions. This research will enable development of durably disease resistant crops via improving novel disease resistance mechanisms such as host-induced gene silencing. Development of crops with durable disease resistance is a key to the creation of a sustainable and secure food supply, the ultimate goal of ERA-CAPS.

DIP-NAWDEX vise à mieux comprendre le rôle joué par les processus diabatiques, comme la microphysique des nuages, le rayonnement, ou encore la turbulence, sur les perturbations atmosphériques des moyennes latitudes et sur la formation d'erreur de prévision numérique du temps et de biais dans les modèles de climat. Sur l'Amérique du Nord et l'Atlantique Nord, les processus diabatiques exercent une influence majeure sur la structure du courant-jet atlantique, sur la propagation des ondes de Rossby près de la tropopause, ainsi que sur le déclenchement d'événements météorologiques extrêmes sur l'Europe. Ces processus ont été étudiés lors de la campagne de mesure internationale NAWDEX (North Atlantic Waveguide and Downstream Impact Experiment) qui a eu lieu en 2016 et a fourni un jeu de données unique pour quantifier ces processus et évaluer la qualité des modèles. Grâce à une collaboration étroite entre pays européens et nord américains, quatre avions appartenant à 3 pays différents transportant des lidars et radars de pointe ont pu être déployés sur l'Atlantique Nord-Est. Ces mesures aéroportées ainsi que d'autres à partir du sol ont permis d'obtenir des observations à fines échelles sur un grand domaine. Notre objectif est plus particulièrement de s'intéresser aux bandes transporteuses d'air chaud (ou « warm conveyor belts », WCBs, en anglais) et leur impact sur la circulation en haute troposphère. Les WCBs correspondent à des masses d'air qui gagnent en humidité dans le secteur chaud des dépressions extra-tropicales et connaissent une ascension rapide de la couche limite vers la haute troposphère marquée par un fort dégagement de chaleur latente. Celles-ci ont été intensivement observées par les vols de l'avion français de l'équipe SAFIRE grâce au déploiement de dropsondes mais aussi et surtout grâce aux mesures de télédétection de la plateforme RALI composée d'un radar nuage, d'un lidar et d'un radiomètre. Le projet se décompose en trois tâches. La première tâche consiste d'abord en une vérification de la qualité des données à partir de comparaison entre diverses données co-localisées (in-situ, et mesures de télédétection aéroportées et satellitaires). Des outils de comparaison entre modèles et observations seront développés ou améliorés comme les simulateurs d'observables ou encore les algorithmes de restitution des données de microphysique nuageuse à partir des observations RALI. Enfin, une dernière sous-tâche dédiée à l'assimilation de données de vent sera menée pour évaluer l'impact sur la prévision du temps en aval. La deuxième tâche est dédiée aux études de processus à méso-échelle des WCBs et leur impact local sur l’écoulement atmosphérique. Des simulations de modèles régionaux centrées sur un domaine couvrant l'Islande et son voisinage sud où ont eu lieu les vols SAFIRE seront effectuées dans le but de les comparer aux observations. Des expériences de sensibilité à différents schémas de paramétrisation seront menées. Des diagnostics Lagrangiens seront développés pour séparer le chauffage diabatique en différentes tendances (microphysique, rayonnement, turbulence). Enfin, la troisième tâche vise à s’intéresser à des mécanismes d’interactions à plus grande échelle. On s’intéressera en particulier à l’impact à distance des WCBs sur la formation d’un blocage début octobre et sur la formation d'un événement météorologique extrême (fortes rafales et précipitations) qui a frappé le sud de la France mi-Octobre. Il s’agit également dans cette tâche d’analyser les biais des modèles de climat en effectuant des simulations à courte échéance des deux modèles de climat qui permettra d'identifier les processus physiques rapides de croissance d'erreur. Ainsi, le présent projet nécessite une approche méthodologique combinée, qui devient possible grâce à l'expertise complémentaire des scientifiques impliqués et avec lesquels interagiront les 2 postdocs recrutés.

Les latérites, qui font partie de la couverture d’altération de la surface terrestre, occupent 80% du volume total des sols et participent significativement au bilan géochimique global de l’érosion et de l’altération, et ainsi à la consommation de gaz à effet de serre. Malgré leur importance à la surface de la Terre, la chronologie de leur formation et de leur évolution en réponse au changement climatique et géodynamique est toujours peu contrainte. Le projet RECA adressera les questions de l’axe 1 du challenge 1 de l’ANR « Fonction et évolution du climat, océans et cycles majeurs » et « Surface continentale : zone critique et biosphère » de l’ANR, par la reconstruction de l’influence du climat sur la formation des latérites. L’originalité du projet RECA est de combiner des données chronométriques et des marqueurs de l’altération et du climat développés ces dernières années de façon à construire un scénario complet et prédictif de la formation et de l’évolution des latérites. Pour cela, nous allons concentrer nos efforts sur la région géodynamiquement stable du bouclier Guyanais et de l’Amazonie centrale, où des latérites se sont formées tout au long du Cénozoïque et sont associées à cinq unités géomorphologiques majeures. Ce projet pluridisciplinaire ambitieux propose, pour la première fois, de réaliser des datations absolues des cuirasses latéritiques associées aux grands épisodes de pénéplanation du super continent sud Américain. Nous allons dater des populations d’oxydes et hydroxydes de fer (hématite, goethite) et d’argile (kaolinite), bien identifiés minéralogiquement, respectivement par (U-Th)/He, (U-Th)/Ne et résonnance paramagnétique électronique. Ces méthodes de datation récentes sont particulièrement adaptées car elles s’appliquent aux minéraux secondaires les plus communs des latérites qui peuvent enregistrer des temps géologiquement longs. La complexité inhérente aux matériaux de l’altération, qui peuvent contenir différentes populations d’un même minéral secondaire, liées à des étapes distinctes de latéritisation, sera prise en compte. La chronologie de la formation des cuirasses sera alors reliée aux conditions paléo-climatiques (température, précipitation) dérivées de la combinaison d’outils géochimiques et d’indices minéralogiques : (i) à l’échelle globale, avec par exemple les courbes de drainage continental connues, (ii) et à une échelle plus régionale au travers de l’intensité de l’altération, l’analyse des rapports goethite/hématite ou les rapports isotopiques de l’O et H sur les kaolinites et d’oxydes et hydroxydes de fer. Une tâche supplémentaire sera d’y associer les méthodes isotopiques « non-conventionnelles » du Li, Si et Fe, qui aideront à différencier les évolutions de l’altération liées aux étapes diverses de formation des latérites. Le couplage du bilan d’altération avec les âges des phases d’altération des profils latéritiques permettra d’obtenir des taux d’altération et d’érosion, qui seront comparés aux environnements d’altération actuel et passé de la surface de la Terre. Afin de mener à bien cette tâche ambitieuse, le projet RECA rassemble un consortium international fait de chercheurs qualifiés dans l’identification des sols latéritiques, les méthodes de datation, la minéralogie environnementale, la géochimie élémentaire et isotopique « conventionnelles » et « non- conventionnelles », et des approches de modélisation des profils d’altération. La synergie des équipes identifiées offre le plus haut niveau de garantie pour surmonter les difficultés techniques et scientifiques, donnant accès aux informations encore cachées sur la formation et l’évolution des sols en réponse au changement climatique sur des échelles de temps géologiques.

La région de la tropopause tropicale (TTL=Tropopause TropicaL Layer) est la région de l’atmosphère entre 30°S and 30°N qui est limitée en dessous par la troposphère tropicale dominée par la convection et au dessus par l’écoulement quasi-horizontal dans la stratosphère régulée par la circulation de Brewer-Dobson. La TTL est la porte d’entrée de la stratosphère qui contrôle sa composition. Elle est traversée par l’air frais monté de la surface par la convection, transportant la pollution anthropogénique. En raison de ce rôle et de l’effet radiatif des cirrus qui la remplissent et qui régulent la convection dans les plus basses couches, la TTL est un composant clé du système climatique. Pendant l’été, la TTL est principalement sous l’influence de la mousson d’Asie dont l’étage supérieur est dominé par un anticyclone de grande échelle s’étendant de l’est de l’Asie à la mer Méditerranée. Cette circulation d’altitude ventile la convection et redistribue l’air ascendant. Depuis une quinzaine d’années une couche d’aérosols (ATAL=Asian Tropopause Aerosol Layer), récemment découverte, s’est développée vers 16 km d’altitude à l’intérieur de l’anticyclone de mousson et est attribuée à l’augmentation de la pollution au niveau du sol en Asie. En raison du manque d’observations dans le passé, on connaît encore très mal l’impact de la mousson sur la TTL, la distribution des sources au sol, les propriétés de transport dans la TTL et la dynamique des couches d’aérosols et de cirrus dans TTL. En particulier, la connaissance de l’ATAL repose sur très peu d’observations. Une grande quantité d’observations nouvelles sont ou seront cependant bientôt disponibles due à une nouvelle génération d’instruments en orbite et une série de campagnes en Asie basées sur des collaborations internationales. En particulier, la campagne du projet européen StratoClim, à l’été 2017, va apporter pour la toute première fois des mesures aéroportées in situ au cœur de la TTL de la mousson d’Asie et de l’ATAL. Le but fondamental du projet est de comprendre comment le changement climatique affecte les caractéristiques de la TTL (cirrus, transfert radiatif et composition de l’air qui entre dans la stratosphère) pendant la mousson d’Asie et quelles sont les rétroactions sur le climat. Les questions qui se présentent pour atteindre ce but sont (i) la description des nuages d’altitude et de leur detrainement (ii) les processus aux différentes échelles qui régulent le transport, la distribution des cirrus et des aérosols, (iii) l’impact radiatif des nuages, en particulier les cirrus fins, et des aérosol dans la région de mousson, (iv) la pleine utilisation des données disponibles. Une question immédiate et urgente est de comprendre le changement de composition manifesté par l’ATAL, d’en déterminer les propriétés chimiques et physiques, de comprendre et surveiller les sources et précurseurs et de déterminer son impact chimique et radiatif. Ces questions seront traitées par une série coordonnée de tâches. Des données multi-satellites seront analysées pour déterminer les propriétés des nuages hauts et des aérosols. Les données de campagne seront exploitées par modélisation lagrangienne pour lier les mesures aux sources et à l’histoire des parcelles d’air. De nouvelles observations par instruments légers sous ballons et à partir des lidars du réseau NDACC seront ajoutées. Un modèle avec représentation complète de la chimie sera utilisé pour comprendre l’ATAL et évalué par comparaison aux observations (in situ et satellite) . Après avoir validé ces approches, des climatologies des sources et des chemins de transport seront produites et des projections climatiques seront estimées. Le projet sera conduit par une équipe rassemblant la meilleure expertise et entraînée à travailler ensemble. Il constitue une opportunité unique de faire le meilleur usage des observations les plus récentes et de produire des avancées majeures sur un problème clé du climat.

La région de la haute troposphère et de la basse stratosphère a dans les Tropiques une importance considérable pour trois raisons. D'une part, les modèles opérationnels de prévisions du temps y conservent des biais et des erreurs importants. D'autre part, l'état de cette région dépend d'un grand nombre de processus (nucléation de cristaux de glace et d'aérosols, ondes, turbulence, circulation globale) sur une vaste gamme d'échelles allant du micron à l'échelle planétaire. Enfin, la tropopause tropicale constitue la porte d'entrée vers la stratosphère, imliquant que les processus dans cette région détermine la composition et l'humidité de la stratosphère, donnant à la région de la tropopause tropicale une importance disproportionnée par rapport à son volume. Les difficultés inhérentes à la modélisation de cette région (multiplicité d'échelles, de processus, absence d'une relation simlificatrice comme la géostrophie) implique que des observations précises, avec un échantillonnage approprié et suffisant, sont nécessaire pour mieux contraindre et guider notre compréhension de cette région. Le projet BOOST3R s'appuie sur une opportunité formidable pour la recherche sur cette région: trois campagnes de ballons de longue durée vont être menées entre la fin 2018 et 2024. Ces campagnes sont soutenues par le CNES, qui s'est engagé à lancer 45 ballons volant entre 18.5 et 20.5 km. Des instruments sont développés en France et aux Etats-Unis, spécifiquement pour ces campagnes, pour mesurer l'humidité, les aérosols, et détecter les cirrus ainsi que les anomalies de température à fine échelle en-dessous du niveau de vol des ballons, en plus des variables météorologiques traditionnelles (température, pression, vent). Ces campagnes fourniront des mesures de vent sans précédent dans la haute troposphère et basse stratosphère tropicale. Les mesures basées sur des nouveaux instruments, pour la vapeur d'eau, les aérosols, les cirrus, fourniront un éclairage exceptionnel sur les processus dans cette région. Le but de BOOST3R est de magnifier les résultats de ces campagnes, en soutenant deux sortes de travaux. D'une part, des travaux préparatoires visant à obtenir les meilleures mesures possible, par l'amélioration ou l'optimisation des instruments mais aussi par la coordination avec d'autres mesures complémentaires. Ces études nécessitent des dépenses en équipement pour le développement d'instruments, et en personnel pour les mesures coordonnées. D'autre part, pour tirer pleinement profit de ces observations novatrices, il sera indispensable de les combiner et les confronter à des approches de modélisation. C'est principalement des dépenses en personnel qui permettront de réaliser les syneergies telles que les modèles de climat pourront bénéficier véritablement des retombées de ce projet. Ce qui est en jeu, c'est de déterminer quels processus contrôlent l'état et l'évolution de cette région, soumise à l'augmentation séculaire des gaz à effet de serre d'une part, et à l'augmentation rapide de la pollution associé depuis quelques années au développement économique de l'Asie du Sud-Est. Les principalles retombées attendues sont de nouveaux instruments, des observations sans précédents des variables clés de la tropopause tropicale et un progrès considérable dans notre compréhension et notre modélisation de ce compartiment crucial du système climatique.

Les mégaséismes de subduction sont associés à des subsidences ou soulèvement soudains des zones côtières. Ils peuvent être associés à de grands tsunamis capables de transporter d'énormes quantités de sédiments marins le long des côtes. Ils sont capables de générer des turbidites sur de grandes distances. Ils peuvent tuer de nombreuses personnes et détruire infrastructures côtières et sous-marines et ont aussi des impacts à plus long terme sur l'environnement. En modifiant le paysage, ils affectent le peuplement humain. En période intersismique les mouvements lents liés au chargement induisent des variations du niveau de la mer à des taux beaucoup plus rapides que ceux dus au réchauffement climatique. Ces événements représentent une menace majeure pour les populations côtières et doivent être pris en compte dans les plans d’aménagement du territoire. De tels événements sont rares et peu connu, certain pouvant se produire seulement tous les 500 ou 1000 ans. Les catalogues de sismicité historiques sont trop courts pour permettre l'estimation de leur temps de récurrence. Les modèles de cycle sismique pour prédire la récurrence de tels événements sont peu fiables. Il faut réaliser des études paléosismologiques, seules capables d’obtenir des informations sur les séismes passés à l’échelle de plusieurs cycles sismiques. L'arc des Petites Antilles est une zone densément peuplée et très touristique exposée aux grands séismes de subduction. Le plus grand séisme reporté dans l’arc a eu lieu le 8 Février 1843. Il a détruit la ville de Pointe-à-Pitre, tuant plus de 1500 personnes. Aujourd'hui, un séisme comparable pourrait provoquer des dizaines de milliers de victimes en Guadeloupe. L'objectif du projet de CARQUAKES est de restaurer le catalogue des grands tremblements de terre et les tsunamis dans les Petites Antilles et de caractériser les aléas associés en développant une approche innovante, originale et pluridisciplinaire combinant plusieurs méthodes de paléosismologie à l’interface terre-mer, des études archéologiques et historiques et des modélisations. En mer, nous utiliserons turbidites comme marqueurs de l’occurrence de grands séismes (Tâche 1). Dans cet objectif, plus de 40 carottes sédimentaires ont été prélevées dans l'arc pendant la campagne CASEIS à bord du Pourquoi PAS ? (IFREMER) du 28 mai au 5 Juillet 2016. Le projet CARQUAKES est en partie conçu pour permettre l'exploitation de ce grand ensemble de données. A terre, nous allons combiner plusieurs approches pour retrouver la trace des événements extrêmes: 1) Des études paléosismologiques dans les lagunes côtières, les lagons et les lagunes hypersalines qui peuvent avoir conservé, dans leur sédimentation, les traces de séismes et les tsunami (Tâche 2) et 2) La paléogéodésie le long des récifs, a partir de l’enregistrement corallien des microatolls qui peuvent enregistrer des séismes pendant leur croissance les événements sismiques avec une grande précision (Tâche 3); 3) des études d’archéologie et d'histoire comprenant des recherches et des analyses des descriptions historiques de séismes et tsunami dans les archives et des prospections archéologiques en lien avec la tâche 2 (Tâche 4). Des modélisations de tsunami seront effectuées pour confronter les données de sédimentologie et pour déterminer leur impact sur le littoral (hauteur des vagues, et inondation) (Tâche 5). Le projet CARQUAKES est multidisciplinaire réunissant des experts en tectonique, morphotectonique, paléosismologie, sédimentologie, paléo-environnement, la modélisation des tsunamis, en botanique et palynologie, en archéologie et l'histoire.

Le projet InterArctique est centré sur la vulnérabilité, la résilence et les capacités d'adaptation des sociétés aux changements globaux. Le réchauffement actuel est particulièrement rapide dans les zones arctiques et subarctiques, et il est à l'origine de nombreuses transformations tant sociales, économiques que comportementales des populations de ces régions. Très peu de ces changements auront un impact positif. Les peuples de l'Arctique doivent donc faire face à ces boulversements et, dans ce contexte particulier, l'étude des changements passés donnera l'oportunité d'explorer les relations complexes entre climat et sociétés humaines. Le cadre chronologique comprend le dernier millénaire, une période bien documentées par les archives climatiques glaiciaires comme par les sources historiques. DAns ce projet, nous prévoyons plusiuers mission de terrain sur les sites suivant : Groenland - 1. Etablissement occidental (Nuuk region), 2. Disko bay and région d'Uummannaq (cote ouest) and 3. Liverpool land/cap Hoegh (Cote est) ; Canada - 1. Nunavik: Kuuvik Bay and et l'île de Mansell, 2. Nunavut: îles Belcher (Sanikiluaq), 3. Labrador (Nunatsiavut): zones de Nain and Okak bay . Le Groenland zone fut témoin, autour de l'an Mil, de la rencontre entre chasseurs-pêcheurs Inuit et fermiers scandinaves, bouclant ainsi le tour du monde effectué par l'Homme. Aujourd'hui les deux styles de vie co-existent toujours, avec des chasseur/pêcheurs au Nunavik/Nunavut, sur la côte du Labrador et au Groenland et des agriculteurs dans le sud du Groenland. Dans cette aire stratégique, notre but est de documenter 1000 ans d'interactions Homme/milieux aux moyen d'une approche pluridisciplinaire combinant l'études de différent type d'archives. L'analyse des paramètres biotiques (pollen, graines, chironomes...) et abiotiques (géochimie, granulométrie, susceptibilité magnétique, micro-morphologie...), de dépôts sédimentaires variés, lacs, sols, tourbières... éclairera l'évolution des paysages en lien avec les forçages climatiques et anthropiques. Les sites archéologiques situé dans les zones d'études et plus particulièrement les artéfacts retrouvés sur ces sites donneront de précieuses informations sur l'acquisition de ressources naturelles et les interactions environnementales. Enfin une approche culturelle sera développée et mettra l'accent sur la mémoire humaine et la perception de l'environnement, du patrimoine archéologique, des sociétés du passé et des changements environnementaux et sociaux actuels et futurs dans plusieurs communautés du Groenland et du Canada (Nunavik) . Ces questions seront abordées au moyen d'entrevues avec les aînés et les jeunes Inuits, par le partage et l'utilisation des connaissances traditionnelles des partenaires locaux du projet , ainsi que dans un projet éducatif avec les écoles, mettant en oeuvre une documentation visuelle des changements de la communauté et l'écriture de fictions narratives. La population locale sera fortement intégrée au différentes étapes du projet afin de metrte en place une co-production de savoir.

La crise de l’eau le risque #1 quant à son impact sur la société d’après le « Forum de l’économie mondiale » (01/2015) [1]. Les ressources en eau douce de surface ne représentent que 0,3% des réserves mondiales. Déjà 663 million d’humains n’ont pas accès à de l’eau potable et 2,4 milliards n’ont pas de sanitaires adéquats [2,3], ce dernier point ayant un impact fort sur la qualité des eaux douces locales et donc sur la santé des populations [4]. Même lorsque de l’eau potable est disponible, il peut y avoir une variation temporelle de sa composition en fonction de facteurs humains et environnementaux, qui rendent sporadiquement l’eau non potable [5]. Malgré ceci, la dynamique de cette variabilité et le rôle de ces différents facteurs sont mal connus car il n’existe pas de suivi permanent. Les raisons en sont expliquées dans le projet et une solution de surveillance permanente, basée sur un capteur bas cout, multi-cibles est proposée. 1. World Economic Forum. (2015). Global Risks 2015 Report. 2. World Health Organization and UNICEF Joint Monitoring Programme (JMP). (2015) Progress on Drinking Water and Sanitation, 2015 Update and MDG Assessment. 3. United States Census Bureau Estimates. (2015). United States and World Population Clock. 4. Contribution of Water Pollution From Inadequate Sanitation and Housing Quality to Diarrheal Disease in Low-Cost Housing Settlements of Cape Town, South Africa. Thashlin Govender, Jo M. Barnes, Clarissa H. Pieper, Am J Public Health. 2011 July; 101(7): e4–e9. 5. Spatial and Seasonal Variability in the Water Quality Characteristics of an Ephemeral Wetland. Chad J. Boeckman and Joseph R. Bidwell Proc. Okla. Acad. Sci. 87: pp 45-54 (2007)

L'objectif du projet est de concevoir une technologie électrochimique microbienne passive applicable aux zones humides artificielles ou à d'autres écosystèmes similaires pour l'élimination de l'azote (NO3-). Le système repose sur la récupération de l’énergie diffuse présente dans les sédiments pour induire une dénitrification efficace et à faible coût. Une idée clé est d'induire des zones anoxiques locales pour promouvoir la dénitrification sans affecter l'écosystème. La diminution de la concentration en nitrates des eaux de surface, en particulier les eaux de ruissellement et les eaux drainées provenant de l'agriculture intensive, revêt une importance primordiale. À cet effet, la mise en œuvre de zones tampons comme des écosystèmes de rétention d'azote doit être optimisée pour les processus de dénitrification à l'échelle du bassin versant afin de réduire l'occupation du sol et en même temps augmenter l'élimination des nitrates. IRSTEA développe un programme de restauration d'une zone humide artificielle construite en 2010 à Rampillon (Seine et Marne) afin de démontrer le potentiel des zones humides pour réduire l'impact environnemental de l'agriculture et assurer des ressources en eau plus pure/sûre. L'apport d'eau de ruissellement dans les zones humides artificielles contient du nitrate à une concentration qui peut être supérieure à 50 mg/L (le seuil réglementaire dans l'eau potable est de 50 mg/L, un seuil inférieur de 25 mg/L est recommandé dans les eaux de surface). Une diminution de la concentration en NO3- a été observée de l'entrée à la sortie de la zone humide, mais un traitement amélioré doit être proposé. Le système que nous proposons est une électrode 3D peu coûteuse permettant une dénitrification microbienne plus active à l'interface sédiment-eau. L'oxydation microbienne des matières organiques à partir des sédiments produit un courant qui est transféré dans les zones supérieures où se produisent les réductions de O2 et de NO3- biocatalysées. Ce système repose sur le principe d'une pile à combustible microbienne, mais contrairement à cette dernière application, l'énergie prélevée dans les sédiments ne sera pas récupérée mais directement utilisée pour l'assainissement. Dans cette configuration, le système électrochimique microbien devient passif et totalement intégré dans la zone humide artificielle avec un minimum d'entretien. Aucune installation électrique supplémentaire n'est nécessaire car aucune énergie électrique n'est extraite ou fournie au système. La réduction des nitrates se produit à l'interface eau/sédiment et est inhibée en présence d'oxygène. Nous émettons l'hypothèse que la dénitrification sera accélérée par une conception et une mise en œuvre appropriées des électrodes dans la zone humide. Les recherches fondamentales dans LowNitrate seront consacrées à la conception d'électrodes 3D induisant une zone locale anoxique. Cette propriété sera utilisée pour la croissance sélective du biofilm dans un environnement naturel permettant la réduction de NO3-. Le système électrochimique microbien optimal sera évalué dans la zone humide artificielle gérée par IRSTEA à Rampillon. L'objectif quantitatif est de doubler le taux de dénitrification qui est typiquement inférieur à 350 mg de N-NO3-/m2/jour. Nous avons l'ambition de faire une étude détaillée de l'écologie associée aux réactions de dénitrification dans la zone humide de Rampillon. Un indicateur microbien de la technologie sera développé. Un modèle quantitatif de la dénitrification dans les conditions d'écoulement de la zone humide sera élaboré. Le produit final développé dans le projet est une électrode 3D efficace à faible coût qui induira une dénitrification plus rapide dans une zone humide artificielle.

Mexico City (MC) abrite 21,2 millions de personnes, soit 19% de la population du pays. Elle émet des quantités importantes de polluants et de gaz à effet de serre qui s'accumulent fortement en raison de l'emplacement de la ville dans un bassin de haute altitude entouré de montagnes. Les autorités locales et nationales se sont engagées dans des stratégies agressives de réduction des émissions, telles que la relocalisation de l'industrie lourde et des journées sans véhicule. La recherche du projet MERCI-CO2 vise à la définition et la mise en place d'un réseau de mesure du CO2 atmosphérique permettant de quantifier l'efficacité des stratégies de réduction des émissions de CO2 prises par les autorités municipales, représentées dans le projet par le ministère de l'Environnement du gouvernement de MC (SEDEMA). Pour ce faire, nous proposons de mesurer les gradients de concentrations atmosphériques de CO2 dans et autour de MC, de les attribuer aux émissions de CO2 de la ville, et de les combiner avec un modèle de transport atmosphérique 3D afin de réduire l'incertitude sur les émissions de CO2 à l'appui des politiques de réduction prises par les autorités régionales. Ce projet permettra la mise en place des fondations du futur réseau de surveillance du CO2 à l'échelle de la ville qui sera exploité par la SEDEMA partenaire du projet. En raison de la vaste étendue de MC, la définition du réseau de mesure à même de caractériser les émissions de CO2 est un défi scientifique, et nécessitera plusieurs stations. La solution proposée face au cout prohibitif des instruments à haute précision, est de déployer un réseau de 10 capteurs à bas cout et de précision intermédiaire (LCMP), combinés à 2 instruments à haute précision déjà en place. Les performances des LCMP seront évaluées en conditions réelles à l'aide des instruments précis. Les sites des LCMP seront sélectionnés après analyse des observations existantes de qualité de l'air et des cartes d'émissions de CO2 du SEDEMA. Les nouvelles stations de CO2 seront co-localisées avec les stations de qualité de l'air mesurant déjà CO et NOx, deux polluants co-émis avec le CO2 par la combustion des carburants, suivant des rapports caractéristiques du type d'émission considéré. La combinaison des mesures de CO2, CO et NOx permettra d'identifier la contribution des secteurs d'émission (trafic, résidentiel, industrie) aux émissions totales de CO2. Les concentrations de CO2 mesurées dans la couche limite au-dessus de la ville avec des capteurs in-situ seront complétées par des mesures de colonnes totales de CO2 par télédétection depuis le sol. Ces mesures des gradients de CO2 entre l'amont et l'aval de MC apporteront une vérification indépendante des émissions de la ville, quand les capteurs in-situ renseignent sur la distribution spatiale et sectorielle des émissions de CO2. Les mesures seront comparées aux simulations d'un modèle de transport 3D haute résolution prescrit par des cartes d'émissions de CO2 à l'échelle de la ville. La comparaison des simulations et des mesures permettra d'abord d'identifier les processus clés de transport atmosphérique, et de possibles hot spot d'émissions. Cette étape nous indiquera les conditions pour lesquelles le modèle performe suffisamment bien pour être utilisé dans une modélisation inverse. L'inversion des gradients de CO2 par une méthode analytique bayésienne permettra alors une estimation indépendante des émissions de MC, qui sera comparée à l'inventaire statistique. Les mesures de colonne de CO2 entre deux sites situés en amont et en aval de la ville fourniront une vérification des sources à l'échelle de la ville. La recherche proposée par MERCI-CO2 vise à réduire les incertitudes sur les émissions de CO2 de MC, et fournir des informations qui seront prises en compte par les partenaires mexicains. Ce projet bénéficie grandement de l'infrastructure de mesure des polluants existante à MC et du fort intérêt et de l'implication des partenaires mexicains.

L'épuisement irréversible des sources traditionnelles de combustibles fossiles associé à l'accumulation de gaz à effet de serre produits par leur combustion sont une incitation à développer des formes alternatives de sources éco-responsables de carbone réduit pour la production de carburants et de produits chimiques nécessaires à notre société. Les microorganismes phototrophes sont considérés comme prometteurs pour le développement de concepts innovants basés sur leur capacité inhérente à fixer le CO2, produisant ainsi diverses molécules organiques par un procédé durable dépendant de la lumière du soleil. Pour permettre à ces microorganismes de devenir des usines cellulaires efficaces pour la production biotechnologique commercialement viable et durable de produits chimiques, un défi majeur est d'améliorer leur métabolisme photoautotrophe d’assimilation du carbone. Jusqu'à présent, les stratégies d'ingénierie métabolique ont principalement porté sur la réorientation du carbone assimilé vers la production de produits chimiques spécifiques (par exemple des alcools ou des lipides), alors que la tâche difficile consistant à améliorer le processus photosynthétique en optimisant la fixation du carbone n'a pas encore été menée de manière aussi agressive. Tel est l'objectif du projet CalvinDesign. Des pertes d'énergie importantes au cours de la photosynthèse peuvent être directement attribuées à des goulets d'étranglement cinétiques au sein du cycle de Calvin-Benson (CBC), fixateur de CO2. De nombreuses possibilités existent pour améliorer l'efficacité du CBC, au moins en changeant l'abondance des enzymes clés. L'objectif du projet CalvinDesign est de combiner la biologie des systèmes (protéomique, métabolomique) et la biologie synthétique (ingénierie génétique et métabolique, reconstitution de voies métaboliques, méthodologie Design/Built/Test) pour développer des souches de microalgues et cyanobactéries très efficace pour la fixation CO2. Ce projet se concentre sur les modèles les mieux caractérisés de microorganismes photosynthétiques, la cyanobactérie Synechocystis PCC6803 et la microalgue verte eucaryote Chlamydomonas reinhardtii. L’originalité de ce projet est d'appliquer les principes et les méthodes de la biologie synthétique pour relever le défi que constitue l’amélioration de la fixation du carbone chez les microorganismes photosynthétiques. La conception des voies métaboliques (Design) visera à lever des goulets d'étranglement limitant le CBC qui ont soit déjà été suggérés (SBPase, Rubisco, enzymes TRX-dépendantes), ou seront identifiés au cours de CalvinDesign par des approches de biologie des systèmes (phase de test) ou par le biais de la reconstitution métabolique in vitro. En effet, nous allons assembler un CBC synthétique acellulaire permettant des tester rapides des combinaisons d'enzymes plus efficaces. Les principaux goulets d'étranglement seront débloqués par ingénierie métabolique en utilisant des outils moléculaires puissants. Les souches seront caractérisés dans des conditions variables, y compris des conditions industriellement pertinentes, pour générer de nouvelles connaissances pour un nouveau cycle d'analyse le long du Cycle classique «Design, Build, Test & Learn". L'objectif du projet CalvinDesign est d'initier le cycle en effectuant au moins deux itérations, générant de nouvelles connaissances sur le CBC, ainsi que de nouvelles souches. Ces souches seront testées pour valider leur gain global en termes d’efficacité photosynthétique et de fixation de CO2. Les souches générées par le projet CalvinDesign constitueront des châssis microbiens uniques pour une production accrue de produits chimiques carbonés (alcools, alcanes, lipides, sucres, pigments, terpènes, etc.). Ces souches synthétiques hautement efficaces seront d’un intérêt industriel et commercial et offriront offrira un grand potentiel pour coupler la protection environnementale, la transition énergétique et la croissance bioéconomique.

La photo dissociation de l’eau représente un enjeu majeur dans le développement de sources d’énergie propre basées sur la formation d’hydrogène moléculaire. Le contrôle et l’optimisation de cette réaction est l’un des objectifs essentiels pour les recherches sur les énergies renouvelables. Dissocier une molécule d’eau lors d’une réaction radicalaire photo induite dans des systèmes moléculaires organiques simples vient d’être prédit théoriquement et confirmé par des expériences préliminaires. Ces réactions radicalaires sont néanmoins différentes de celles normalement envisagées dans le processus de dissociation de l’eau puisqu’elles font intervenir un hydrogène et non un proton. C’est pour cette raison qu’elle représente un nouveau paradigme pour la production d’hydrogène moléculaire lors de la dissociation de l’eau. L’un des défis à relever est de comprendre, contrôler et diminuer le processus de recombinaison de l’hydrogène photo induit. Cette nouvelle réaction radicalaire doit maintenant être étudiée en détail. C’est l’enjeu du projet WSplit qui s’articule autour de techniques théoriques et expérimentales de pointes. Ce projet repose sur l’expertise de trois groupes de recherche, deux expérimentales et un théorique. Les nombreux moyens techniques complémentaires mis en œuvre, simulations numériques et expériences de spectroscopie laser résolues en temps et en énergie, offrent une opportunité unique d’étudier les processus physico-chimiques de cette réaction photo induite dans des agrégats moléculaires nanosolvatés. Les enjeux de ce projet sont : • De développer et d’utiliser des méthodes théoriques et expérimentales pour caractériser la dynamique de la réaction dans les agrégats de pyridine hydratés dont la stœchiométrie est connue et contrôlée. • D’utiliser ces premiers résultats pour comprendre et contrôler la recombinaison de l’hydrogène photo produit. • De rechercher de nouveaux chromophores moléculaires capables de générer cette réaction radicalaire. Le choix des systèmes étudiés est basé sur les résultats préliminaires de travaux théoriques et expérimentaux. Les résultats expérimentaux nouveaux qui seront obtenus permettront une caractérisation précise en termes de structure et stœchiométrie des agrégats afin d’être directement comparés aux simulations théoriques. Les travaux théoriques portent sur deux parties : développements méthodologiques et simulations. Pour la partie méthode, un nouveau programme de dynamique moléculaire mixte quantique/classique, basé sur l’échantillonnage d’évènements rares et d’algorithme d’apprentissage, permettra de prendre en compte le passage par effet tunnel lors de la réaction. Cette méthode sera appliquée à l’étude des dynamiques non adiabatique dans les agrégats Pyk(H2O)n (k=1,2 ; n=1-3). Les travaux expérimentaux reposent aussi sur deux axes : étude spectroscopique des processus photo chimiques et dynamique résolue en temps. Les études résolues en temps permettront de suivre la dynamique de la réaction de photo dissociation de l’eau. La seconde tâche sera axée sur les études spectroscopiques pour caractériser le rôle du radical OH dans la réaction, pour contrôler la stabilisation de la liaison NH dans le radical pyridinique et de rechercher d’autres chromophores organiques susceptibles de déclencher la réaction de photo dissociation de l’eau. Le projet WSplit, d’une durée de trois ans, repose sur une recherche fondamentale. C’est une première étape essentielle dans l’optique de développer un programme de recherche ambitieux sur la production d’hydrogène moléculaire photo induite catalysée par des chromophores organiques. L’achèvement de ce projet de recherche fondamentale ouvrira la voie vers des recherches plus appliquées et offrira l’opportunité de répondre aux appels d’offre de la commission européenne « Future and Emerging Technologies », Horizon 2020.

Les déchets organiques solides sont une ressource prometteuse pour la production de biocarburants et synthons par des bioprocédés anaérobies. Cependant, leur matrice complexe, hétérogène et variable dans le temps rend leur valorisation complexe : la bioraffinerie des déchets est en phase de recherche exploratoire. Pour orienter les voies de fermentation et établir des procédés stables, de nouveaux leviers opérationnels sont nécessaires. Aussi, les virus de microorganismes pourraient servir de base au développement d’outils de biocontrôle ciblant spécifiquement certains groupes fonctionnels microbiens. Dans d’autres domaines (médical, agro-alimentaire, épuration des eaux usées), des virus sont en effet déjà utilisés ou considérés dans une optique de biocontrôle. Concernant la bioraffinerie des déchets, les archées méthanogènes nuisent à la production de molécules à plus haute valeur ajoutée que le méthane mais leurs virus sont encore peu connus, si bien que le développement de telles stratégies de biocontrôle n’est aujourd’hui pas possible. Le projet VIRAME vise donc à caractériser in situ le contenu génomique de virus d’archées méthanogènes dans les bioprocédés anaérobies de valorisation des déchets organiques. Etablir le lien entre un virus et l’identité de son hôte au sein d’écosystèmes complexes est un défi puisqu’ils ne partagent pas toujours de gènes. Pour lever ce verrou, le lien entre voies de méthanogénèse actives, archées les catalysant et contenu génomique des virus infectant ces archées sera établi grâce à une approche intégrée originale couplant des techniques de pointe en écologie moléculaire (méta-omiques, isotopie, en particulier « Stable isotope probing » SIP) et des analyses in silico classiques (génomique comparative) et spécifiques (analyse de CRISPR spacers, de provirus, composition en kmers). Le contenu génomique de virus d’archées méthanogènes sera étudié au sein de microcosmes répliqués et des métaviromes de méthaniseurs de déchets seront également comparés à ceux des microcosmes. La diversité des familles virales et les gènes dont les fonctions sont liées au cycle de vie des virus et à l’écophysiologie des archées méthanogènes seront notamment examinés. Sur le plan expérimental, des conditions spécifiques et l’utilisation de divers substrats carbonés, marqués ou non au 13C, permettront d’activer sélectivement différentes voies de méthanogenèse puis d’identifier virus et cellules ayant incorporé du 13C. Des inocula issus de méthaniseurs industriels seront employés. L’équipe d’origine du coordinateur a déjà accumulé et publié des données mettant en évidence l’incorporation de substrats marqués au 13C par les archées méthanogènes, dans des microcosmes inoculés avec de telles biomasses et similaires à ceux qui seront établis pour ce projet. L’approche intégrée originale, incluant le SIP appliqué aux acides nucléiques viraux, contribue à lever un verrou important en écologie microbienne, établir le lien entre un virus et son hôte. Les connaissances générées sur la diversité génomique des virus d’archées méthanogènes participeront de plus à une meilleure compréhension de l’histoire évolutive des virus et leurs hôtes. Les résultats seront d’intérêt général pour l’amélioration des bioprocédés de méthanisation, en plein essor : les virus des méthanogènes ont certainement un effet important sur les flux de matières et sur la dynamique des méthanogènes, un groupe fonctionnel clé. Concernant les applications de bioraffinerie, le projet VIRAME vise à proposer des stratégies innovantes de biocontrôle des archées méthanogènes par les virus, en s’inspirant des domaines les plus avancés (médecine) et en imaginant, grâce aux résultats du projet, une transposition au domaine des bioprocédés. Le méthane étant un gaz à effet de serre puissant, le biocontrôle des méthanogènes offre de larges perspectives d’application (ex : mitigation des émissions de méthane par les ruminants) et peut avoir un fort impact environnemental.

L'évolution des besoins énergétiques, dus à l'augmentation des applications électriques et de la consommation électrique, ainsi qu’à la diversification des technologies liées au développement des énergies renouvelables, nécessite de modifier les méthodes de transport, de distribution et de gestion de l'énergie (smart-grid, HVDC, ...). Dans ce contexte, l'émergence de dispositifs de puissance fonctionnant en environnement sévères (haute tension, haute fréquence, haute température, radaitions, ...) devrait répondre au besoin pour faire évoluer le réseau électrique actuel vers le réseau de distribution énergétique du futur. Par exemple, il est indispensable d’adapter les technologies de convertisseur de puissance et de modifier les interrupteurs à base de semiconducteurs pour qu’ils supportent des tensions bien supérieures à 10 kV. Les propriétés électroniques et électrothermiques des semiconducteurs à large bande interdite (WBG) permettent de fabriquer des composants de puissance qui fonctionnent à haute tension, haute fréquence et haute température. Ces dernières années, plusieurs composants de puissance innovants à base de WBG ont été proposés et commercialisés. Les plus connus sont le MOSFET SiC (Wolfspeed) et le HEMT GaN (EPC, GaN System). L'intérêt des matériaux WBG est dedépasser la limite du compromis "résistance spécifique à l’état passant / tension de claquage" des dispositifs de puissance conventionnels silicium. Dans un tel contexte, le Diamant est le candidat idéal pour répondre à plusieurs des problèmes susmentionnés. Ses propriétés électriques (largeur de bande interdite, conductivité thermique, mobilité des porteurs, champ électrique critique) sont sans aucun doute les plus élevées des WBG. Cependant, le diamant est, pour le moment, un matériau technologiquement moins mature. Le but ambitieux du projet MOVeToDiam est de créer une percée technologique majeure en développant des étapes technologiques cruciales dans la filière « Diamant » pour concevoir et fabriquer la prochaine génération de composants de puissance fonctionnant à 300 ° C : un MOSFET vertical à canal p et à grille en U (Diam-UpMOSFET), ainsi qu’une diode très haute tension TMBS (Trench MOS Barrier Schottky). La démonstration de la faisabilité de ces dispositifs « Diamant » nécessite une recherche fondamentale avec un fort potentiel de rupture technologique telles que l'empilement de couches de diamant de types n et p, les contacts ohmiques faiblement résistifs sur les deux types de diamant, le contrôle de l'interface diamant/diélectrique et la gravure de tranchée parfaitement verticale. De tels défis peuvent être relevés grâce à l'expertise internationale et à la complémentarité de 4 laboratoires universitaires, à savoir LSPM, GEMaC, AMPERE, et LAAS, ainsi que de la société IBS, dans le développement de briques technologiques spécifiques au matériau Diamant. Le MOSFET de puissance vertical à canal p et la diode TMBS à base de diamant monocristallin permettront d'obtenir des modules de puissance de faibles poids, intégrés et à haut rendement, fonctionnant à haute fréquence. Ces systèmes seront utilisés dans les transports électriques et les réseaux énergétiques intelligents, principaux domaines d'intérêt du développement durable. Ces recherches permettraient à la France d'être le leader dans le domaine des composants de puissance Diamant pour les applications très haute tension

Le développement de l'énergie verte s’est intensifié ces dernières années et est actuellement d'une importance cruciale pour nos sociétés. En raison de l'effet de serre dont l'impact semble de plus en plus présent dans notre vie de tous les jours, les politiques pour le développement des énergies décarbonnées sont devenues centrales pour de nombreux états du monde entier. Néanmoins, la demande d'énergie à l’échelle du térawatt reste forte et augmentera dans un avenir proche. La production d'énergie basée sur un mix énergétique motive alors le développement et la production de cellules solaires avec des rendements de conversion photovoltaïque (PV) de plus en plus élevés. Différentes approches pour le développement de cellules solaires PV performantes ont été étudiées comme les cellules tandem III-V ou les cellules à base de séléniures de cuivre et d’indium. Cette dernière voie est l'une des alternatives les plus compétitives par rapport à la technologie industrielle actuellement dominante du silicium cristallin. Ces cellules solaires nécessitent néanmoins l’utilisation d’indium et de gallium. Une versatilité importante du prix de l'indium au cours des dernières années a conduit à une inquiétude considérable compte tenu de leurs rôles dans un large éventail de dispositifs électroniques à grande échelle, y compris les cellules solaires. En outre, dans le cas de cellules tandem III-V, l'utilisation de l'épitaxie pour la croissance des matériaux demeure coûteuse et limitante pour la fabrication de cellules à grande échelle. Il est donc important d'étudier et de développer de nouveaux matériaux sans indium/gallium aux propriétés optimisées pour la réalisation à bas coût et à l’aide de techniques simples de cellules solaires tandem silicium de grandes surfaces. Le projet OPERA vise à développer un nouveau type d’absorbeur nitrure non toxique, sans indium ni gallium, utilisant des matières premières abondantes sur terre et à faible coût de production, et à réaliser des cellules tests utilisant ces nitrures via une technique de dépôt (pulvérisation) compatible avec des réalisations larges échelles. Il s’agit d’un objectif ambitieux qui permettra un pas en avant important dans le domaine de l'énergie solaire silicium. Chaque étape intermédiaire du projet permettra d’apporter de nouvelles connaissances, en particulier sur la réalisation d’une cellule solaire nitrure et sur les propriétés fondamentales des matériaux étudiés et de leurs interfaces. La famille des alliages Zn-IV-N2 est prometteuse car elle permettrait de couvrir largement le spectre solaire. Les données concernant l’alliage ZnSnN2 restent rares. L'intérêt de cet alliage pour le PV s’est néanmoins accru ces deux dernières années, mais de nombreux efforts doivent être faits pour mieux comprendre les propriétés fondamentales de ce matériau. Le projet OPERA regroupe quatre laboratoires possédant différentes spécialités et compétences complémentaires: L'Institut Jean Lamour - Université de Lorraine - France, un institut dédié aux sciences des matériaux. L'Institut d'Electronique Microélectronique et de Nanotechnologie - Université de Lille, un institut avec des compétences en science des matériaux ainsi qu’en cellules solaires. Institut National de l'Energie Solaire - Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives: INES, un institut français bien connu dédié au développement de nouvelles technologies solaires et à leurs transferts vers l'industrie. Le laboratoire de Génie Electrique de Paris, membre fondateur de l’Institut Photovoltaïque d’Ile de France, et spécialisé dans les caractérisations avancées des matériaux pour le solaire.

Aujourd'hui et dans les années à venir, le développement des batteries à haute performance, sûre et à faible coût est la clé pour l'expansion des industries et des marchés importants tels que les véhicules électriques et les énergies renouvelables. La technologie de batterie au lithium-métal polymère (LMP) est sans doute la plus attrayante. Le lithium métal est l’anode de choix avec sa capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle utilisée dans les batteries Li-ion, pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. De plus, le lithium métal est le seul choix pour profiter des capacités élevées des positives des technologies lithium-air et lithium-soufre. Cependant, les électrolytes polymères secs ne fonctionnent qu’à 80°C, une température où les propriétés mécaniques sont insuffisantes et leur fenêtre de stabilité électrochimique est limitée. De plus, comme pour les électrolytes liquides, la fraction de charge portée par Li+ est faible (t+< 0.2), ce qui limite les performances électriques. Dans ce contexte, le principal objectif de notre projet est de développer une batterie LMP capable de fonctionner à température ambiante sur un grand nombre de cycles (> 1000). Pour atteindre cet objectif, nous proposons une approche multidisciplinaire réunissant différentes compétences dans les domaines de chimie organique et polymère, de matériaux hybrides, de transport des ions, d’électrochimie et de stockage électrochimique pour concevoir un électrolyte solide multifonctionnel « révolutionnaire ». Cet électrolyte réunit les différentes propriétés antagonistes telles que une conductivité ionique élevée à température ambiante, des propriétés mécaniques élevées, une grande stabilité électrochimique des interfaces. Le projet SELPHy est donc consacré à : • La fonctionnalisation de la surface des nanocharges (POSS, silice colloidale, nanofibres de cellulose) avec les courtes chaines de POE amorphe et/ou avec le sel de lithium à base de l’anion TFSI • La formulation des électrolytes hybrides auto-dopés par le mélange de nanocharges fonctionalisées avec une matrice conducteur d’ion Li+ (par exemple les polyoxyéthylène réticulé). • La caractérisation approfondie des électrolytes nanohybrides préparés qui comprend la dispersion des nanocharges dans la matrice de polymère, la dynamique (macro)moléculaire et les propriétés macroscopiques (transport et mécanique). Ces caractérisations permettent d’établir la relation entre la structure/composition et les propriétés macroscopiques. • La construction un prototype de batterie LMP pour quantifier les nouveaux électrolytes nanohybrides. Nous sommes totalement confiance que les électrolytes hybrides auto-dopés proposés auront : i) une valeur de tLi+ proche de 1 parce que l’anion est greffé de manière covalente aux nanocharges. Li+ est le seul ion mobile dans le milieu. ii) une conductivité ionique élevée (par exemple =10-4 S/cm à température ambiante) grâce aux mobilités élevées des chaines courtes de POE greffées à la surface de nanochrages ainsi qu’à l’emploi d’un sel lithium hautement dissocié. iii) des propriétés mécaniques suffisantes pour contrer la croissance dendritique grâce au rôle de renfort des nanocharges et au réseau réticulé de la matrice conducteur d’ion iv) une stabilité électrochimique élevée jusqu’à 5V vs Li+/Li (potentiel nécessaire pour utiliser les matériaux actifs de haut potentiel dans l’assemblage de la batterie) du fait du greffage de l’anion. v) une stabilité thermique améliorée pour la sécurité grâce à la présence de nanocharges, en particulier les POSS. SELPHy est un projet de recherche collaborative reposé sur un réseau interdisciplinaire de partenaires rassemblant des compétences dans les domaines de la chimie, physique et électrochimie.

L'électrolyse de l'eau est potentiellement l'un des procédés de production d'hydrogène les plus respectueux de l'environnement. Cependant, le déploiement à grande échelle des électrolyseurs à membrane échangeuse de protons sera ralenti dans un avenir proche par des ressources limitées en iridium (IrO2 est le catalyseur conventionnel utilisé à l'anode pour l'oxydation de l'eau en oxygène moléculaire). Par conséquent, l'objectif du projet MOISE est de diminuer d’un facteur 5, par rapport à l'état de l'art, la quantité d'Ir nécessaire à la réaction de production d'oxygène, en améliorant l'activité massique des anodes PEM. Une telle évolution participera au développement de l'électrolyse de l'eau basse température (PEM) à un coût acceptable sans baisse de rendement, pour la production massive d'hydrogène. Pour atteindre cet objectif ambitieux, notre stratégie consiste à remplacer les particules d’IrO2 classiquement utilisées par des nanoparticules d’IrO2 ou des nanoparticules de type cœur-coquille (cœur métallique d’un élément de métal de transition et coquille riche en Ir), déposées sur un support de conductivité électronique et stabilité électrochimique élevées, présentant une morphologie appropriée : le dioxyde d'étain dopé poreux. La nouveauté viendra de notre capacité à élaborer ce support de catalyseur avec deux microstructures différentes et innovantes qui seront « mises en concurrence » : des aérogels et des nanofibres/tubes. Différentes innovations et améliorations découleront de ce projet: (i) élaboration de supports de catalyseur de composition et de morphologie appropriées; (ii) développement de procédés optimisés pour le dépôt de dioxyde d'iridium sur ces supports; (iii) formulation d'une encre appropriée; (iv) fabrication d'assemblages membrane-électrodes optimisés. Après optimisation et validation (en termes de performance initiale et de durabilité), ces matériaux innovants seront testés en petit stack dans des conditions d'application réelles dans l’optique de leur commercialisation.