Projets

Ce projet correspond à l’achat d’un « scanner » de microfluorescence X rapide (_FRX) destiné à analyser de manière non invasive et non destructive les compositions élémentaires de grands échantillons. Il d’agit d’un spectromètre équipé d’un système de balayage rapide permettant de réaliser des cartographies chimiques élémentaires de la surface des objets (jusqu’à une profondeur variable selon les matrices et les pics d’émission considérés). L’appareil permet d’analyser de grandes surfaces (jusqu’à 800 mm x 600 mm). La taille du faisceau d’analyse peut être ajustée, jusqu’à une dimension minimale de 100 _m, en fonction de la structure de l’échantillon ou de la résolution désirée. Les performances analytiques de cet appareil sont intermédiaires entre celles d’un spectromètre portable et celles d’une ligne synchrotron (en matière de résolution spatiale notamment). L’appareil sera donc un outil privilégié pour affiner des mesures préliminaires faites avec des appareils portables ou, au contraire, identifier sur un objet les zones les plus pertinentes à une analyse sur ligne synchrotron. Il a été spécifiquement conçu pour les objets du patrimoine de formes et dimensions variées, nécessitant des précautions particulières quant à leur manipulation : les cartographies peuvent être réalisées verticalement ou horizontalement et, en dépit de son poids (300 kg), l’appareil, monté sur roulette, peut être aisément déplacé à l’intérieur d’un local. L’appareil permettra d’analyser la composition élémentaire de surfaces planes d’objets du patrimoine de nature très variées : fossiles (typiquement sur argilites), minéraux (repérage de mélanges de phases solides), comètes (sur des sections polies), carottes géologiques (sur une tranche rectiligne), tissus, poteries, masques, objets décorés, et documents graphiques, pour n’en citer que quelques-uns.

La présente demande d’équipement s’inscrit dans un projet de mise en place d’une plateforme de nano-spectro_imagerie infrarouge gérée par le Laboratoire de Chimie physique et localisée au sein du synchrotron SOLEIL. Cette plateforme sera capable de coupler les performances de la microscopie à sonde locale (AFM, Atomic Force Microscope) avec celles de la spectroscopie infrarouge pour obtenir des spectres infrarouges sur des échantillons avec une résolution de quelques nanomètres. A moyen terme, la plateforme de nano_imagerie infrarouge sera constituée de différentes stations expérimentales dont l’une sera couplée à la source synchrotron (actuellement en développement) de la ligne de lumières infrarouge (SMIS), et une autre à une source laser nouvelle génération, permettant de fonctionner indépendamment et de gérer les accès de manière découplée des modalités de sélection du synchrotron SOLEIL. Au sein des communautés utilisatrices de cette techniques, les applications aux matériaux anciens représentent une des applications des plus prometteuses et seront développées sur le plateau de Saclay à travers un accès fléché pour les équipes appartenant au DIM MAP. Ainsi le projet NIRMA, reposant sur des compétences uniques au niveau mondiales, vise à permettre de développer un outil d’imagerie spectrale capable de sonder à l’échelle de quelques nanomètres l’hétérogénéité des matériaux anciens, et ce de manière très complémentaire avec les instruments de laboratoires déjà accessibles. L’équipe représentée par le porteur de projet possède déjà une expertise de plus de 10 ans sur cette technique et elle a pu mettre en place de nombreuses collaborations avec des partenaires académiques de l’Université Paris-Saclay. La demande pour l’accès à cette nouvelle approche est de plus en plus forte, de la part des utilisateurs de ces communautés. L’application de cette approche pour l’étude des matériaux anciens est très récente. Dans ce contexte, la mise en place d’un accès fléché « matériaux anciens » à un instrument de microscopie champ proche de toute dernière génération est pour les partenaires du DIM-MAP une ressource unique pour étudier l’hétérogénéité multi-échelle et de composition chimique de ces systèmes complexes et identifier de nouvelles signatures physico_chimiques de l’historicité de ces matériaux. IPANEMA assurera l’accompagnement des utilisateurs sélectionnés pour la préparation des échantillons et la stratégie d’analyse en nano_imagerie IR. Cette modalité d’accès préfigurera celle qui sera mise en place à travers le nœud français E-RIHS France de l’infrastructure européenne E_RIHS.

La datation par le carbone 14 est une méthode qui permet de dater jusqu’à 50 000 ans les matériaux contenant du carbone organique. Le développement de la technique de datation par Spectrométrie de Masse par Accélérateur de particules (SMA) a permis de diminuer considérablement la quantité de matière nécessaire à la réalisation d’une datation. Cependant, pour les œuvres ou objets archéologiques pauvres en carbone, les quantités de matière à échantillonner restent souvent trop volumineuses pour qu’une datation puisse être envisagée. C’est le cas notamment de certains objets ferreux anciens pour lesquels des études précédentes ont révélé des teneurs très faibles en carbone. C’est aussi le cas d’autres matériaux comme le plâtre et le stuc, matériaux de création sculpturale et architecturale, largement répandus depuis les périodes anciennes de l’Archéologie et de l’Histoire de l’Art. Or, actuellement leur datation repose sur les seuls critères stylistiques, qui font débat pour certains corpus. L’objectif du projet est donc de développer un nouveau dispositif instrumental qui sera implanté sur l’installation ARTEMIS du Laboratoire de Mesure du Carbone 14 (LMC14) dépendant du Laboratoire des sciences du Climat et de l’Environnement (LSCE) et située sur le site du CEA de Saclay (Essonne). Il s’agit de développer une source d’ions permettant l’injection d’échantillons directement sous forme gazeuse, en s’affranchissant de la transformation en graphite solide comme à l’heure actuelle. Cette solution permettra ainsi de réduire considérablement la quantité de carbone nécessaire à la réalisation de la datation par SMA. Les premières applications utilisant l’équipement seront menées en collaboration avec des laboratoires d’archéologie (LAPA), de recherche et restauration des musées de France (C2RMF) et le Musée du Louvre. Le projet PATRIC14 donnera la possibilité de lever les verrous technologiques qui s’opposent à la datation d’échantillons à très faible teneur en carbone. Il permet d’entrevoir des perspectives inédites pour l’histoire de l’Art, l’histoire des techniques et des sociétés anciennes.

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 nécessite une restauration en deux étapes: stabilisation du support métallique et consolidation des couches de peinture. Le projet de stage vise à diagnostiquer l’état d’altération d’un corpus d’objets métalliques peints conservés dans les réserves du Musée des Arts et Métiers. Ces objets sont constitués de différents types de couches picturales et présentent différents états de conservation. Le corpus d’objet sera sélectionné en concertation avec les professionnels conservateurs et restaurateurs du musée et constats d’états seront alors réalisés. En suivant un protocole analytique, il s’agira ensuite de caractériser finement les matériaux constitutifs des objets ainsi que les produits issus de leur dégradation par l’étude de prélèvements. Pour ce faire, des techniques complémentaires multi-échelles (du macroscopique au nanométrique), avec des microfaisceaux sous rayonnement synchrotron notamment, permettront la détermination et l’imagerie des pigments, de la matrice organique des multicouches de peinture complexes altérés ainsi que des produits de corrosion. La stratégie analytique utilisera entre autres la complémentarité des mesures élémentaires, par MEB-EDX, et structurales, par IR, Raman et micro-diffraction des rayons X.

DatIM ambitionne de lever les verrous scientifiques liés au positionnement chronologique de l’instrumentarium en ajoutant la datation 14C à la palette d’approches classiquement utilisées. Au-delà de la poursuite de la construction d’une histoire de l’usage musical et des pratiques d’entretiens, de réparation ou de restaurations qui sont adressées à l’instrument de musique, elles consolideront l’émergence de concerts historiquement documentés, favorisant la valorisation des collections muséales ou privées. DatIM s’attachera à construire une chronologie autour de 3 corpus d’importance : 1- l’archet du XVIIe siècle et ses pratiques successives, 2- le clavecin et les questions de positionnement relatif dans le temps des éléments de caisse, de jeu et de piètements, 3- des luths emblématiques des XVIe et XVIIe siècle et l’authenticité de leur barrage. DatIM combine les expertises de 4 entités, 2 acteurs publics et 2 acteurs privés, et l’émergence d’une nouvelle génération d’appareils de mesure du 14C qui permet de travailler sur quelques 10 _g de carbone (contre 1 mg classiquement). Le croisement des expertises s’entend depuis la caractérisation in situ de l’échantillon, son prélèvement, la définition des contaminants potentiels et l’intégration de tous les indices chronologiques disponibles, relatifs et absolus, muséaux et physiques pour définir le cadre temporel de la vie des instruments. DatIM implique la muséologie, la caractérisation des matériaux, la chimie, la mesure physique et les statistiques bayesiennes. Au-delà des valorisations classiques sous forme d’articles ou de communications à destination des communautés 14C, muséale et de facture instrumentale, DatIM s’implique également dans la communication vers les professionnels de la facture instrumentale et les experts liés à ces objet anciens ainsi que vers le grand public, notamment dans le cadre des actions sur Paris-Saclay.

Dans le stage ici proposé en collaboration avec le DIM Matériaux anciens et patrimoniaux, l’objet du travail serait de se pencher sur l’élaboration et l’évolution du droit, en matière d’archives et de données scientifiques patrimoniales. Certaines des données scientifiques générées lors de l’étude du patrimoine consistent en des images et des textes, produits dans un univers numérique, dont nous nous proposons d’étudier le statut vis-à-vis du droit et de la pratique du droit. Cette recherche nécessite une collecte, une analyse et un enrichissement de différentes sources. Les enjeux juridiques de la production et de la diffusion de ces données dans l’univers numérique sont de première importance. Les droits sur les contenus ainsi distribués sont complexes et le paysage juridique a évolué (notamment avec la loi pour la république numérique et la loi LCAP, sur la liberté de création, l’architecture et le patrimoine). Ce thème pourrait être traité du point de vue tant de l’analyse des textes que de celui des usages du droit par les institutions patrimoniales, ce qui nécessiterait notamment de recueillir un certain nombre de pratiques auprès des institutions partenaires du DIM, en particulier les pratiques contractuelles. Ce stage s’inscrira également dans le cadre du projet mémoloi, sur La mémoire des grandes lois sur le patrimoine culturel. On pourra croiser cette démarche avec les initiatives de l’infrastructure E-RIHS, de DARIAH et de l’Inria, à l’origine de la mise en place d’une charte régissant le remploi des données scientifiques patrimoniales. Ce travail aurait pour cadre l’analyse des ressorts du droit, et les pratiques des institutions qui manient des données patrimoniales et scientifiques. Des partenaires telles les Archives nationales et le Musée du Quai Branly pourraient par exemple être sollicités et associés à cette réflexion.

ElyssaMed est une startup qui propose une nouvelle méthode de vaccination. Le vaccin thérapeutique est un cocktail de plusieurs antigènes ppCT permettant d’induire une réaction immunitaire naturelle chez des patients atteints d’un cancer du poumon non à petites cellules. Ce vaccin repose sur une voie métabolique de présentation des antigènes appelé la voie SP/SPP récemment découverte par le laboratoire de Fathia Mami-Chouaib conférant une spécificité du traitement contre les cellules tumorales. Par ailleurs, le vaccin peut également être associé à des inhibiteurs « checkpoint » pour accroître son efficacité. L’équipe a également développé un test de diagnostic compagnon visant à sélectionner les patients qui répondront de manière positive au traitement. Ce test compagnon apporte une valeur ajoutée importante au projet et assurera des essais cliniques plus pertinents.

CALINOV simplifie l'élimination des métaux et améliore l'’efficacité des catalyseurs en les intégrant dans des supports filtrables gràce à une technologie détenant le record mondial de l'efficacité dans une réaction majeure (couplage carbone-carbone de Suzuki), plus de 100 fois supérieure à celle de la concurrence. L'objectif est de mettre graduellement sur le marché des catalyseurs supportés très efficaces, à base de palladium, de rhodium, de ruthénium et de cuivre, pour couvrir les segments essentiels de la catalyse dans la chimie fine. Marchés visés : ’industrie pharmaceutique puis industries cosmétiques et agrochimiques. CALINOV est issue de plusieurs années de recherche menées au sein de l'Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d’Orsay (Université Paris-Sud / CNRS).

Issue de l'École Polytechnique et du CNRS, ThrustMe conçoit des sous-systèmes de satellites à partir d'une technologie de rupture qui change la donne dans le domaine de la propulsion spatiale. Représentant seulement 1 % de la taille et 10 % du prix d'un satellite traditionnel, les petits satellites sont en train de révolutionner l'industrie du spatial en rendant possible l'accès à l'’Internet haut-débit pour tous, en améliorant les prévisions météorologiques et la surveillance en temps réel de la planète entière. Le contrôle de l'orbite est un facteur crucial dans l'ensemble de l'industrie des petits satellites. À ce jour, il n'’y a pas de systèmes de propulsion qui répondent à la demande du marché. ThrustMe offre une nouvelle solution : un système de propulsion miniaturisé, basé sur une technologie unique et brevetée : la combinaison de la technologie du moteur ionique avec des techniques utilisées dans l'’industrie des semi-conducteurs qui simplifie au maximum la propulsion électrique. Les propulseurs ThrustMe représentent 40% de la taille des moteurs ioniques classiques tout en fournissant une performance supérieure. ThrustMe vise à proposer des systèmes prêts à l'usage ainsi que des produits sur-mesure haut de gamme pour des startups et des grandes entreprises de l'’industrie spatiale.

Faute de disposer de caméras 3D précises qui fonctionnent en temps réel, les intégrateurs industriels sont contraints de décliner de nombreuses demandes d'automatisation dans les usines de leurs clients. Ces opérations critiques de contrôle qualité qui ne peuvent ainsi être réalisées induisent des retours de produits non conformes qui contribuent à augmenter significativement les coûts de production. TRIDIMEO conçoit des caméras 3D industrielles de nouvelle génération et des solutions logicielles de vision qui permettent à ses clients intégrateurs d'’automatiser les processus d'inspection ou de guidage robotique qui étaient impossibles auparavant. Les solutions TRIDIMEO sont en effet doublement innovantes : d'une part, elles délivrent des images 3D avec une précision submillimétrique tout en fonctionnant à une cadence d'acquisition élevée (jusqu’à 5 images 3D par seconde) et, d'’autre part, elles permettent de monitorer la couleur de la production ou de détecter les matériaux indésirables. La technologie TRIDIMEO issue du CEA et appelée « scanner 3D à lumière spectralement codée », est précise et performante quelles que soient la nature et la complexité de l'’objet, y compris si la pièce est réfléchissante, et fonctionne en temps réel.

Nanowires (NWs) exhibit unique properties that make them potential building blocks for a variety of next generation NanoElectronics devices. Recent advances have shown that NWs with predefined properties can be grown, offering a new paradigm enabling functional device prototypes including: biosensors, solar cells, transistors, quantum light sources and lasers. The critical mass of scientific knowledge gained now needs to be translated into NW technologies for industry. FP7-MC NanoEmbrace (ITN) and FUNPROB (IRSES), made substantial contributions to NW research, producing excellent scientific and technological results (>100 journal papers published) and delivered outstanding training in nanoscience and transferable skills to ESRs. Despite demonstrable scientific and technological advantages of NWs, NW-based technology concepts have not yet been translated into market-ready products, because industry and academia have not worked hand-in-hand to commercialize the research findings. Thus, it is essential that NW research is now directed towards customer-oriented scientific R&D; whilst applying innovative industrial design techniques to ensure rapid translation of the basic technologies into commercial devices. This ambitious challenge requires close collaboration between academia and the nascent NW industry, combining the efforts of scientists and engineers to address market needs. Building upon our previous achievements, a team of leading scientific experts from top institutions in Europe, strengthened by experts in innovative design and industrial partners with an excellent track record of converting cutting edge scientific ideas into market products has formed the INDEED network to address this challenge. To enhance employability, INDEED will train young ESRs to become experts with a unique skill set that includes interdisciplinary scientific techniques, industrial experience through R&D secondments and innovative design skills.

The main purpose of this proposal is to explore the canonical models of planar random geometry that have been introduced in the recent years. We call this theory Brownian geometry because one of the central objects, the Brownian map, arises as the universal scaling limit of many discrete models of large random graphs embedded in the plane, in a way very similar to Brownian motion, which is the continuous limit of many different classes of random paths. The preceding scaling limit holds for the Gromov-Hausdorff distance on compact metric spaces. Furthermore, recent developments show that, in addition to its metric structure, the Brownian map can be equipped with a conformal structure. Our objectives will be to combine the different approaches to develop a systematic study of the Brownian map and its variants called the Brownian disk and the Brownian plane, as well as of the associated discrete models, which are finite graphs embedded in the plane or infinite random lattices such as the uniform infinite planar triangulation. We will also study random phenomena in random geometry, starting with random walks on infinite random lattices, with the ultimate goal of constructing Brownian motion on our continuous models. A question of importance in mathematical physics is to understand the behavior of statistical physics models in random geometry. Another fundamental question is to connect the conformal structure of the Brownian map with the conformal embeddings that are known to exist for discrete planar maps. The field of random geometry gives rise to exceptionally fruitful interactions between specialists of probability theory, theoretical physicists and mathematicians coming from other areas, in particular from combinatorics. To ensure the best chances of success for the proposed research, we will rely on the expertise of several members of the Laboratoire de Mathématiques d'Orsay, and on the unique environment of Université Paris-Sud and neighboring institutions.

IT security and risk management often ignore or underestimate the human factor (psychological, behavioural, societal, organisational and economic aspects) in the identification of cyber-risks, their quantitative economic impact and the costs of countermeasures. Cyber-attacks can harm intangible assets like reputation, IPR, expertise, and know-how. And there is severe imbalance between the efficiency of attacks and inadequate defences, due in part to the lack of quantitative information for decision makers to prioritise security investments. To foster a culture of risk management by an individual organisation or a complete sector, HERMENEUT answers: What is the real fallout of a data compromise and the long-run consequences on associated assets? What are the losses for intangible assets? Do other type of attacks (beyond data breach) severely impact intangible and tangible assets? HERMENEUT assesses vulnerabilities of organisations and corresponding tangible and intangible assets at risk, taking into account the business plans of the attacker, the commoditisation level of the target organisations, the exposure of the target and including human factors as well as estimating the likelihood that a potential cyber-attack exploits identified vulnerabilities. HERMENEUT’s cyber-security cost-benefit approach combines integrated assessment of vulnerabilities and their likelihoods with an innovative macro- and micro-economic model for intangible costs, delivering a quantitative estimation of the risks for an organisation or a business sector and investment guidelines for mitigation measures. 11 partners from 6 countries deliver an innovative methodology and advanced macro- and micro-economic models and make it available to the European research community. HERMENEUT implements its innovations in a decision support tool, tested with 2 users in healthcare and an IPR-intensive industry.

HarmonicSS vision is to create an International Network and Alliance of partners and cohorts, entrusted with the mission of addressing the unmet needs in primary Sjogren Syndrome; working together to create and maintain a platform with open standards and tools, designed to enable secure storage, governance, analytics, access control and controlled sharing of information at multiple levels along with methods to make results of analyses and outcomes comparable across centers and sustainable through Rheumatology associations. The overall idea of the HarmonicSS project is to bring together the largest well characterized regional, national and international longitudinal cohorts of patients with Primary Sjögren’s Syndrome (pSS) including those participating in clinical trials, and after taking into consideration the ethical, legal, privacy and IPR issues for sharing data from different countries, to semantically interlink and harmonize them into an integrative pSS cohort structure on the cloud. Upon this harmonized cohort, services for big data mining, governance and visual analytics will be integrated, to address the identified clinical and health policy pSS unmet needs. In addition, tools for specific diagnostic procedures (e.g. ultrasonography image segmentation), patient selection for clinical trials and training will be also provided. The users of the HarmonicSS platform are researchers (basic/translational), clinicians, health policy makers and pharma companies. pSS is relevant not only due to its clinical impact but also as one of the few “model” diseases to link autoimmunity, cancer development (lymphoproliferation) and the pathogenetic role of infection. Thus, the study of pSS can facilitate research in many areas of medicine; for this reason, the possibility for sustainability and expandability of the platform is enhanced. Moreover, pSS has a significant impact on the healthcare systems, similar to that of rheumatoid arthritis.

The present proposal is concerned with the analysis of geometric non-linear wave equations, such as the Einstein equations, as well as coupled systems of wave and kinetic equations such as the Vlasov-Maxwell and Einstein-Vlasov equations. We intend to pursue three main lines of research, each of them concerning major open problems in the field. I) The dynamics in a neighbourhood of the Anti-de-Sitter space with various boundary conditions. This is a fundamental open problem of mathematical physics which aims at understanding the stability or instability properties of one of the simplest solutions to the Einstein equations. On top of its intrinsic mathematical interest, this question is also at the heart of an intense research activity in the theoretical physics community. II) Non-linear systems of wave and kinetic equations. We have recently found out that the so-called vector field method of Klainerman, a fundamental tool in the study of quasilinear wave equations, in fact possesses a complete analogue in the case of kinetic transport equations. This opens the way to many new directions of research, with applications to several fundamental systems of kinetic theory, such as the Einstein-Vlasov or Vlasov-Maxwell systems, and creates a link between two areas of PDEs which have typically been studied via different methods. One of our objectives is to develop other potential links, such as a general analysis of null forms for relativistic kinetic equations. III) The Einstein equations with data on a compact manifold. The long time dynamics of solutions to the Einstein equations arising from initial data given on a compact manifold is still very poorly understood. In particular, there is still no known stable asymptotic regime for the Einstein equations with data given on a simple manifold such as the torus. We intend to establish the existence of such a stable asymptotic regime.

GHAIA will promote excellence through mobility to the world leader Universities in pure and applied mathematical research: Princeton University, Mit, Yale, Johns Hopkins, the Universities of California, of Texas, of Houston, of Pittsburgh, the Washington University (St. Louis), and the Worchester Polytechnical Institute, the Academia Sinica, the University of Buenos Aires have joined the consortium. European researchers will have the extraordinary opportunity to work in their exciting environment as well as receiving visiting researchers from south America. Moreover two selected enterprises have joined the consortium, allowing intersectorial mobility: Marposs and GMV, leaders in the strategic sectors of EU industry of precision equipments for automatic inspection, and of satellite navigation. Emerging technological problems call for the development of a new integrated framework of geometric and harmonic analysis, which unify in an original picture problems strongly influenced by symmetries and coming from different mathematical and technological fields. The exploitation of groups and supergroups invariances is one of the central goals of harmonic analysis, and nonlocal or nonlinear PDE in group setting present new and unexpected properties. Achievements in these directions are strictly related to a good geometric analysis of the ambient space. With these instruments we will be able to contribute to some of the biggest challenges of this century: data analysis and models of brain functionality. The final goal will be to obtain new geometrical instruments of machine vision, to be applied to develop new products for measurement of industrial processes and for satellite guidance. The international collaborations, through research and secondments, with the extraordinary selected third countries institutions of the consortium, will provide very high level transfer of knowledge and will have a strong impact on the research capability of the EU sending institutions.

Optoelectronic devices typically operate in the weak coupling regime between light and matter, for example in conventional lasers relying on population inversion to achieve optical gain. Recently there has been a surge of interest in quantum systems operating instead in the strong coupling regime, when the coupling strength of the light-matter interaction is so strong that new states – cavity polaritons – are created, that are partially light, partially material excitation. In semiconductors, exciton-polaritons have been the most widely studied type of strongly coupled system. Recently a new phenomenon has been realized exploiting intersubband transitions. The resulting excitations are called intersubband polaritons, and they have two remarkable properties: (i) a bosonic character that is maintained up to high carrier densities since they are not restricted by the Mott transition limit; (ii) large Rabi splittings. Although the scientific community has explored the basic science of intersubband polaritons, their potential for future and innovative optoelectronic devices has been entirely untapped. The MIR-BOSE project will realize this potential, and demonstrate disruptive optoelectronic devices operating in the strong coupling regime between light and matter. We will demonstrate the first bosonic lasers operating in the mid-IR and THz ranges of the electromagnetic spectrum. Laser action here does not rely on population inversion, so we will achieve temperature independent operation and high powers. We will demonstrate a new concept of inverse-Q-switching leading to the generation of high power pulses in the mid-IR, overcoming severe bottlenecks in current technology. Finally, we will demonstrate non-classical/quantum light sources and devices, generating squeezed states of light in the mid-IR/THz spectral range for quantum optics. These new sources will have a major impact on several technologies and applications, being advantageous compared to current solutions.

La dynamique des électrons dans des matériaux quantiques comme les oxydes (supraconducteurs à haute Tc, manganites, irridates..) et les fermions lourds reflète les propriétés non conventionnelles d’électrons fortement corrélés. Ces propriétés sont souvent inattendues et particulièrement pertinent pour les applications. Pour accéder à la dynamique associée aux corrélations et aux effets hors-équilibre dans ces matériaux, la spectroscopie résolue en temps ainsi que le transport à fréquence fine et le bruit électronique de grenaille sont des outils clef. Si ces techniques sont bien établies en physique mésoscopique pour étudier les lois quantiques du transport électroniques à très basse température à l’échelle micro-nano métrique elles ne sont pas encore utilisées dans des systèmes corrélés à l’échelle atomique, là où la charge et le spin des électrons interagissent. Pour combler ce vide expérimental, nous proposons de construire une nouvelle expérience de microscopie et spectroscopie tunnel à balayage (STM/STS) à basse température capable de mesurer le bruit de grenaille et le courant tunnel à fréquence finie. Cette nouvelle activité s’appuie sur les compétences de l’équipe NS2 au Laboratoire de Physique des Solides en transport et bruit à fréquence finie et sur les techniques de champ proche, en particulier STM/STS du porteur de ce projet. Ce nouvel outil, unique au monde, permettra des études qui porteront des nouveaux éclairages dans les propriétés temporelles des systèmes électroniques corrélés. Il ouvrira ainsi une nouvelle voie de recherche au laboratoire d’accueil.

En 1935, Wigner et Huntington ont spéculé que la métallisation dans l’hydrogène devait avoir lieu à 25Gpa. Les expériences ont atteint 350GPa sans trouver la phase métallique, maintenant prédite à 400GPa. Cette discordance est emblématique de la physique riche et inattendue qui survient dans cette gamme de pression. Plusieurs phases cristallines ont été détectées à basse température mais la dissociation moléculaire n’a jamais pu être observée. La courbe de fusion du cristal moléculaire a un comportement réentrant avec une température maximale de 800K autour de 100 GPa et une décroissance en pression, ce qui suggère la présence d’un nouvel état quantique de la matière, un superfluide métallique ou un superfluide supraconducteur, stabilisé vis-à-vis de la cristallisation par les effets quantiques. Tenant compte des limitations expérimentales, une nouvelle ligne de pensée pour détecter la métallisation de l’hydrogène est d’étudier des hydrates comprenant la molécule H2 dans une matrice d’éléments plus lourds. Des matériaux particulièrement prometteurs sont le silane (H4S) et le sulfure d’hydrogène (H2S); ils ont été classés récemment comme des superconducteurs traditionnels avec une température critique particulièrement haute (190 K). D’autres matériaux très intéressants sont les hydrates de lithium, décrits aussi comme favorisant la métallisation et ayant un intérêt pour des applications technologiques. L’hydrogène est aussi l’élément le plus abondant de l’univers, suivi de l’hélium, et il compose beaucoup d’objets astronomiques, par exemple Jupiter et Saturne dans notre système solaire. L’ingrédient de base des modèles planétaires est l’équation d’état de l’hydrogène, de l’hélium et de leurs mélange sur une grande gamme de pression, température et concentrations. Il est particulièrement important d’établir les transitions de démixtion des mélanges hydrogène-hélium et leur liaison avec la métallisation de l’hydrogène et de l’hélium. La localisation de ces transitions pourrait expliquer des observations expérimentales récentes sur les planètes. Des méthodes de simulations numériques de premiers principes ont été appliquées à l’hydrogène, aux éléments légers et aux hydrates sous compression. Cependant les méthodes traditionnelles type théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) ont des difficultés à fournir des prédictions précises de la métallisation. Les méthodes de Monte Carlo Quantique (QMC) n’ont pas a-priori ces limitations. Une difficulté supplémentaire est de prendre en compte les effets quantiques nucléaires qui sont significatifs à haute pression. Nous avons introduit récemment le ’Coupled Electron-Ion Monte Carlo" (CEIMC), basé entièrement sur la méthode QMC, dépassant les limitations précédentes, et bien adapté à l’hydrogène et aux éléments légers (hélium, lithium). Cette méthode a été appliquée jusqu’ici à la transition liquide-liquide dans l’hydrogène et à la courbe de Hugoniot dans le deutérium. Notre projet est d’étudier par CEIMC la métallisation dans l’hydrogène et autres éléments légers tels que hélium, lithium et leur hydrates, ainsi que sa connexion avec les courbes de transition de phase. D’un point de vue méthodologique, nous voulons, avec l’aide de la Maison de la Simulation, intégrer le CEIMC dans un logiciel libre, afin de le diffuser et de faciliter son utilisation pour des systèmes avec des éléments plus lourds, pour lesquels une distinction doit être faite entre électrons de valence et de coeur. Par exemple la modélisation de l’eau par la DFT reste un défi. Avec le CEIMC, il sera possible de considérer la corrélation électronique, la dispersion et le caractère quantique des noyaux d’une manière unifiée et cohérente. Enfin, nous développerons des méthodes QMC pour les propriétés dynamiques, tels que conductivité. Notre approche bâtira la prochaine génération de méthodes de simulation ab-initio pour des systèmes étendus, basées sur des techniques de corrélation électronique "exactes" telles que le QMC.

Les systèmes d’imagerie polarimétrique actifs ont montré leur efficacité dans les contextes militaire (décamouflage, détection d’objets) et civil (imagerie bio-médicale, imagerie 3D) car ils permettent de révéler des contrastes qui n’apparaissent pas dans les images classiques. Le projet ASTRID « Autopol » (2013-2015) a permis de concevoir et réaliser un système d’imagerie polarimétrique actif doté d’un contrôle total des états de polarisation d’illumination et d’analyse, ce qui en fait le premier au monde à posséder ces capacités. Les expérimentations réalisées avec cet imageur ont permis de démontrer l'efficacité de l'imagerie polarimétrique active dans des applications de décamouflage et de détection d’objets manufacturés en environnement complexe. Cependant, ces résultats sont limités par le fait que l'instrument est difficile à déplacer et ne permet l’acquisition d’images qu’à une cadence assez lente (qui dépend du mode opératoire). Il reste donc à valider ce concept d'imagerie dans des conditions plus proches de l’opérationnel. Notre objectif dans ce projet est donc de réaliser un démonstrateur d’imagerie polarimétrique active à 1.55 µm compact et déplaçable afin d’être testé et validé sur le terrain. Pour atteindre cet objectif, tous les éléments de l’imageur seront améliorés par rapport au démonstrateur Autopol, en tenant compte des conclusions de ce projet. Le module d’illumination sera doté d’une source laser plus puissante. Un module de détection compact et innovant sera conçu et réalisé. Comme le projet Autopol a montré qu’il est nécessaire de normaliser les images polarimétriques afin de s’affranchir des variations spatiales de réflectivité en intensité, ce module sera composé d’un séparateur de polarisation et de deux capteurs InGaAs et pourra délivrer à la cadence vidéo une image d’intensité classique et une image polarimétrique normalisée. Les modules de génération d’états de polarisation en illumination et en analyse seront simplifiés car le projet Autopol a montré que dans de nombreuses applications, un imageur doté de moins de degrés de liberté polarimétriques peut avoir une efficacité suffisante. Cela permettra de rendre ces modules plus robustes et rapides tout en donnant accès à toute une gamme de modes d’imagerie polarimétriques adaptés à chaque application. Ces différentes innovations technologiques pourront conduire à la prise de brevets. Le démonstrateur réalisé aura une portée de l’ordre du kilomètre. Il permettra de valider l’imagerie polarimétrique active sur des scénarios réalistes de décamouflage dans différentes configurations (scènes, distances d’observation) pour des objets observés représentatifs de menaces (armes, véhicules), ainsi que pour la détection d’objets dangereux sur des routes ou pistes de terre ou recouvertes d’asphalte. Grâce à l’acquisition simultanée de deux images avec les deux capteurs du module de détection, il permettra également de prendre en compte les situations dynamiques où la cible est en mouvement. Une validation et une analyse systématique des résultats obtenus permettront d’établir les domaines d’application de ce système et de donner accès à des paramètres essentiels pour son utilisation pratique, tels que la probabilité de détection ou le bilan de portée. De plus, les éléments recueillis en termes de performances, de portée et de conception technologique permettront de dimensionner un imageur polarimétrique actif de portée supérieure ou de doter un imageur actif très longue portée existant d’une capacité polarimétrique.

Dans le contexte actuel de changement climatique global, les modèles numériques sont essentiels pour explorer les caractéristiques du système climatique et anticiper son évolution. Bien que ces modèles soient de plus en plus complexes, un point clé reste cependant la représentation des échanges océan-atmosphère (OA). Ceci recouvre de nombreux aspects : paramétrisation des couches limites océanique et atmosphérique, estimation des flux échangés, schémas numériques espace-temps, raccordement des différentes grilles de calcul à l’interface, algorithmes de couplage… Démarré dans les années 90, l’effort de couplage a beaucoup porté sur la modularité des interfaces des modèles, et sur la conservation de l’énergie et de l’eau. Si de nombreux travaux ont depuis permis des améliorations, ils ont été toutefois le plus souvent ponctuels et ont traité différents aspects de manière indépendante. Dans ce contexte, notre projet vise à réexaminer globalement la représentation du couplage OA dans les modèles de climat, en intégrant de façon cohérente les points de vue physique, mathématique, numérique et algorithmique. A cette fin, il rassemble des spécialistes des diverses disciplines considérées. Les flux turbulents air-mer traduisent une large part du couplage OA. Ils sont estimés dans les modèles à partir des valeurs de quantités physiques (vent et courant, température, humidité) au voisinage de l’interface air-mer, et sont largement dépendants des paramétrisations choisies pour les couches limites atmosphérique et océanique et pour les calculs de flux. Dans ce projet, nous voulons d’une part améliorer la cohérence de cet ensemble de paramétrisations (choisies en général indépendamment), la caractériser par des critères objectifs et étudier son influence sur les résultats des modèles. D’autre part nous enrichirons ces paramétrisations en y incluant la représentation de phénomènes à fort impact (rafales de vent, couches chaudes océaniques diurnes, effets sous maille des fronts de SST), tout en déterminant le bon niveau de complexité à introduire dans les modèles du climat global. L’apport de ces nouveaux aspects sera évalué selon des critères déterministes (e.g. suivi d’évènements particuliers) et statistiques (e.g. variabilité intra-saisonnière et interannuelle), en nous focalisant sur les régions tropicales. Pour bénéficier de l'amélioration de la représentation physique du couplage dans les runs climatiques, il est nécessaire d'améliorer la cohérence mathématique et algorithmique du couplage. La discrétisation espace-temps des algorithmes usuels de couplage OA présente des incohérences. Ainsi la synchronisation entre modèles d’océan et d’atmosphère n’est que partielle, induisant un déphasage entre leurs cycles diurnes et de potentiels biais dans l’estimation des maxima journaliers et empêchant une représentation correcte des couches chaudes diurnes. Nous proposons de corriger cette incohérence par une méthode itérative (algorithme de Schwarz) dont le surcoût pourra être limité via l’utilisation locale de modèles réduits. De même, dans les calculs de flux de surface, nous réduirons les incohérences physiques dues aux différences de résolution entre les maillages océan et atmosphère par l’utilisation de grilles d’échange intermédiaires. Toutes ces améliorations seront mises au point et testées dans des cas 1D, pour lesquels un modèle couplé 1D OA sera développé spécifiquement et des solutions de référence seront calculées par simulation grande échelle (LES). Le transfert vers les modèles de climat et l’évaluation de l’impact sera ensuite assuré par des simulations 3D avec les deux modèles français de climat IPSL-CM et CNRM-CM. Beaucoup d’apports de ce projet seront génériques et applicables à tout modèle couplé OA. Une attention particulière sera portée à la mise à disposition des nouveaux outils développés (modèle 1D couplé OA, simulations LES couplées, bibliothèque de cas-tests et critères d’évaluation) pour la communauté scientifique.

L'objectif global de la proposition est de développer un lidar à absorption différentielle compact, transportable pour mesurer la concentration de l’isotope de la vapeur d’eau HDO, avec une grande résolution spatio-temporelle dans la basse troposphère et une précision sans précédent. Le lidar vapeur d’eau et isotope est un instrument unique, novateur qui, pour la première fois, va permettre de mesurer les profils de vapeur d'eau et d'abondance isotopique pour faire progresser les connaissances sur le cycle de l'eau à des échelles pertinentes pour la météorologie et le climat. Le lidar Vapeur d’eau et isotope dont le développement est proposé permettra de mesurer le rapport de mélange de vapeur d’eau, le rapport de mélange de HDO ainsi que l’abondance relative en HDO (désignée comme dD dans la suite) depuis la surface, en visée au zénith. Le système lidar sera conçu pour être opérationnel dans divers régions climatiques, i.e. des tropiques aux régions polaires. Les performances instrumentales visées sont une erreur absolue inférieure à 6‰ pour dD dans les couches limites atmosphériques (CLA) tropicales et aux moyennes latitudes et inférieure à 12‰ dans la CLA polaire. Les résolutions verticale et temporelle seront de l’ordre de 100 m et 10 minutes. Les mesures de dD dans la troposphère libre (et sous 3-4 km) seront faites avec une erreur absolue meilleure que 20‰ avec les mêmes résolutions verticale et temporelle. Les précisions attendues sont meilleures ou équivalentes à celles obtenus avec d’autres instruments de télédétection passive MAIS avec une bien meilleure résolution verticale. De plus, le système WaVIL permettra de mesurer le rapport de mélange de vapeur d’eau avec une erreur statistique relative inférieure à 1% sous 3 km (moins de 5‰ dans la CLA). Aux moyennes latitudes, cela se traduit en une erreur inférieure à 0.1 g kg-1 (moins de 160 ppmv). La précision de 1% imposée sur les mesures de H2O dans la basse troposphère ouvrira la voie vers la détection d’autre gaz à effet de serre d’importance pour le climat (CH4 et CO2). Les mesures isotopiques précises et à haute résolution de WaVIL permettront d'améliorer notre compréhension du bilan de la vapeur d'eau (en permettant la séparation des sources naturelles et anthropiques) ainsi que le cycle de vie de la convection peu profonde dans une variété de région climatique (des tropiques aux pôles). Cela se fera en permettant une détermination sans équivoque de l'origine des masses d'air associés à chacun des processus qui contribuent au maintien ou à la disparition des nuages au cours de leur cycle de vie. Les séries temporelles longues de profils de dD hautement précis et verticalement résolues de dD mesurées par le lidar WaVIL seront d'une importance primordiale pour relever ce défi en synergie avec les modèles. Ils contribueront à améliorer la représentation explicite et / ou sous-grille de ces processus dans les modèles de méso-échelle, régionales et climatiques. En outre, des observations faites avec le système de lidar WaVIL permettront de faire avancer l'interprétation des mesures de télédétection actuelles et futures des isotopes depuis l'espace, ainsi que de réduire les biais et les incertitudes associés à ces produits. L’obtention de produits fiables de l'abondance des isotopes issus de l’observation spatiale sont d’une grande importance afin d’analyser et de mieux comprendre l'impact des changements climatiques sur le cycle de l'eau. Les observations de H2O/HDO obtenues par lidar contribueront à faire progresser les connaissances sur les processus d'évaporation à la surface, d’évapotranspiration par les écosystèmes, de mélange vertical et latéral dans l'atmosphère, de condensation lors de la formation de nuages et des changements de phase de l'eau, des processus qui sont actuellement très difficiles à observer au moyen d'instruments in situ.

Des scientifiques Italiens, Américains Australiens et Français unissent leurs connaissances et savoir-faire pour étudier l’intérieur du plateau Antarctique entre la station Concordia (75°S, 123° E, Fr/It) et la station US Pôle Sud (90°, US). Les objectifs scientifiques du projet EAIIST sont d’étudier les zones englacées du continent Antarctique dans ses parties les plus arides. Ces zones largement inexplorées et méconnues offrent des caractéristiques morphologiques uniques et extraordinaires, probablement analogues à la période glaciaire pour les sites de forage profonds comme Dôme C. L’idée est d’explorer et d’étudier au moyen de véhicules terrestres les dimensions géophysiques (physique de la neige, bilan de masse, densité, température, sismicité, etc.), géochimiques (impuretés, aérosols, transfert air-neige, isotopes de l’eau) et météorologiques (stations météo automatiques, dynamique atmosphérique) de ces régions inhospitalières, reculées et méconnues de la planète mais pourtant essentielles au fonctionnement de la machine climatique terrestre.

L’usage des terres à des fins agricoles contrecarre le fonctionnement naturel des écosystèmes et induit la dégradation de la ressource sol. Dans le même temps, les prévisions estiment que la production agricole devra être multipliée par 1,85 pour répondre à la demande alimentaire de 9 milliards de personnes d'ici 2050. Les pratiques agro-écologiques doivent donc répondre à deux objectifs principaux de façon simultanée -minimiser la dégradation des sols, tout en améliorant leurs services écosystémiques. Les stratégies agro-écologiques mises en oeuvre pour restaurer le fonctionnement naturel des sols visent principalement à améliorer le réservoir de matière organique en augmentant les flux d'entrée. Nous proposons dans le projet que les futures techniques agro-écologiques soient également orientées vers l'augmentation du temps de résidence de la matière organique. Cela représenterait une stratégie « gagnant-gagnant » puisque le stockage du C à long terme dans les sols est également un enjeu majeur de l’atténuation des changements climatiques. Ceci a d’ailleurs été récemment mis sur le devant de la scène par le ministre français de l’agriculture dans son annonce du lancement de l’initiative “4 pour 1000” à l’occasion de la COP21. Il est donc nécessaire d’aller vers une meilleure compréhension des mécanismes qui contrôlent la stabilisation des matières organiques dans les sols. Il est considéré que les surfaces des minéraux jouent un rôle prépondérant dans le stockage du C. Le projet nanoSoilC se focalise spécifiquement sur les interactions organo-minérales. Nous proposons un nouveau modèle conceptuel de ces interactions dans lequel les surfaces des minéraux ne sont plus considérées comme stables, mais soumises aux processus d’altération. L’altération est à l’origine de la formation de polymères nanométriques d’Al, Si et Fe qui sont caractérisés par de grandes surfaces spécifiques et une très grande réactivité vis à vis des composés organiques qu’ils peuvent complexer sur le long terme (Basile-Doelsch et al. 2015). L’objectif global du projet est d’expliquer les processus de stabilisation et déstabilisation de la matière organique du sol en décrivant les mécanismes qui contrôlent les interactions organo-minérales aux échelles nanométriques. Les complexes organo-minéraux considérés à nano-échelle sont appelés nCOMx. Le projet se focalise (1) sur les mécanismes de formation des nCOMx (au cours des phases de formation, d’équilibre et de remédiation des sols) et (2) sur les mécanismes de déstabilisation des nCOMx (au cours de phases de perte de C par transition foret/culture). Ces différents mécanismes sont abordés par des approches complémentaires au sein de 4 Work Packages. La formation des nCOMx est abordée par des expériences de laboratoire (WP1) et de terrain (WP4). La déstabilisation des nCOMx est aussi abordée en laboratoire (WP1) et sur le terrain (WP3), mais également par des approches innovantes de modélisation (WP2). Le consortium rassemble quatre partenaires (CEREGE, ECOSYS, BEF et Recyclage& Risques) représentant 5 instituts français (CNRS, Aix-Marseille Univ., Collège de France, INRA et CIRAD). Le panel d’expertise, allant de la science des nanoparticules jusqu’aux sciences du sol, promet des avancée innovantes. Le budget global demandé à l’ANR est de 690000 euros et inclut la formation de post-doctorants, de doctorants mais aussi d’étudiants de master. Les sorties du projet sont envisagées vers la communauté scientifique mais aussi vers la vulgarisation des problématiques liées au C dans les sols. Au delà des connaissances fondamentales sur le fonctionnement du sol, il est attendu que ce projet : (1) explique les processus qui contrôlent les temps de résidence du C et augmente nos capacités à comprendre et modéliser, sur le long terme, les services écosytémiques fournis par les matières organiques des sols et (2) évalue le potentiel de séquestration du C porté par une nouvelle approche de pratique agro-écologique.

L'océan Austral ( sud de 30°S) joue un rôle clé dans les cycles biogéochimiques globaux. Les échanges verticaux dans l'océan Austral sont en effet responsables de la moitié de l'absorption dioxyde de carbone d'origine anthropique dans l'océan et d'un apport de nutriments qui fertilise les trois quarts de la production biologique dans l'océan global. Ces deux rôles sont liés à la variabilité du transport des masses d'eau et la production primaire dans l'océan Austral. En effet, la branche d'upwelling de la circulation méridienne de l'océan Austral transporte carbone et des nutriments vers la surface des océans, tandis que les branches de downwelling transportent chaleur, carbone et nutriments vers l'intérieur de l'océan. L'équilibre entre l'upwelling de carbone vers la surface et son absorption à l'intérieur de l'océan détermine la force du puits de carbone de l'océan Austral. Mais les propriétés physiques et biogéochimiques de l'océan Austral ont notablement changé ces dernières décennies. Ces changements reflètent les changements environnementaux de grande échelle qui se produisent dans l'hémisphère sud et dans l'océan Austral (changements dans les vents de surface, des flux radiatifs incidents, de la couverture de glace de mer et de la fonte des glaciers de l'Antarctique). Comment la production biologique et le cycle du carbone de l'océan Austral répondra à ces facteurs de stress climatique est un sujet de préoccupation dans la communauté des sciences du climat. De nouveaux réseaux d'observation en cours de déploiement permettront d'améliorer notre compréhension de la réponse de la biogéochimie de l'océan Austral à l'évolution des stresseurs climatiques. Une transition majeure est aussi en cours dans le réalisme des composantes océaniques des modèles du système terre (ESMs) en cours de préparation pour CMIP6. Dans cette perspective, nous proposons d'étudier la réponse intégrée de la biogéochimie de l'océan Austral aux multiples stresseurs climatique ainsi que la capacité des composantes océaniques des ESM de CMIP6 à capturer cette réponse. Nous allons notamment mettre l'accent sur le rôle des processus océaniques à petite échelle et sur l'impact des changement dans les sources d'eau douce et de fer issus de l'Antarctique sur la productivité de l'océan Austral et le cycle du carbone. Le projet permettra également de quantifier l'impact des sources d'incertitude due à des interactions d'échelle océaniques dans les projection des ESM de CMIP6. Dans ce but, notre projet de 4 ans rassemble un consortium unique d'océanographes physiciens, de biogéochimistes et de climatologues issus d'institution de recherche et d'organismes opérationnels. Nous mettrons en oeuvre une stratégie basée sur une hiérarchie de modèles numériques construits sur la plateforme communautaire NEMO. Cette hiérarchie couvrira différentes résolutions spatiales et niveaux de complexité, de l'échelle régionale à l'échelle globale. Nous produirons notamment une série de simulations d'ensemble basée sur la future composante haute résolution NEMO au 1/4° pour CMIP6. La mise en place et l'analyse des simulations seront articulées avec les grands programmes d'observation en cours. Le projet SOBUMS permettra une avancée dans notre compréhension du rôle joué par la turbulence océanique de méso-échelle et les changement en cours dans la cryosphère Antarctique sur la biogéochimie de l'océan Austral et permettra de préparer les futures analyses des simulations de CMIP6. Le projet offre également une occasion unique pour resserrer les liens entre les institutions opérationnelles et de laboratoires de recherche dans la perspective du European Copernicus Marine environment monitoring Service.

Un défi majeur pour les écologistes est de comprendre et de prédire les conséquences écologiques des changements climatiques et de l’influence humaine. Pour relever ce défi, nous devons tenir compte non seulement des effets du changement global sur la distribution et la performance des espèces, mais aussi des effets sur les interactions entre espèces. La modification de ces interactions est, en effet, susceptible de créer des effets en cascade pouvant conduire à des transitions critiques et irréversibles des écosystèmes à des échelles de temps courts, mais aussi sur de grandes échelles spatiales. L’hypothèse selon laquelle les interactions biotiques (ex. : compétition interspécifique et interactions trophiques) n’influencent la distribution de la biodiversité qu’à de petites échelles spatiales a suscité de nombreux débats. Les travaux conceptuels et de microcosmes ont assez tôt contesté cette hypothèse, tout comme les études récentes qui démontrent l’importance des interactions biotiques même à l’échelle continentale. Déterminer la direction et l’ampleur de l’impact des changements globaux sur les interactions biotiques reste donc un défi majeur pour prédire la structure des communautés et le fonctionnement des écosystèmes. L’objectif de GlobNets est donc de mieux comprendre la structure et la dynamique des assemblages multitrophiques, à des échelles biogéographiques, et en fonction de forçages spatiaux, environnementaux et humains. Pour répondre à cet objectif ambitieux, GlobNets reposera sur les outils d’ADN environnemental et du machine learning afin de collecter un ensemble de données sans précédent sur la biodiversité plante-sol couvrant les trois super-royaumes de la vie, eucaryote, les bactéries et les archées. Les données seront récoltées sur de multiples parcelles forestières le long des gradients environnementaux ou d’usages dans douze sites forestiers du monde (forêts tropicales, tempérées et boréales). Plus spécifiquement, GlobNets répondra aux objectifs suivants : I. Récolter, analyser et mettre à disposition un ensemble de données, multitrophique, multiéchelle et standardisé, sur la biodiversité plante-sol provenant de sites d’échantillonnage des principaux biomes forestiers du monde et couvrant l’ensemble de l’arbre de la vie. II. Développer de nouveaux outils mathématiques et statistiques pour l’analyse de données multitrophique provenant d’ADN environnemental et qui permettent d’une part de décomposer spatialement les diversités des différents niveaux trophiques (a, ß, et ?), et d’autre part d’inférer des probabilités d’interaction dans et entre niveaux trophiques. III. Sur la base de I et II, cartographier et décrire la répartition des diversités des compartiments plant-sol des forêts du monde et de tester le gradient latitudinal de diversité. IV. Analyser la réponse des communautés multitrophiques aux gradients environnementaux et d’utilisation, détecter la covariation spatiale entre niveaux trophiques et comprendre les raisons fonctionnelles ou phylogénétiques de ces covariations. V. Décomposer spatialement les diversités multitrophiques (c.-à-d., les composantes a, ß, et ?) et tester les hypothèses écologiques liées aux perturbations et aux gradients de stress pour de multiples conditions climatiques et d’utilisations de par le monde VI. Produire la première description biogéographique globale des réseaux de cooccurrence plante-sol couvrant un écosystème majeur (c.-à-d. les forêts). VII. Étudier l’influence respective du climat global et des forçages environnementaux et de perturbations locales sur la complexité et la modularité des réseaux d’interactions plant-sol et fournir une description biogéographique de la robustesse des réseaux basés sur des simulations de cascade extinctions d’espèces avec différents scénarios d’extinction primaire.

L'activité des microbes constitue un des principaux moteurs biogéochimiques de la biosphère. Pour faire face aux défis environnementaux, il faut apprendre à mobiliser l'activité des communautés microbiennes et faire émerger de nouveaux services écosystémiques visant à préserver les grands équilibres écologiques. Ainsi, les déchets organiques ou les eaux usées peuvent être envisagées comme des ressources à valoriser par des procédés microbiens tels que la méthanisation ou par de futures "bioraffineries environnementales". Pour concevoir et optimiser ces procédés, il est nécessaire de disposer de modèles permettant d'expliciter mathématiquement les relations causales entre les paramètres opératoires du procédé, les pressions de sélections induites, la structure des communautés microbiennes qui en résultent et les fonctions de biotransformation qui s'expriment in fine. Aujourd'hui, la modélisation des dynamiques microbiennes repose sur un grand nombre de lois phénoménologiques (Monod, Contois, Haldane…). Couramment utilisées en biotechnologie industrielle, où des agents microbiens sont mis en œuvre en conditions confinées (culture pure en général), ces équations montrent leurs limites en culture mixte pour les applications environnementales en système ouvert. Ainsi, la méconnaissance des principes qui déterminent la croissance microbienne limite fondamentalement notre compréhension et notre capacité à prédire les dynamiques microbiennes, freinant de nombreuses applications environnementales et biotechnologiques. Il est aujourd'hui nécessaire de proposer de nouvelles abstractions afin de construire un cadre de modélisation plus générique et prédictif. C'est précisément l'objectif du projet THERMOMIC. Des études thermodynamiques nous ont donné les clés nécessaires à une compréhension plus profonde du phénomène de croissance microbienne. Le bilan énergétique par unité de biomasse formée a été déterminé avec précision et une méthode générique de prédiction de la stœchiométrie de la croissance a été validée. Toutefois, le lien entre le bilan matière/énergie et la dynamique de la croissance microbienne est demeuré longtemps incompris. Nous avons réalisé une avancée récente dans ce domaine en proposant une théorie thermodynamique de la croissance microbienne. Nous avons montré que des systèmes constitués de microbes au contact de molécules pouvaient être assimilés à des ensembles décrits par les lois de la physique statistique. Une équation de croissance a été proposée, qui lie un flux (le taux de croissance des microbes) à une force (la densité d'énergie dans le milieu). L'analyse mathématique des équations obtenues a conduit à des prédictions originales qui ont pu être confortées par des données expérimentales, permettant la publication de ce travail pourtant atypique dans une revue réputée d'écologie microbienne (Desmond-Le Quéméner & Bouchez, 2014; ISME-J, IF = 9,3). Nous pensons que cette relation flux/force pourrait constituer un socle générique pour de nouvelles approches de modélisation : c'est l'hypothèse de travail du projet THERMOMIC. Ainsi, nous proposons de mobiliser des compétences d'écologie microbienne, de physique statistique, de mathématiques appliquées et d'ingénierie environnementale dans le cadre d'une approche transdisciplinaire pour (WP1) solidifier les bases de notre théorie de la croissance microbienne, (WP2) caractériser mathématiquement le comportement des modèles thermodynamiques et (WP3) évaluer leurs aptitudes prédictives dans le cadre d'applications en traitement d'eaux usées et de déchets. THERMOMIC ambitionne de produire un corpus de connaissances génériques, explicitement formulées du point de vue mathématique, étayées par des simulations et des données expérimentales, afin de refonder les bases de notre compréhension de la dynamique des systèmes microbiens et de proposer des modèles aux capacités prédictives étendues, permettant le développement de nouvelles applications biotechnologiques.

La culture du maïs nécessite de grandes quantités d'engrais azotés produisant des effets négatifs sur l'environnement allant à l’encontre d’une agriculture durable. Certains génotypes de maïs peuvent être colonisés par des bactéries endophytes fixatrices d’azote atmosphérique (N2). Cependant, le potentiel agronomique de ces bactéries demeure insuffisamment exploité. Une meilleure compréhension des mécanismes contrôlant les associations plantes-endophytes fixateurs de N2 alliée à une connaissance approfondie de la spécificité de la plante vis-à-vis des endophytes, devrait permettre d’optimiser la fixation de N2 par ces associations et de les utiliser en agriculture. L'objectif de ce projet est donc de comprendre les interactions entre les endophytes fixateurs de N2 et le maïs, afin d'identifier quels génotypes seront en mesure d'utiliser le N2 fixé plus efficacement et de déterminer quels sont les composants physiologiques et moléculaire de la plante qui contrôlent et donc permettent cette meilleure efficacité. Les génotypes retenus seront moins dépendants d’une fertilisation azotée minérale. Cet objectif sera atteint en développant une approche pluridisciplinaire de physiologie moléculaire, de physiologie de la plante entière, d’écologie microbienne, d’agronomie et de production d’inocula bactériens au niveau industriel. Nous caractériserons aux niveaux physiologique et moléculaire l’interaction maïs-endophytes fixateurs de N2 en combinant des études de transcriptomique, de protéomique et de métabolomique. Les mécanismes biologiques impliqués dans l’association plante/endophytes seront étudiés en utilisant deux bactéries modèles Herbaspirillum et Azospirillum, fixatrices de N2, et une population de 19 lignées de maïs couvrant la diversité génétique de l’espèce en Europe et en Amérique. Cette étude permettra d'identifier les processus biologiques impliqués dans l’efficacité de l’association maïs/endophyte. Associée à une étude de modélisation métabolique, ce travail de recherche permettra d’obtenir une vision intégrée de la réponse biologique de la plante à l'interaction avec les endophytes et donc de son efficacité et de son adaptation aux climats tempérés. Un criblage moléculaire sera aussi entrepris pour identifier de nouvelles bactéries endophytes fixatrices de N2 pour améliorer la productivité du maïs tout en réduisant le niveau fertilisation azotée. Ces bactéries permettront d’exploiter le bénéfice de l’association avec des maïs adaptés aux conditions pédoclimatiques tempérées européennes. Pour fournir de nouveaux inocula, nous mettrons en œuvre une nouvelle stratégie d’identification des microorganismes en utilisant des caractères microbiens et des mesures de capacité de valorisation de l’N2 fixé par le maïs. La mise au point et la production de nouvelles formulations d’inoculum sera ensuite entreprise afin de tester, en conditions agronomiques, l’efficacité de l’association chez les génotypes (lignées et hybrides correspondants) de maïs les plus aptes à utiliser l’azote fixé par les endophytes ainsi que chez des hybrides commerciaux connus pour leur niveau de performance en conditions réduites de fertilisation azotée. Le projet est focalisé sur le maïs, plante d’importance économique majeure dans le monde entier. Le maïs à l’avantage de posséder une énorme diversité génétique, permettant l'amélioration de ses performances agronomiques et environnementales au regard de l'utilisation d'engrais azotés. L’acquisition de nouvelles connaissances sur les relations existant entre la physiologie du maïs et la fourniture d’N2 “gratuit” par les endophytes bactériens permettra de mettre en œuvre de nouvelles stratégies de culture du maïs visant à réduire l'utilisation d'engrais azotés minéraux, par le biais du développement industriel de micro-granules “mixtes”, combinant matières fertilisantes et inoculum d’endophyte fixateur d’azote.

L'émergence des véhicules électriques et du stockage des énergies renouvelables afin de réduire notre impact sur l'environnement et remédier à la future pénurie de pétrole souligne le besoin d’une recherche fondamentale permettant d’augmenter la densité énergétique des batteries tout en diminuant leurs coûts et en améliorant leur sécurité. Le projet JCJC MAGICIEN propose l'exploration d'un concept novateur pour le stockage de l'énergie : les accumulateurs électrochimiques magnésium (Mg)-ion. Le magnésium apparaît comme une excellente alternative au lithium en raison de sa forte capacité spécifique, son faible coût, son abondance sur Terre et sa faible réactivité comparé au lithium offrant une meilleure sécurité. Bien que l'utilisation du magnésium sous forme de métal en tant qu’électrode négative pour batteries au Mg promette une capacité accrue, il n'existe pas à ce jour d'électrolytes qui soient à la fois compatibles avec le magnésium métallique à bas potentiel et avec les électrodes positives à haut potentiel. Les électrolytes conventionnels utilisés dans les batteries au Li interagissent fortement avec le magnésium métallique pour former une couche de surface bloquante à la surface du Mg métallique, inhibant les réactions électrochimiques réversibles dans la cellule. Un concept innovant pour résoudre ce problème est le remplacement de l’électrode en Mg métallique par un matériau compatible avec des solvants et solutions électrolytiques présentant de larges fenêtres de stabilité électrochimique. Les composés d’alliages avec le Mg, analogues aux alliages d’électrode négative dans le cas du Li, possèdent une stabilité appropriée dans les électrolytes classiques et des potentiels légèrement plus élevés que le Mg métallique pur. Leur capacité est plus faible que le Mg pur, mais encore suffisante pour assurer une augmentation substantielle de la capacité des batteries, si combinée avec une électrode positive à haute capacité. Dans ce projet, l’approche innovante est l’élaboration d’électrodes négatives à forte capacité innovantes et efficaces, à base d'alliages intermétalliques nanostructurés ou de composés type pnictures. Le premier objectif est la synthèse de nouveaux alliages intermétalliques binaires ou ternaires nanostructurés et de composés pnictures à base de Mg, jamais explorés dans la littérature, offrant des performances supérieures en cyclage (capacité, rendement coulombien) à l’état de l'art. La nanostructuration sera bénéfique pour le développement d’électrodes négatives très efficaces pour les batteries Mg-ion, accommodant les grandes variations de volume escomptés lors de la magnésiation du matériau et améliorant la diffusion lente des ions Mg2+ dans le solide. Un objectif important du projet est de parvenir à une compréhension fondamentale des mécanismes réactionnels d’insertion/désinsertion des nouveaux composés synthétisés. Une attention particulière sera également portée à la réactivité à l'interface entre l'électrode et l'électrolyte. L’objectif est d’étudier les mécanismes responsables de la réactivité différente des alliages à l’égard des électrolytes conventionnels en comparaison du Mg métallique. Enfin, le dernier objectif est l'élaboration de batteries efficaces via l’optimisation des formulations d’électrode et d'électrolyte afin d’améliorer significativement les performances des matériaux. Les connaissances acquises dans le projet ouvriront la voie vers la conception de batteries post-Li-ion stables, efficaces et à faible coût.

Une augmentation significative de l'efficacité de conversion photovoltaïque peut être obtenue par la combinaison de différentes cellules solaires possédant des plages d'absorption complémentaires. Le défi est de produire ces cellules tandems à faible coût afin de maintenir un avantage compétitif par rapport aux cellules plus efficaces mais technologiquement plus onéreuses. Récemment une nouvelle classe de cellules solaires à base de matériaux pérovskites hybrides avec une efficacité dépassant les 21% en laboratoire est apparue. Ces matériaux pérovskites sont des candidats idéaux pour réaliser des cellules solaires tandems en combinaison avec le silicium car ils peuvent être fabriqués à bas coût et leur gap peut être avantageusement ajusté. Le projet PERSIL vise à fabriquer des cellules tandem silicium nanocristallin /pérovskite. Le silicium nanocristallin (nc-Si) est obtenu par PECVD basse température à plus faible coût que le silicium cristallin classique. Les principaux objectifs du projet PERSIL sont 1) la mise au point de cellules pérovskites compatibles avec leur incorporation dans des cellules tandems nc-Si, 2) l’étude de cellules tandems nc-Si/pérovskite avec comme objectif d’obtenir une efficacité d’environ 25%, 3) l’étude de la stabilité et de la faisabilité industrielle des cellules tandems.

La gestion et l’optimisation des transferts d’énergie électrique est au coeur de nos préoccupations. Plus particulièrement, les systèmes de conversion haute tension, haut rendement et forte densité de puissance sont encore en attente de ruptures conceptuelles et technologiques. Ce projet propose de réunir des acteurs de domaines complémentaires, allant de la croissance et la réalisation de nouveaux matériaux semiconducteurs pour l’électronique de puissance (diamant) à l’implémentation dans des structures de conversion adaptées aux spécificités de ce matériau, en passant par la caractérisation et l’analyse de fiabilité et des modes de défaillances. Ce projet pluridisciplinaire est nécessaire pour démontrer expérimentalement et théoriquement les performances et la viabilité d’un nouveau semiconducteur dans son environnement système. Ces objectifs proposent de réaliser une preuve de concept inédite à l’échelle internationale afin de répondre aux besoins d’une énergie propre, sûre et efficace.

En réponse au réchauffement climatique et aux limitations en ressources fossiles, un des plus grands défis de nos sociétés est de concevoir de nouvelles méthodes pour générer des énergies renouvelables, durables et propres. Récemment, l'utilisation des cyanobactéries comme plateformes technologiques de production de biofuels s'est développée de manière significative. On peut cultiver les cyanobactéries dans des conditions impropres à l'agriculture grâce à leur adaptabilité et leur résistance à des environnements variables et extrêmes. On peut aussi leur appliquer facilement les méthodes de la bioingénierie et les efforts de recherche se concentrent sur la modification des voies métaboliques pour diriger l'énergie de la photosynthèse vers la synthèse de molécules clés. Cependant, ces modifications ont un impact sur d'autres voies métaboliques essentielles comme en particulier l'assimilation du CO2 par la photosynthèse. Inversement, modifier la photosynthèse change le rendement de production des biofuels. Comprendre ces réponses de rétroaction sera essentiel pour la conception de nouvelles souches produisant des biofuels avec des rendements élevés. Le but de notre projet est de comprendre et de modifier des mécanismes photosynthétiques de photoprotection et de régulation des cyanobactéries favorisant la production de biofuels. Nous étudierons d'une part l'impact sur la photosynthèse de modifications de voies métaboliques chez 4 souches produisant des biofuels et d'autre part l'influence sur la production de biofuels de changements de photoprotection et de taux de photosynthèse. Modifier et contrôler le mécanisme NPQ (Non-Photochemical Quenching) constitue une cible-clé pour améliorer l'efficacité de souches cyanobactériennes. Ce mécanisme, en même temps qu'il protège les cellules contre les dommages causés par la lumière, implique une baisse de l'énergie d'excitation utile et peut donc diminuer la conversion d'énergie solaire en biofuels. Nous allons modifier le mécanisme NPQ pour que les cellules adaptent rapidement leur réponse dans les conditions très variables de croissance présentes dans les bioréacteurs. A cet effet, les éléments essentiels du mécanisme NPQ, l' "Orange Carotenoid Protein" et la " Fluorescence Recovery Protein", seront modifiés. La seconde approche consistera à modifier l'appareil photosynthétique des cyanobactéries au niveau de la régulation du transport cyclique d'électrons et des mécanismes de transitions d'états, en lien avec la caractérisation approfondie de ces mécanismes. De nouveaux points de régulation seront découverts dont il faudra déterminer s'ils ont ou non un impact sur la production de biofuels spécifiques. La compréhension de différentes régulations et leurs effets sur la synthèse de biofuels conduira à développer des souches cyanobactériennes à partir de nouvelles approches qui diminuent le gaspillage d'énergie et augmentent la production de biofuels. Ce projet aura donc un impact sociétal et socio-économique par sa participation à l'amélioration des cyanobactéries productrices de biofuels, ce qui pourra conduire à breveter certaines souches modifiées dans leur photoprotection. Le succès du projet BioCyFuel requiert la combinaison des expertises des 2 partenaires français et leur collaboration avec 2 laboratoires étrangers qui fourniront les souches productrices de biofuels. Le partenaire 1 a découvert et caractérisé le mécanisme NPQ des cyanobactéries et possède une expertise de longue date en biologie moléculaire des cyanobactéries. Le partenaire 2 est un expert reconnu internationalement en particulier dans les transitions d'états chez les algues et le transport cyclique d'électrons. Les laboratoires étrangers, dirigés par le Dr Jianping YU (Etats-Unis) et le Dr Pia Lindberg (Suède), deux experts en production de biofuels, ont construit les souches de cyanobactéries et mesureront la production de biofuels par les mutants créés dans ce projet.

Le projet Hélios rassemble 2 partenaires publics (le CEA et l’ICMMO – Université Paris Saclay) et une TPE innovante (Nanomakers). Deux laboratoires du CEA Le NIMBe et le LITEN localisés respectivement à Saclay et Grenoble sont impliqués dans ce projet. Le projet vise à développer une batterie Li-Ion de haute capacité utilisant un silicium nanostructuré comme matériau d’anode en vue d’une application nomade avec un double objectif stratégique : durée de vie supérieure à 500 cycles et densité d’énergie de 300Wh/kg soit une capacité spécifique du matériau actif de1000 mAhg-1 (près de 3 fois plus élevée que les batteries graphite actuellement commercialisées). Malgré une activité scientifique en hausse depuis plus de 10 ans, l’utilisation du silicium n’a pas encore débouché car les performances de ces dispositifs se dégradent rapidement. La solution innovante proposée ici consiste à utiliser à l’anode des nanoparticules Si@C synthétisées en une seule étape par une méthode en continu particulièrement intéressante pour une production industrielle. Ces nanoparticules présentent des performances électrochimiques très intéressantes avec un cyclage stable sur plusieurs centaines de cycles et une efficacité coulombique remarquable, de l’ordre de 99,9%, en pile bouton face à du lithium métal. Ces performances sont obtenues grâce au cœur de Si qui donne la capacité élevée et à la coquille de carbone qui permet de stabiliser l’interface solide/électrolyte (SEI) sur plusieurs centaines de cycles. Les verrous qui restent à lever pour une preuve de concept en prototype Li-ion haute densité d’énergie sont : une perte de Li encore trop importante aux premiers cycles et une meilleure maitrise de l’interface liquide/solide (SEI) qui se développe au cours du cyclage. L’étude s’attachera d’une part à diminuer cette surface réactive en agrégeant les particules avec du graphite et du carbone amorphe, et d’autre part à comprendre notamment par spectroscopie d’impédance (EIS), l’évolution de la stabilité de la SEI et de la morphologie du matériau actif et de l’électrode. Pour ce faire différents types de nanoparticules revêtues de carbone seront préparées (cristallinité et taille du cœur, épaisseur et structure du carbone…) puis une comparaison de procédés sera réalisée pour l’étape d’agglomération qui comprend une dispersion des nanoparticules dans un précurseur organique de carbone en présence de graphite puis une pyrolyse. Les performances électrochimiques de ces matériaux seront évaluées dans des électrodes adaptées aux caractéristiques des matériaux avec différents électrolytes afin de relier la morphologie et la structure des composites aux mécanismes de dégradation et finalement obtenir une preuve de concept à l’échelle pré-industrielle en applications nomade (téléphonie par exemple..). Cette démonstration permettra d’intéresser des industriels du secteur, d’offrir un marché à la TPE Nanomakers qui sera à même de fournir ces matériaux actifs et de développer in fine les emplois associés en France (une cinquantaine chez Nanomakers à l’horizon 2020)

La valorisation du CO2 est une priorité environnementale, économique et sociétale majeure. Les progrès des technologies de capture du carbone permettent désormais d’envisager le CO2 comme une matière première plutôt qu’un déchet. De nombreuses techniques sont étudiées pour obtenir une conversion efficace du CO2 et beaucoup d'efforts sont réalisés en particulier pour le développement de nouveaux catalyseurs. Cependant la dissociation du CO2, processus fortement endothermique, reste un obstacle. Comme pour n’importe quelle autre réaction chimique, exciter le CO2 vibrationellement pourrait augmenter sa réactivité. Les plasmas froids (PF) sont susceptibles d’exciter vibrationellement des molécules avec une grande efficacité. Dans des gammes de pression favorables au transfert d'énergie entre niveaux vibrationels (10-300 mbar), jusqu'à 90% de l'énergie injectée dans le PF peut être transférée sous forme d’excitation. Par conséquent, l’association de plasmas ayant une forte température vibrationelle avec des surfaces catalytiques semble une approche idéale pour la conversion de molécule en général, et la dissociation du CO2 en particulier. Le couplage Plasma/catalyse est habituellement étudié à pression atmosphérique avec des plasmas filamentaires non homogènes et favorisant le chauffage du gaz plus que l’excitation vibrationelle. L’association de plasmas froids à pression réduite (PF-PR) avec des matériaux catalytiques est une approche originale qui permettra en outre de faire avancer la compréhension de l'interaction plasma/surface à plusieurs égards. D'abord, la cinétique vibrationelle des plasmas froids moléculaires, en particulier des plasmas de CO2 incluant ses trois modes de vibration, nécessite encore de gros efforts conjoints expérimentaux et en modélisation. Deuxièmement, le rôle possible des molécules vibrationnellement excitées dans les mécanismes de surface (adsorption, réactivité, désorption) est encore largement méconnu. Enfin, l’augmentation de réactivité chimique d’une distribution de molécules vibrationellement excitées est très mal connue. SYCAMORE vise à répondre à ces questions en utilisant d’une part des sources plasma bien contrôlées, et un ensemble de diagnostics in situ et résolus en temps, à la fois en phase gazeuse et en surfaces pour parvenir à une compréhension complète de l’interaction plasma/surface à pression réduite. En physique des plasmas, l’excitation vibrationnelle des molécules est souvent considérée comme un terme de perte d’énergie. La vision sous jacente à ce projet est au contraire que les PF développent des électrons ayant une énergie moyenne idéale pour développer un large réservoir d'énergie accumulé dans les molécules excitées vibrationnellement qui peuvent être utilisées pour réaliser des réactions chimiques efficaces. Si les PF avec une forte température vibrationelle sont rarement utilisés pour des réactions chimiques, c’est en raison de la complexité des cinétiques vibrationelles. SYCAMORE vise à établir le bénéfice de l’excitation vibrationelle pour certaines réactions chimiques lorsque les surfaces sont exposées au plasma. La première source plasma sera donc en priorité conçue pour faciliter les diagnostics (champ électrique, du gaz et des températures vibratoires, les radicaux et les densités de molécules) et permettre une bonne modélisation d’un plasma de CO2 pur. Lorsqu’une description précise de ce plasma de CO2 sera obtenue, l'influence de surfaces modèles telles que SiO2, CaO ou MgO pourra aisément être mise en évidence. Les mêmes matériaux seront alors utilisés dans des sources plasma plus efficaces. Les résultats obtenus seront utiles pour la conversion de CO2 bien sur, en CO2 pur mais aussi avec CH4 et H2 par exemple, ou encore pour la production de O2 pour les missions d’exploration de Mars. Les méthodes développées dans SYCAMORE pourront par la suite facilement être appliquée à d’autres synthèses moléculaires par plasma telles que NO ou NH3.

Les écoulements de fluides visqueux sont omniprésents dans la nature et ont des conséquences dans de nombreux domaines de la physique, des sciences de l’ingénieur, de l’astrophysique, de la géophysique ou de l’aéronautique. Tout étudiant en sciences a appris que, si l’on mélange assez fort un fluide visqueux, il devient turbulent et présente un spectre d’énergie caractéristique du transfert d’énergie entre les échelles, au sein duquel toute l’énergie injectée à grande échelle est transférée et dissipée à petite échelle. Par contre, ce n’est que depuis les travaux de Landau et Kolmogorov en 1962 qu’on a compris que la caractérisation des propriétés de la dissipation est cruciale, non seulement pour comprendre les questions fondamentales telles l’intermittence-qui peut corriger l’exposant du spectre d’énergie-, mais également pour relever des défis pratiques tels que la réduction de trainée ou la modélisation numérique des écoulements turbulents. Le phénomène de trainée est lié à la dissipation induite par le mouvement d’un objet (comme une voiture ou un bateau) dans un fluide et est beaucoup plus fort en régime turbulent qu’en régime laminaire. Avec la fin de l’ère d’une énergie peu chère et sans limitation, il devient très important de construire des voitures, des bateaux ou des avions plus efficaces et d’essayer de diminuer leur consommation. Les progrès technologiques récents sur la trainée ont donné des résultats intéressants, mais sans réelle compréhension de l’origine de ce phénomène, ni de ses loi d’échelles. Depuis quelques années, les mathématiciens qui travaillent sur les équations régissant les fluides ont proposé de relier ces propriétés de dissipation à la présence de singularités dans l’écoulement turbulent, sans pour autant réussir à fournir une classification des structures dissipatives associées, ou de leurs propriétés, laissant encore un vaste fossé entre le phénomène physique de la trainée et son explication théorique. Le projet EXPLOIT est un projet de recherche fondamentale visant à combler une partie de ce fossé via des mesures expérimentales d'un écoulement turbulent modèle, en utilisant des techniques d’analyses multi-échelles ainsi que des outils performants de visualisation (mesure de vitesse par suivi de particules ou par images tomographiques de particules) dans une expérience de turbulence de taille métrique. Le projet EXPLOIT s’inscrit tout à fait dans le Défi 2 : une énergie propre, sure et efficace, Axe 1 : recherche exploratoire et concepts en rupture et repose sur : i) la construction d’une nouvelle expérience dédiée, dont les dimensions et la conception seront adaptées à la mise en place d’une instrumentation à haute résolution spatiale et temporelle; ii) la détection expérimentale des structures dissipatives en les suivant dans l’espace des échelles pour obtenir leur dynamique et leurs propriétés statistiques ; iii) l’exploration de leur universalité, en variant les paramètres de contrôle de l’expérience (nombre de Reynolds) ainsi que les conditions de forçage. En cas de succès, le projet EXPLOIT pourrait conduire à une avancée dans la compréhension de l’origine de la trainée et donner de nouvelles idées pour sa minimisation, contribuant ainsi à une réduction de la facture énergétique et donc de la pollution atmosphérique.

La géothermie profonde permet la production en base, indépendamment des conditions météorologiques, d’une énergie propre utilisable directement sous forme de chaleur ou convertissable en électricité lorsque la température le permet. Sa contribution à la décarbonisation de notre économie croîtra progressivement pour atteindre une efficacité maximale en 2050 (ANCRE, 2015). Cependant, le sous-sol est un endroit complexe et incertain qui rend risquée l’exploitation des ressources qu’il renferme. Ainsi, quelle que soit la technologie utilisée – exploitation conventionnelle des aquifères profonds, production d’électricité en milieu volcanique ou opérations de nouvelle génération (EGS) - et le niveau de maturité associé, les opérations géothermiques profondes sont caractérisées par un investissement initial conséquent, lié aux coûts de forage (plusieurs M€), et risqué. Un échec peut détourner les opérateurs d'une région avec un bon potentiel a priori, mais une géologie complexe, pendant des décennies (exemple de l'aquifère du Hainaut au début des années 80). La pratique montre que la façon la plus efficace de maitriser le risque géologique est l'intégration pluridisciplinaire et collaborative des données disponibles, et des interprétations qui en sont faites, dans un modèle géologique. Dans un contexte géothermique, le but premier de ces modèles conceptuels est la prédiction de la distribution spatiale des températures. Cependant, pour être rentables, les projets de géothermie profonde ont besoin de niveaux de puissance qui nécessitent des échanges convectifs avec le réservoir et des débits de production ou d’injection importants. Parallèlement, les processus convectifs transitoires, qui sont omniprésents dans les milieux volcaniques, contrôlent également largement le régime thermique et l’état naturel de nombreux bassins sédimentaires ou des formations de socle sous-jacentes. Le modèle conceptuel d’un système géothermique est donc intrinsèquement dynamique et se doit d'intégrer les transferts de masse et d’énergie qui sont contrôlés par des structures géologiques multi-échelles... Dans un contexte où les données sont rares et hétérogènes, la simulation numérique est un moyen d’investigation puissant. De plus, en parallèle d’une augmentation importante des capacités de calcul, des avancées considérables, auxquelles ont contribué les partenaires de CHARMS, ont été réalisées au cours des dernières décennies dans la modélisation statique et dynamique du sous-sol. Mais de nombreux développements sont encore indépendants et confinés aux milieux universitaires et aucune solution commerciale ne les intègre non plus dans le même cadre. L'objectif principal de CHARMS est alors de franchir cette étape en produisant les briques de base pour une plate-forme de modélisation ouverte qui permettent de construire des modèles conceptuels dynamiques dans des contextes géologiques complexes, dès les premières phases de l'exploration, augmentant ainsi les chances de succès, et qui puissent évoluer vers des modèles de réservoir opérationnels pour garantir une exploitation durable. Le projet repose sur les trois piliers suivants: • un cadre cohérent pour associer des modèles géologiques complexes et évolutifs avec la physique non linéaire des écoulements géothermiques, • l’intégration sur la plate-forme parallèle COMPASS de schémas numériques précis et performants permettant la modélisation d’écoulements géothermaux compositionnels multiphasiques sur des maillages non structurés intégrant des surfaces de discontinuité (fractures, failles), • une base de cas test de validation et des cas industriels, comprenant des architectures de puits complexes. CHARMS rassemble des scientifiques se connaissant, avec une solide expérience de la modélisation du sous-sol. Le BRGM coordonnera le projet en s’appuyant sur l'expertise numérique des Universités de Nice et Paris 6, et de la Maison de la Simulation ainsi que sur l’expérience opérationnelle de Storengy.

Les chimistes organiciens sont encore confrontés à des défis importants, et notamment ceux qui concernent la synthèse efficace de molécules énantiopures. Dans ce contexte, la catalyse organométallique asymétrique a déjà pu apporter des réponses tangibles depuis ses premiers développements, il y a une quarantaine d’années. Néanmoins, les applications de la catalyse énantioselective par des métaux sont encore limitées car il existe peu de ligands, facilement accessibles, qui soient efficaces avec une large variété de substrats. La participation d'interactions non-covalentes (liaisons hydrogène, paires d’ions, interactions pi) s'est révélée d'une importance primordiale dans le domaine de la catalyse pour produire efficacement des composés avec une sélectivité élevée. Cependant, parmi ces dernières, les interactions pi-anioniques ont été bien moins étudiées et n’ont toujours pas été exploitées en catalyse organométallique. En conséquence, l'objectif de cette proposition vise le développement de nouveaux complexes organométalliques (chiraux) auto-assemblés d'une manière originale grâce à ces interactions non-covalentes, de type pi-anionique. Nous désirons synthétiser, grâce à ces interactions, des complexes facilement accessibles, peu coûteux, très efficaces, et sélectifs, offrant une alternative simple aux systèmes catalytiques actuels. Ils seront alors employés dans des réactions catalytiques (énantioselectives) classiques d'importance industrielle, telles que l’hydroformylation, l'hydrogénation, et l’hydrosilylation. Nous souhaitons également moduler la réactivité de ces complexes, par l'intermédiaire du contre-ion, qui pourrait faire partie du complexe organométallique ou du substrat, afin d’améliorer la réactivité et la sélectivité de transformations connues, mais aussi mettre au point des réactions inédites en catalyse asymétrique par l’intermédiaire de ces assemblages. Ainsi, cette proposition ambitionne des avancées majeures dans les domaines de la chimie organométallique, de la catalyse homogène et de la chimie supramoléculaire.

La découverte et le développement de nouveaux matériaux multifonctionnels constituent un enjeu stratégique et prioritaire du développement de la science et la technologie du 21ème siècle. Les semi-conducteurs organiques (SCOs) sont considérés comme des matériaux potentiellement innovants pour le secteur industriel des technologies de l’information et de la communication (TICs). En allant du système d'identification par radiofréquence (RFID) aux écrans OLED, les SCOs, sont attractifs et considérés comme nouveaux matériaux à forts potentiels d’innovation. Grace à leur excellente performance, une forte mobilité de charge, une bonne stabilité thermique, une compatibilité avec des substrats flexibles, un faible coût de fabrication, et une intégration facile associée à des fonctionnalités chimiques, ces matériaux sont particulièrement adaptés aux contraintes de l'électronique imprimée et flexible. Cependant leur développement à grande échelle est freiné par leur faible mobilité de charge et une stabilité chimique modérée. Pour faire émerger de nouvelles générations de SCOs multifonctionnels, il est crucial de développer de nouveaux concepts, porteurs de potentielles ruptures scientifiques et technologiques, en les couplant à des approches rationnelles pour la conception et la synthèse de nouveaux synthons moléculaires pour l’élaboration d’une nouvelle génération de matériaux semi-conducteurs, et une compréhension plus approfondie de la relation structure-propriété. Ce projet propose une approche innovante de la conception rationalisée de nouveaux matériaux SCOs. Les matériaux ciblés sont basés sur des structures aromatiques polycycliques condensés contenant des sous-unités anti-aromatiques. L’incorporation d’unités anti-aromatiques dans des architectures pi-conjuguées condensées est une approche relativement inexplorée à ce jour. Bien que le concept d'aromaticité/anti-aromaticité ait été développé pour les hydrocarbures, il reste cependant très peu exploré pour concevoir des matériaux organiques performants. L'aromaticité se traduit par une forte énergie de résonance et une stabilité chimique élevée. Ainsi, le premier objectif de GATE est de générer une nouvelle librairie de SCOs moléculaires basés sur des systèmes pi-conjugué incorporant des sous-unités anti-aromatiques avec des niveaux d'énergie ad hoc et appropriés pour l’injection de charge, et des facultés renforcées d’empilement pi-pi pour augmenter la mobilité des porteurs de charges. Le deuxième objectif est la mise en œuvre par voie humide ces nouveaux matériaux dans des architectures type transistors organiques à effet de champ (OFETs) et cellule photovoltaïque hybride avec l’objectif de mettre en évidence la grande liberté de mise en œuvre de ces matériaux et leur potentiel pour l’électronique imprimée. Les matériaux les plus perforant en termes de mobilité de charge seront testés dans dispositifs photovoltaïques (PV) hybrides. GATE bénéficiera d’une boucle de rétroaction intégrée liant efficacement l’ingénierie moléculaire, la fabrication de dispositifs OFETs et PV, et leurs caractérisations avancées. Dans son ensemble, ce projet donnera un aperçu transformatif de la conception rationnelle des SCOs, de la mise en œuvre de ces matériaux fonctionnels et de la fabrication de dispositif PV et OFETs pour déterminer le potentiel de rendement de conversion énergétique des cellules solaires hybrides (organique/inorganique: e.g. pérovskite).

Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont des molécules constituées de plusieurs cycles benzéniques condensés. Ces molécules, produites lors de la combustion incomplète des hydrocarbures, sont aussi présentes dans les eaux de fracturation ou d’extraction lors de l’exploitation de gisements de gaz non conventionnels. Ces exploitations, non autorisées en France, sont très répandues au Canada. Ceci soulève la question du traitement des eaux usées polluées par les HAP, des molécules dont la toxicité et/ou la cancérogénicité pour l’homme et la faune sauvage a été clairement établie. En outre, l'augmentation attendue de l'extraction de gaz non conventionnels suppose une augmentation égale d'eau contaminée à dépolluer. L'impact de ces contaminants dans l'écosystème aquatique sera, à termes, un problème majeur de santé publique, et l’urgence de trouver une solution à cette contamination est bien réelle. Malheureusement, ces polluants ne peuvent pas être éliminés par un traitement biologique car ils ne sont pas métabolisés par les bactéries et la photocatalyse "conventionnelle", qui utilise les rayonnements UV s’avère assez inefficace en raison de la faible profondeur de pénétration de la lumière UV dans des eaux usées troubles et fortement chargées en molécules organiques. D’autres technologies doivent être envisagées d’urgence, plus efficaces pour la dégradation de ces polluants et plus rentables. Parmi ces technologies, l’activation du processus photocatalytique dans le proche infrarouge (NIR) au moyen de particules d’upconversion (UCNP, des particules capables de transformer le rayonnement NIR en rayonnement UV) est amenée à jouer un rôle prépondérant. Le projet que nous proposons s’appuie sur la collaboration entre une équipe canadienne (INRS-EMT, F. Vetrone) et deux équipes françaises : 3 chercheurs du LRS (UPMC): J. Blanchard, G. Costentin & S. Boujday et 1 chercheur du LCP (Univ. Paris Sud): C. Colbeau-Justin. Il implique également deux partenaires non financés, un partenaire industriel canadien (Avanced CERT Inc.) et un partenaire académique singapourien (MSE-NTU). Il vise à la synthèse de nanocomposites photocatalytiques innovants combinant des UCNPs avec un photocatalyseur ZnO et à leur utilisation pour la dégradation d'HAP. Les UCNPs sont constitués de fluorures de terre rare dopés par des lanthanides. Ces derniers agissent comme des antennes vis-à-vis de la lumière proche infra-rouge (NIR) puis la convertissent en lumière UV. Dans ce procédé, l'émission de rayons UV sera produite par excitation des UCNPs dans le NIR et déclenchera l'activité du photocatalyseur ZnO pour la dégradation des polluants. Cette approche innovante permettra de dépasser les limitations liées aux méthodes actuelles puisque le problème de la pénétration limitée de la lumière UV sera résolu par la génération in situ du rayonnement UV, au contact direct du photocatalyseur, à partir de rayonnement NIR dont la profondeur de pénétration est bien supérieure dans les milieux troubles et chargés en molécules organiques. Concernant les composites, deux types de nano-architectures seront étudiés : composites cœur-coquille ou en forme de fleur. L’activité photocatalytique dépendra à la fois du rendement d’upconversion (lui même lié à la morphologie des UCNPs) et de l’activité photocatalytique de la couche de ZnO. La caractérisation détaillée de ces matériaux aura pour objectif d'établir une relation structure-propriétés et portera aussi bien sur leur morphologie, leurs propriétés électroniques et leur photoréponse que sur leurs propriétés catalytiques. Cette approche, basée sur une compréhension des mécanismes aux différentes étapes et sur des tests catalytiques sur molécules modèles puis sur des échantillons réels, permettra de mettre au point un système plus efficace et plus rentable pour le traitement des eaux usées contaminées par les HAP.

La multiferroicité dite « électronique » reste un domaine encore mal compris et donc sous-exploité. Pour trouver de nouveaux candidats ferroélectriques électroniques, et mieux comprendre les paramètres gouvernant leurs propriétés, un renouveau de l’effort des chimistes et physiciens du solide est primordial. Dans ce contexte, et suite à la découverte d’un effet magnétoélectrique géant dans le composé à ordre de charge Fe2BO4, le projet BORA-BORA vise à synthétiser et caractériser de manière approfondie deux systèmes d’oxyborates, à structure warwickite et ludwigite. Combinant valence mixte de cations de métaux de transitions (di et trivalent) et caractère unidimensionnel du réseau des atomes magnétiques, deux ingrédients connus de la ferroélectricité électronique, ces deux types structuraux présentent un potentiel à exploiter dans la découverte de nouveaux systèmes multiferroïques. La structure ludwigite offre de plus la possibilité de jouer à la fois et sur la nature du substituant et sur le site sur lequel il ira se substituer préférentiellement. BORA-BORA repose sur la synthèse de nouveaux composés et l’association de techniques de caractérisations à plusieurs échelles des structures cristallines et des propriétés physiques, au sein d’une collaboration multi-expertise des laboratoires Léon Brillouin, CRISMAT et du synchrotron SOLEIL. Au niveau des caractérisations structurales, les techniques de diffraction de rayons X, d’électrons et de neutrons seront utilisées pour étudier les structures cristallines, les phénomènes de surstructures liés à l’ordre de charge et les problèmes de non-centrosymétrie primordiaux dans les ferroélectriques. Les spectroscopies XAFS et XANES apporteront les informations complémentaires nécessaires sur les états de valence des différents cations en présence, le champ cristallin environnant, et éventuellement leur état de spin. Les mesures de constantes diélectriques et de la polarisation pyroélectrique seront une part importante des caractérisations physiques, et seront associées à l’étude des structures magnétiques par diffusion neutronique pour identifier les mécanismes des couplages magnétoélectriques. Les expériences de dichroïsme circulaire magnétique permettront de relier l’état de valence des ions sondés et le moment magnétique local.

Le projet ETAE propose des avancées significatives sur les problèmes de l’émergence et du contrôle d’instabilités hyrodynamiques dans les écoulements tournants recirculants à surface libre. L’objectif est, à partir d’excitations induites par actionneurs électro-actifs et parfaitement contrôlées en fréquence et en amplitude, de manipuler l’écoulement afin de mieux identifier les mécanismes qui, en présence de bruit mécanique, conduisent à l’instabilité de tourbillons de grande échelle. La mise en commun des compétences expérimentales et numériques sur la stabilité des écoulements tournants au LIMSI-CNRS, et sur la modélisation d’actionneurs à base de matériaux actifs au GEEPS, permettra d’aborder des questions de fond sur la sensibilité des écoulements confinés aux sources de bruit parasites. Le volet exploratoire sur les actionneurs ouvre de larges perspectives sur l’application expérimentale et numérique de méthodes novatrices de mesure et de contrôle d’un système fluide, en interaction avec l’élaboration de nouveaux matériaux actifs prometteurs pour le contrôle d’écoulement. L'étude des instabilités dans les écoulements tournants et recirculants engendrés par des disques en rotation est un des thèmes pour lequel le LIMSI est reconnu depuis longtemps. Ces écoulements sont depuis devenus des sujets d'études classiques car ils sont génériques pour comprendre des phénomènes soit géophysiques à l'échelle terrestre, soit industriels dans les machines tournantes. La mise en place au LIMSI d’un dispositif expérimental avec un disque, tournant au fond d'une cavité cylindrique fixe et remplie partiellement de liquide, a déja conduit à observer des modes d’instabilités dus à la présence de la surface libre. L'écoulement avant instabilité est axisymétrique et perd sa symétrie de révolution au-delà d'un seuil (typiquement en augmentant la vitesse de rotation). On distingue deux cas: le cas des faibles déformations de la surface libre où l'instabilité s'organise en grosses structures tourbillonnaires, et le cas des fortes déformations où la surface libre elle même brise l’axisymétrie. D’un point de vue expérimental, la mesure de la déformation de la surface libre en temps réel exige des techniques novatrices. De plus, le cas des fortes déformations reste aujourd'hui un immense défi pour les codes de simulations numériques. Cependant, même dans le cas de faible déformation de la surface libre, la comparaison des seuils a révélé des écarts significatifs entre les mesures numériques et expérimentales. Les méthodes de sensibilité aux perturbations extérieures, développées seulement récemment dans le cas délicat des écoulements ouverts, apparaissent comme une approche pertinente pour comprendre l’effet d’une instationnarité, d’origine extérieure et de niveau modéré, sur ce système fluide. Enfin, la superposition d'un bruit parfaitement contrôlé à un écoulement connu devrait permettre d'expliquer et surtout de corriger la variabilité des seuils trouvés d'une expérience à l'autre. L’élaboration de tels actionneurs, les méthodes de mesures associées, ainsi que leur insertion au sein d’une boucle de rétroaction efficace représentent aujourd’hui des défis technologiques importants. Ce projet se positionne donc à la confluence des activités sur les écoulements tournants et le contrôle des écoulements au LIMSI et sur la modélisation d'actionneurs à base de matériaux actifs au GEEPS. La mise en commun de ces compétences permettra d'aborder des questions fondamentales et des interrogations pratiques sur la sensibilité des écoulements confinés soumis à des vibrations parasites qui sont toujours présentes dans les applications réalistes. La face exploratoire du projet sur les actionneurs en régime de grands déplacements ouvre sur le long terme des perspectives importantes aussi bien sur le développement de codes de simulation avec interaction fluide/structure que sur la caractérisation des matériaux électro-actifs.

Les organogels sont des gels qui se forment lorsqu’une faible quantité (typiquement 1%) d’un composé de faible masse molaire est dispersé dans un liquide où il s’assemble sous forme de fibres enchevêtrées. Cette technologie est limitée par le fait que l’identification de nouveaux gélifiants implique un grand nombre de tests car il est actuellement impossible de prévoir quel composé, parmi des centaines de gélifiants potentiels, peut former un gel dans un milieu donné. L’objectif du projet HSPgel est de rationaliser l’influence de la structure du gélifiant sur sa sphère de gélification. Cela nous permettra de proposer des règles générales pour adapter la structure d’un gélifiant potentiel afin de réussir à gélifier un liquide d’intérêt. Les résultats du projet HSPgel seront potentiellement utiles pour l’élaboration de nouvelles formulations dans le cadre d’applications dans les domaines des lubrifiants, des hydrocarbures, des cosmétiques, des encres ou des revêtements.

Dans l’ensemble des problématiques environnementales, la pollution liée aux métaux toxiques issus des procédés industriels est devenue centrale. Très majoritairement, ces métaux sont présents dans des effluents liquides. En effet, les procédés industriels produisent des quantités gigantesques d’eau contenant ces métaux. On trouvera, par exemple, des métaux lourds chez les industriels de la microélectronique ou du traitement de surface, des métaux stratégiques comme les terres rares dans les filières des technologies de pointe ou vertes et des radionucléides dans les filières du nucléaire. Ce programme ce concentrera sur la problématique du traitement des effluents contenant des métaux lourds. Les industriels concernés après des opérations de traitement éliminent leurs effluents vers le milieu naturel ou les réutilisent en circuit fermé. Dans le premier cas ils sont soumis à une réglementation stricte sur les normes de rejet. Ces normes en usage sont centrées aujourd’hui dans la gamme des mg/l (Cu 2 mg/l, Zn 1mg/l, Cd 0.2mg/L). Mais ces normes et les législateurs qui les promulguent subissent des pressions politiques françaises et européennes qui tendent à les faire baisser. Les normes de rejets passeront inévitablement dans la gamme du µg/l. Dans ce contexte les procédés actuels qui réalisent les traitements de finition auront de grandes difficultés à satisfaire ces nouvelles normes. Le procédé le plus répandu est celui du traitement par des billes de résines échangeuses d’ions (REI). L’objectif du programme proposé ici est de mettre au point une nouvelle génération de matériaux fibreux de dimension nanométrique, possédant des propriétés de capture de métaux beaucoup plus performantes que les résines échangeuses d’ions (REI). Les fibres conçues dans le cadre de ce projet et qui seront commercialisées par AJELIS représenteront une forte alternative technique aux REI. Ces nouveaux matériaux seront de plus capables d’apporter des bénéfices environnementaux et économiques aux acteurs industriels confrontés au traitement de leurs effluents : les teneurs s’abaisseront dans la gamme des µg/L, seront plus rapides, les régénérations seront économes en chimie (économie d’eau, d’acide, …). Pour réaliser ces objectifs, et soutenu par des acteurs industriels du traitement de surface, AJELIS propose dans ce programme : 1/ d’amener à un niveau de qualification industrielle la première génération de fibres extractantes de type échangeuse de cations (basée sur l’acide polyacrylique PAA) déjà mise au point à l’échelle du laboratoire; 2/ d’élargir la gamme de matériaux fibreux pour répondre aux autres situations de traitement d’effluents industriels et reproduire la typologie habituelle des résines : résines échangeuses d’anions, faibles, fortes, chélatantes, … 3/ de développer des fibres à propriétés hautement sélectives bien supérieures à celles des résines actuelles. Il s’agira alors de s’adresser à toutes les situations de traitement d’effluents liquides contenant des métaux lourds. Ce programme sera organisé en trois tâches de recherche amont (qualification poussée et conceptions de nouvelles fibres) qui alimenteront une tâche finale qui collectera ces avancées pour les évaluer à une échelle industrielle. Dans cette dernière tâche, il faudra installer des pilotes chez des industriels déjà demandeurs. L’environnement réel et tous les critères techniques, de performances et économiques seront abordés. L’issue de ce programme est la validation de ces matériaux innovants pour permettre à terme leur commercialisation par AJELIS. Ce projet a donc pour ambition de préparer la mise sur le marché de la nouvelle génération de matériaux sorbants de métaux lourds et des générations suivantes. Les implications sociales (recrutement et développement de la Start-up AJELIS) sont aussi visées dans ce programme. Enfin ce programme à vocation environnementale s’inscrit dans la démarche de l’ « Usine du Futur ».

Les dispositifs électroniques récents sont déjà très nombreux à communiquer entre eux et dans un proche avenir, communiqueront encore beaucoup plus. Leur utilisation et donc, leur production, augmenteront de façon exponentielle. Toutefois, un certain nombre de limites scientifiques et technologiques importantes apparaissent sur le matériel actuel et la méthode. Le projet Photon’Ink, consortium entre 2 laboratoires académiques et 2 industriels français de l’électronique imprimée, se propose d’étudier et de développer de nouvelles voies chimiques combinées à un post-traitement physique à température ambiante pour la création d’interconnexion cuivre en lien avec ces applications. Dans ce cadre, l’accent sera mis sur la caractérisation et la compréhension de la relation structure/conductivité des interconnexions obtenues. Cette approche combinée, à la fois fondamentale et appliquée, débouchera sur la création de nouveaux produits et de procédés à haute valeur ajoutée.

L’objectif de GASP est le développement de matériaux 100 % biosourcés à base de polylactide et incluant de nanostructures de cellulose avec des propriétés barrière aux gaz (O2, CO2) et vapeurs (H2O, vapeurs organiques) optimisées. Ces matériaux seront ciblés pour le marché de l’emballage. GASP est positionné d’une façon volontaire sur le créneau de matériaux biosourcés et biodégradables en utilisant des matières premières commercialement disponibles. Le projet cherche par ce biais à contribuer aux solutions menant vers le développement durable des industries manufacturières et leur transition vers l’utilisation des ressources renouvelables. Des polymères organiques occupent déjà une large part du marché des emballages, mais leur expansion est freinée par leurs propriétés barrières relativement faibles. C’est aussi ce manque de propriétés barrières qui est le frein majeur à l’entrée massive de polymères biodégradables et biosourcés sur le marché des emballages. Des nanostructures permettent le design des propriétés des matériaux à l’échelle macromoléculaire et offrent ainsi une opportunité d’innovation pour des matériaux composites. Les nanocelluloses sont maintenant disponibles dans des quantités industrielles et leurs excellentes propriétés barrière à l’oxygène ont déjà été décrites. Toutefois, ce potentiel n’est pas exploité à sa hauteur, parce que le savoir faire industriel pour leur mise en œuvre manque. GASP propose de s’attaquer à ces verrous majeurs, à savoir à une meilleure compréhension du rôle de l’interface polymère/nanocharge dans la construction de la propriété macroscopique et au manque de méthodes de mise en œuvre robustes pour la création de nanocomposites performants. GASP propose de dérouler une stratégie sur deux échelles : A l’échelle macromoléculaire, GASP cherche à développer des méthodologies de greffage pour à la fois compatibiliser l’interface des nanocelluloses avec le polylactide et y implanter une fonction d’adsorption/piégeage de molécules perméantes pour augmenter les propriétés barrière du matériau final. A l’échelle macroscopique, GASP cherche à développer des méthodes innovantes pour la distribution de nanocelluloses dans des polymères fondus ou le couchage de nanocelluloses sur des films polymères. Pour relever ce défi un consortium hautement compétitif composé de partenaires académiques et privés s’est formé. Des laboratoires leadeurs dans la mise en forme de polymères (PIMM), l’analyse des propriétés barrière des nanocomposites et leur modélisation (IMP), l’analyse des phénomènes de transport (PBS), de l’interaction contenant/contenu (GENIAL), la chimie de surfaces (ICMMO) et la caractérisation et modification des nanocelluloses (LGP2) vont travailler main dans la main avec des start-ups producteurs de piégeurs moléculaires (Ajelys) et nanocelluloses (Inofib), et deux entreprises dans le domaine de la transformation de polymères par thermoformage (CGL Pack) et compléxage (Wipak). GASP permettra d’aboutir à des avancées significatives par rapport à l’état de l’art actuel sur la compréhension du rôle de l’interface nanocharge/polymère sur le transport moléculaire et créer un savoir faire de mise en œuvre de nanocelluloses. Ces résultats seront communiqués vers les communautés scientifiques et professionnelles d’intérêt par le biais de la publication de travaux dans des revues à fort impact et de présentations dans des congrès internationaux ainsi que lors des actions d’enseignement et de vulgarisation scientifique. GASP projette la création de deux démonstrateurs industriels (barquette thermoformé et film multicouche) transférable à l’échelle pilote industrielle. Ceci aura un impact sur la compétitivité des acteurs privés associés. Pour le consommateur, GASP ajoutera un pas dans la marche vers des matériaux polymères renouvelables en proposant de matériaux hautement performants et répondant aux exigences de sécurité.

Le projet WAVENEXT a pour objet d’étudier les phénomènes d’anisotropie magnétique dans les films épitaxiés à l’aide de deux techniques (la diffraction de neutrons et la réflectivité résonnante des X mous) donnant accès au magnétisme à l’échelle microscopique. Afin de tirer le meilleur parti de ces deux techniques très puissantes et complémentaires, un important développement expérimental est requis : pour pouvoir au mieux étudier les phénomènes d’anisotropie, il convient de disposer d’aimants vectoriels 3D (capables d’appliquer un champ magnétique dans n’importe quelle direction de l’espace). Ainsi, la direction d’application du champ et le fait de mettre l’échantillon en condition de diffraction/réflectivité peuvent être découplés, ce qui n’est pas le cas sur les appareils existants. Le développement de tels aimants, qui n’existent pas de façon commerciale, est aujourd’hui bien avancé : nous proposons un concept innovant n’utilisant que des bobines à axe vertical pour créer un champ tridimensionnel. Un brevet a été déposé et le transfert de technologie vers la société Sigmaphi est actuellement en cours. Les deux aimants seront livrés et opérationnels en début du projet : avril 2017 pour l’aimant « neutron » (déjà commandé grâce à un financement partiel de la Région Ile de France), septembre 2018 pour la version « photon ». Trois axes scientifiques ont été définis afin d’exploiter au maximum les moyens uniques dont nous disposerons : - L’électronique de spin antiferromagnétique. Ceci est un domaine émergent de l’électronique de spin, dans lequel il s’agit de faire jouer un rôle actif à des films antiferromagnétiques (ordonnés magnétiquement mais sans aimantation résultante) dans les dispositifs, et non plus auxiliaire comme aujourd’hui. Des effets de magnétorésistance importants ont déjà été mis en évidence récemment, mais la compréhension des phénomènes manque. Ceci est en grande partie dû au fait que les grandeurs pertinentes, notamment le paramètre d’ordre antiferromagnétique et l’aimantation de surface/interface sont difficiles à mesurer. Les deux techniques que nous utiliserons donnent un accès direct à ces grandeurs, et les aimants vectoriels nous permettront de reproduire sous faisceau de neutrons ou de rayons X mous les séquences de champ magnétiques (notamment les champs tournants) utilisés lors des expériences de magnétotransport. - Les matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire. Ceci est un enjeu fort de l’électronique de spin depuis quelques années. L’aimantation de la plupart des films minces se situe dans le plan des couches, ce qui est favorisé par l’anisotropie de forme. Toutefois, grâce à une ingénierie fine des interfaces, il est possible de faire basculer l’aimantation de couches ferromagnétiques perpendiculairement au plan des films. Ceci permet une amélioration importante des performances des dispositifs (densité de stockage, efficacité du transfert de spin,…). Toutefois, certains mécanismes physiques de ces systèmes sont encore mal compris, ce qui empêche leur optimisation. En permettant, pour la première fois, d’appliquer un champ perpendiculairement au plan des couches pendant une mesure de réflectivité, le projet WAVENEXT permettra d’accéder au profil d’aimantation de ces systèmes, souvent très complexes. La diffraction de neutrons permettra de voir comment les couches antiferromagnétiques présentes dans les systèmes sont affectées. - Le pilotage électrique de l’anisotropie. Les deux points précédents considèrent des systèmes où l’anisotropie magnétique est une donnée. Un domaine émergent de l’électronique de spin consiste à chercher à piloter l’anisotropie par un courant où une tension électrique. Dans ce cas, on peut espérer bénéficier des avantages de chaque type d’anisotropie dans un système unique. Les deux aimants WAVE seront équipés de façon à connecter électriquement les échantillons étudiés, et donc observer sous faisceaux les modifications d’anisotropie induites.

La détection de photoluminescence (PL) est une technique standard dans l'analyse biologique et chimique, qui allie les avantages de facilité d’usage, de rapidité de mesure, de faibles coûts, d'une très haute sensibilité et d'une polyvalence inégalée. Ces nombreux bénéfices ont ouvert un large champ d'applications en biodétection avec l'utilisation d'appareils électroniques grand public et de diagnostic sur les lieux de soin. Motivé par les exigences croissantes en terme de sensibilité, de spécificité, de précision, de reproductibilité et de détection multiparamétrique pour la quantification de concentrations infimes de cibles biologiques et de leurs interactions, la combinaison des nanoparticules (NPs) luminescentes et des processus de transfert d'énergie résonants (FRET) apparait comme une alternative prometteuse pour accroitre encore les capacités d'analyse biologique. La combinaison des complexes luminescents de lanthanides (Ln) et des boîtes quantiques (QD) appliquée au FRET peut fournir des propriétés optiques extraordinaires avec de nombreux avantages pour développer des biocapteurs multiplexés, sensibles et polyvalents. L’inconvénient principal des sondes à base de Ln est leur brillance limitée (< 50000 M-1cm-1) en raison des très faibles absorptions des ions Ln. Ceci peut être partiellement surmonté par la conception de complexes moléculaires contenant des ligands photo-sensibilisateurs, fonctionnant comme antennes à photons, ou par dopage de nombreux ions Ln dans des NPs. Dans le cas particulier des processus de FRET, fortement dépendants de la distance entre donneur et accepteur d'énergie, les Ln-NPs possèdent un second inconvénient. Seuls les ions Ln proches de la surface des NPs sont utiles pour le FRET. Les ions de cœur contribuent à la PL mais pas au FRET. Pour les biocapteurs luminescents leurs applications sont encore limitées par l'indisponibilité d'émetteurs proche infrarouge (NIR) brillants et stables. La gamme NIR est très importante pour les biocapteurs, car elle permet d’atteindre de plus grandes profondeurs de pénétration dans des tissus et réduit de manière significative l'auto-fluorescence des composants biologiques endogènes et la diffraction de la lumière. Les fluorophores organiques et les QDs NIR sont limités par leurs rendements quantiques relativement faibles. En outre, les QDs contiennent souvent des éléments hautement toxiques et peuvent donc être problématiques comme biocapteurs pour les cellules vivantes ou l'imagerie in-vivo. Un aspect probablement encore plus important est le manque de sondes NIR ratiométriques. La détection ratiométrique, dans laquelle le rapport de PL de sonde spécifique et non-spécifique de l'analyte est mesuré, est d'une importance capitale pour s'affranchir des variations d'intensité de PL dépendantes de l'environnement ou des conditions de mesure. Le projet NEUTRINOS à pour objectif d'avancer significativement au-delà de l'état de l'art en proposant deux nouveaux types de nanomatériaux. Ces nouvelles NPs combinent des ions Ln et des QDs pour obtenir des biocapteurs innovants en FRET et en imagerie ratiométrique. La fixation d'antennes photo-sensibilisatrice à la surface des Ln-NPs conduira à une excitation efficace des ions Ln de surface, ce qui permettra d'amplifier l’absorbance des Ln-NPs et de réaliser un FRET surfacique très efficace. La fixation supplémentaire de molécules de reconnaissance biologique et l'utilisation d'accepteurs QD conduiront à un multiplexage fortement amélioré pour le diagnostic clinique. La seconde approche visera le développement de NPs cœur/coquille QD/Ln, dans lesquelles le noyau QD sera protégé de l'environnement par une coquille dopée avec des Ln, qui sera en contact avec l'environnement. La PL NIR des Ln sera utilisée pour la détection spécifique de l'analyte, tandis que la PL inaffectée des coeurs QDs servira de référence pour la détection ratiométrique hautement reproductible dans des cellules vivantes et en l’imagerie in vivo.

L’interférence ARN induite par les petits ARN interférents (siRNA) représente une voie thérapeutique prometteuse pour le traitement de nombreuses maladies qui ne peuvent pas être traitées de manière conventionnelle. Cependant, un obstacle majeur au développement de cette nouvelle voie thérapeutique est la difficulté à acheminer les siRNA jusqu’aux cellules cibles. En conséquence, les entreprises pharmaceutiques ainsi que les laboratoires universitaires recherchent activement à développer des systèmes de délivrance des siRNA. Parmi les solutions actuelles, les conjugués à base de siRNA et les systèmes auto-assemblés à base de lipides ou de polymères sont particulièrement prometteurs. En effet, les conjugués qui sont des systèmes chimiques parfaitement définis ont la capacité de diffuser dans tous les tissues biologiques comme les médicaments usuels grâce à leur dimension moléculaire. Cependant, la synthèse chimique des conjugués à base de siRNA est assez complexe à maîtriser et la présence d’un ligand attaché de façon covalente au siRNA peut diminuer son activité biologique. Les systèmes à base de nanoparticules tels que les polyplexes ou lipoplexes assemblés par complexation électrostatique ont la capacité de transporter et libérer une quantité élevée de siRNA tout en possédant un bon pouvoir ciblant grâce aux nombreux ligands qui peuvent être greffés en surface. Malgré les nombreuses innovations en termes de furtivité et de ciblage, les systèmes particulaires sont cependant encore trop souvent captés par le foie après injection et éventuellement dégradés par les hépatocytes. Face à ce constat, il peut être pertinent d’envisager de nouvelles méthodes de vectorisation des siRNA qui seraient capables de contourner les difficultés mentionnées. Le projet TANGO propose une nouvelle approche qui a pour ambition d’associer au sein d’un même système de dimension moléculaire la précision des conjugués et la versatilité de la complexation électrostatique. Plus précisément, l’idée est de former des conjugués non covalents par association électrostatique de copolymères à blocs de type chitosane-b-PEG avec les siRNA. L’originalité réside en partie en l’utilisation de très petites séquences de chitosane chargé positivement afin de former de vrais complexes monomoléculaires constitués d’une unique molécule de siRNA complexée par un nombre défini de copolymères. En cela, l’approche est fondamentalement différente des polyplexes et lipoplexes qui contiennent chacun une grande quantité de siRNA par particule de complexe. Dans l’approche proposée, de nombreux paramètres tels que le degré de PEGylation, la longueur des blocs PEG ou la présence de PEG branchés peuvent être modulés à partir de la structure initiale du copolymère ce qui rend la méthode particulièrement flexible. De même ces conjugués électrostatiques peuvent être décorés par un certain nombre de ligands greffés à l’extrémité des blocs PEG afin de doter le système de propriétés de ciblage. Le projet est construit autour de trois tâches impliquant des compétences en chimie pour préparer des blocs de chitosane courts et synthétiser une bibliothèque de copolymères, des compétences en physicochimie pour étudier la formation et la stabilité de ces conjugués non covalents et aussi des compétences en biologie et en pharmacie pour étudier la biodistribution et évaluer le potentiel biologique des conjugués in vitro et in vivo. Ici l’étude sera effectuée avec un siRNA capable de bloquer des cytokines pro-inflammatoires impliquées dans la pathogénèse de l’arthrite rhumatoïde. Si l’approche basée sur l’utilisation de conjugués non covalents décrite dans ce projet peut apporter des bénéfices comparables ou supérieurs à ceux obtenus avec les conjugués covalents, cela offrirait certainement de nouvelles perspectives pour la thérapie par ARN interférence.

L’athérosclérose constitue un enjeu de santé publique considérable puisqu’elle est la cause dominante de la majorité des affections cardio-vasculaires. Elle est la première cause de mortalité par insuffisance coronarienne et accidents cérébraux et une cause majeure d’invalidité et de morbidité. Cette affection qui peut demeurer longtemps silencieuse (plusieurs décennies) conduit à la réduction du diamètre intérieur des artères par dépôt de cholestérol et par des modifications du tissu conjonctif du vaisseau. Il en résulte une diminution localisée de la circulation artérielle et un risque associé de thrombose qui peut interrompre brutalement et totalement la circulation dans le territoire irrigué par l’artère. Afin de prévenir les terribles conséquences de l’athérosclérose, il s’avère indispensable de détecter de manière précoce le développement de plaques d’athérome et en particulier celles promptes à la rupture. Parmi les nombreuses possibilités de détection, la combinaison de l’imagerie de résonance magnétique (IRM) et la tomographie par émission de positons (TEP) constitue une voie très prometteuse car, en alliant la haute résolution de l’IRM à l’extrême sensibilité de la TEP, elle devrait aboutir à localiser avec une grande précision les premiers signes de formation de plaques d’athérosclérose. La conception de sondes pour l’imagerie multimodale IRM/TEP représente donc une étape essentielle pour exploiter cette technique d’imagerie médicale dans le cadre de la détection précoce de plaques d’athérosclérose. C’est dans ce contexte que le projet CARGOLD réunit six partenaires aux compétences et savoir-faire reconnus et complémentaires (quatre partenaires académiques, une plateforme d’imagerie et un industriel spécialisé dans la synthèse à façon de nanoparticules multifonctionnelles). L’objectif majeur de CARGOLD consiste à élaborer des nanostructures multifonctionnelles dont les propriétés physico-chimiques rendent possible le ciblage spécifique des plaques d’athérosclérose, leur suivi par IRM et TEP simultanément et également par tomodensitométrie X (scanner) après injection intraveineuse, le traitement par hyperthermie magnétique et leur élimination par bio-dégradation et par voie rénale. Cette palette de propriétés devrait être obtenue en assemblant de manière contrôlée des nanofleurs biodégradables de maghémite et des nanoparticules d’or recouvertes d’une couche de chélates de gadolinium et d’émetteurs de positons et fonctionnalisées par des peptides capables de cibler les plaques d’athérosclérose. Bien que les nanoparticules d’or du projet CARGOLD présentent les caractéristiques requises pour une détection précoce de l’athérosclérose (immobilisation d’ions gadolinium et d’émetteurs ß+ pour un suivi par IRM et TEP, fonctionnalisation par un peptide pour le ciblage spécifique), cet objectif sera difficile à atteindre en raison de la rapidité avec laquelle ces nanoparticules sont éliminées par voie rénale. L’exploitation de ces nanoparticules d’or conçues pour l’imagerie multimodale ciblée nécessite donc de retarder leur élimination par voie rénale qui reste un pré-requis incontournable pour une application in vivo de nanoparticules non-biodégradables comme le sont les nanoparticules d’or. Leur immobilisation sur des nanofleurs d’une trentaine de nanomètres qui en plus de se comporter comme agent de contraste négatif pour l’IRM et agent thérapeutique pour l’hyperthermie magnétique sont dégradables en milieu biologique apparaît comme une solution pleine de promesses pour prolonger le temps de circulation et donc améliorer les capacités de ciblage de ces nanoparticules d’or conçues pour combiner un suivi simultané en IRM/TEP. L’utilisation de ces nanofleurs dégradables comme transporteur de nanosondes est donc censée renforcer le potentiel des nanoparticules d’or pour la détection précoce d’athérosclérose par IRM/TEP qui en retour permettra d’exploiter efficacement le pouvoir chauffant des nanofleurs.

Les modules fonctionnels à l’œuvre dans les organismes vivants sont très généralement formés de complexes protéiques multimériques, organisés en réseaux d’interactions dynamiques. L’élucidation de la conformation et des propriétés dynamiques des protéines dans ces réseaux est de la première importance pour pouvoir s’attaquer au défi des pathologies humaines. La protéine iASPP est un inhibiteur connu de la fonction pro-apoptotique du suppresseur de tumeur p53. Nos données suggèrent pourtant qu’iASPP, de par sa capacité à interagir avec une protéine associée aux microtubules et avec la phosphatase PP1, aurait des fonctions encore inexplorées indépendante de p53 ; et implique qu’iASPP est une protéine dite « moonlighting » qui aurait progressivement acquis, au cours de l’évolution, de nouveaux déterminants moléculaires et donc de nouvelles fonctions, notamment pour le contrôle de la motilité et la division cellulaires. Les équipes de Sarah Cianférani (CNRS, Strasbourg), Carine Van Heijenoort (CNRS, Gif sur Yvette) et Ali Badache (Inserm, Marseille), partageant leurs expertises complémentaires dans le domaine de la biologie structurale et cellulaire, proposent un projet visant à définir l’organisation supramoléculaire et dynamique du complexe iASPP. Ce projet impliquera la mise en place d’un processus collaboratif associant étroitement les analyses RMN et les méthodologies de spectrométrie de masse structurales aux études de la cartographie subcellulaire des complexes et de leurs fonctions biologiques. Il nécessitera également l’implémentation d’outils informatiques dédiés, capables d’intégrer à la fois les données atomiques - RMN, cristallographie aux rayons X-, les données topologiques - SAXS, spectrométrie de masse à mobilité ionique - et les contraintes moléculaires - spectrométrie des échanges hydrogène/deutérium et des pontages chimiques-, qui permettront de proposer un modèle structural et fonctionnel intégré. Ce projet établira comment les différentes entités supramoléculaires d’iASPP s’organisent au niveau atomique, moléculaire et cellulaire pour orienter le devenir de la cellule.

Ce projet a pour objet la caractérisation structurale et fonctionnelle de l'appareil traductionnel des mitochondries d’Arabidopsis thaliana. La recherche sur les mitochondries fait l’objet d’une attention considérable car ces organites assurent la respiration aérobie et représentent la centrale énergétique des cellules eucaryotes. Chez l’Homme, leur importance est soulignée par le fait que des dysfonctionnements mitochondriaux sont associés à un nombre croissant de troubles héréditaires et de maladies fréquentes, telles que des atteintes neuro-dégénératives, des cardiomyopathies, le cancer et l'obésité. Chez les plantes, certains remaniements mitochondriaux induisent la "stérilité mâle cytoplasmique" provoquant une incapacité des plantes à produire du pollen fonctionnel et qui est largement utilisé en agriculture pour faciliter la production d’hybrides à haut rendement. Parmi les processus liés à l’expression des gènes mitochondriaux, la traduction reste le plus méconnue. Elle combine des caractéristiques d’origine bactérienne et d’autres très spécifiques qui ont évolué chez les eucaryotes. Le mitoribosome contient des sous-unités particulières dont des protéines à motif pentatricopeptide repeat (PPR) et son encrage sur les ARNm n’implique pas de séquences de type Shine-Dalgarno comme chez les bactéries. Chez les plantes, l'implication de nombreuses protéines PPR spécifiques pour la traduction devient de plus en plus évidente. La caractérisation de l’appareil de traduction des mitochondries d’Arabidopsis sera un projet multidisciplinaire impliquant 3 équipes internationalement reconnues, aux expertises complémentaires. L'équipe de H. Mireau à l’IJPB-INRA, Versailles (partenaire 1) est experte en génétique des organites et en génomique moléculaire. Celle de P. Giegé à l’IBMP-CNRS, Strasbourg (partenaire 2) est reconnue pour la biochimie mitochondriale et l'équipe de Y. Hashem à l’IBMC-CNRS, Strasbourg (partenaire 3) est un leader mondial de la biologie structurale des ribosomes. Le projet sera organisé en trois tâches bien définies. La tâche 1 déterminera la composition exacte et la structure à haute résolution du ribosome mitochondrial d’Arabidopsis par cryo-microscopie électronique. Pendant la tâche 2, la dynamique fonctionnelle de la traduction mitochondriale sera explorée par une approche de profilage des ribosomes. Enfin, la tâche 3 consistera en la caractérisation fonctionnelle de protéines impliquées dans l'initiation de la traduction et de sous-unités spécifiques du mitoribosome, ainsi qu’en l'analyse structurale de mitoribosomes purifiés à partir de certains mutants de traduction. Les résultats préliminaires suggèrent que ces objectifs sont réalisables. Une analyse protéomique a déjà identifié des protéines PPR associées aux mitoribosomes et une structure préliminaire des mitoribosomes d’Arabidopsis a pu être obtenue par cryo-microscopie électronique. En outre, la technologie de profilage des ribosomes a été adaptée avec succès aux mitochondries de plantes, révélant la taille des empreintes des ribosomes mitochondriaux chez Arabidopsis. Les résultats obtenus avec l’espèce modèle Arabidopsis aideront à comprendre la diversité et l'évolution des systèmes de traduction chez les eucaryotes. Il révéleront les spécificités de l'appareil de traduction des mitochondries de plantes, mais pourront également identifier les caractéristiques communes de la traduction mitochondriale chez les eucaryotes. Le projet est en outre pertinent pour des applications socio-économiques qui vont de l'agriculture à la santé humaine. A long terme, le projet pourrait aider à mieux comprendre certaines maladies mitochondriales liées aux dysfonctionnements de l’appareil traductionnel et/ou aux protéines PPR. Chez les plantes, nos données pourront aider à manipuler la traduction mitochondriale et concourir à répondre à certains enjeux primordiaux de l’agriculture moderne comme la production alimentaire, de molécules bioactives ou de biocarburants.

De nombreux processus biologiques essentiels, tels que l’expression génique, la réparation et la réplication de l’ADN nécessitent une dynamique d’assemblage et de désassemblage des nucléosomes impliquant la prise en charge des histones par des chaperons d’histones. Le complexe CAF-1 (Chromatin Assembly Factor 1) est le seul chaperon connu pour sa capacité à coupler l’assemblage des histones H3-H4 à la réplication. CAF-1 et la voie d’assemblage de nucléosomes mediée par CAF-1 a tout récemment été caractérisé comme un facteur majeur qui contrôle la stabilité de l’identité cellulaire ainsi que le potentiel de différentiation dans divers contextes cellulaires. Il agit de concert avec le chaperon d’histones, ASF1 et le chaperon récemment découvert MCM2, associé à l’hélicase réplicative. Le mode d’action de ces chaperons d’histones reste cependant à élucider. L’objectif du projet REPLICAF est de caractériser par des approches structurales validées par des tests fonctionnels les mécanismes moléculaires assurant l’assemblage de nucléosomes par CAF-1, ASF1 et MCM2 au cours de la réplication. Ces travaux apporteront une meilleure description des voies mises en jeu dans le maintien de l’information épigénétique lors de la division cellulaire avec des implications sur la plasticité cellulaire.

Une différence majeure entre les bactéries et les eucaryotes est intrinsèque à la structure de leurs chromosomes: ils sont linéaires dans les eucaryotes et circulaires dans les bactéries. La circularité de l’ADN conduit à la formation de dimères de chromosomes qui entravent la répartition de l'information génétique entre les cellules filles. Les bactéries possèdent une machinerie de recombinaison dédiée à la résolution des dimères de chromosomes, la machinerie Xer, par l'addition d’un crossover au niveau d’un site unique de leurs chromosomes circulaires, dif. De nombreux éléments mobiles exploitent Xer, les IMEX. Ils sont souvent associés à l’évolution vers la pathogénicité de leur hôte. Un exemple frappant est donné par l'agent du choléra, Vibrio cholerae. V. cholerae est retrouvé dans les eaux saumâtres du monde entier. Cependant, la plupart des souches ne sont pas pathogènes. La diarrhée responsable du taux élevé de mortalité et de la propagation épidémique du cholérat est due à une toxine qui est encodée dans le génome d'un IMEX, CTXf. Des interactions entre CTXf et plusieurs autres IMEX participent à de nouvelles souches épidémiques de choléra. Au premier rang de ces IMEX se trouve un phage satellite, TLCf, dont l'intégration semble être une condition préalable à l'intégration CTXf. La machinerie Xer appartient à la famille des recombinases à tyrosine. Elle est très similaire à Cre, la résolvase du phage P1, dont le mécanisme d'action a été caractérisé à l’échelle atomique. Toutefois, plusieurs de ses caractéristiques la différencient de Cre et de la plupart des autres recombinases à tyrosine. En particulier, elle est sous le contrôle d'une large protéine membranaire associée à l’appareil de division cellulaire, FtsK. Cependant, les IMEX échappent à ce contrôle. Nous avons récemment identifié un facteur d'activation de Xer dans le génome de TLCf, XafT (résultats non publiés). XafT est une petite protéine cytoplasmique sans aucune similitude de séquence avec FtsK. Elle contient un domaine de fonction inconnue qui est codée dans beaucoup d'autres IMEX. Nous avons reconstitué une réaction complète de recombinaison Xer in vitro avec XafT. Le but de ce projet est de caractériser à l'échelle atomique le processus de recombinaison Xer en profitant de la simplicité de la réaction promue par XafT. Nous allons notamment étudier les changements structuraux que XafT induit dans le complexe de recombinaison. Bien que le projet soit principalement académique, il pourrait avoir un impact direct dans le domaine médical et/ou la gestion des risques environnementaux. En effet, il pourrait conduire à la découverte et/ou la conception rationnelle de composés qui inhibent l'activité Xer. De tels composés aideraient à prévenir l'infection par des vibrions pathogènes et/ou bloquer la conversion toxigénique de vibrions non pathogènes par TLCf et CTXf. Le projet PhenX est multidisciplinaire. Il associe quatre équipes aux compétences complémentaires. L’équipe 1 est composée de généticiens, de biologistes moléculaires et cellulaires avec une forte expérience sur V. cholerae. Ses membres ont déjà contribué à la caractérisation moléculaire de plusieurs voies de recombinaison Xer, y compris les voies dépendantes de FtsK et de XafT. L’équipe 2 apporte sa grande expérience sur la caractérisation structurale et la modélisation des complexes nucléoprotéiques. L'équipe 3 est l'un des leaders mondiaux sur le multiplexage des mesures de FRET, ce qui servira à déterminer les changements induits par XafT sur les complexes de recombinaison Xer. L’équipe 4 est composée de chimistes qui maintiennent une banque de 5000 composés que nous criblerons pour leur activité sur la recombinaison Xer in vivo. Ils apporteront aussi leur expertise pour la conception rationnelle d'inhibiteurs et/ou d’activateurs de la recombinaison sur la base des données que nous aurons obtenues.

Le contrôle de la qualité de l'ARN (RQC) est un mécanisme qui élimine les ARN aberrants afin d'assurer que seuls les ARN messagers (ARNm) fonctionnels produisent des protéines. Des défauts dans la machinerie RQC ou une saturation du RQC par un excès d'ARNs aberrants activent le "post-transcriptional gene silencing" ou PTGS, conduisant à l'élimination à la fois des ARNs aberrants et des ARNm fonctionnels d'une manière séquence-spécifique. Les défauts d’épissage sont une source majeure d'ARNs aberrants, soit en introduisant un codon stop prématuré, conduisant au "non-sense mediated decay" ou NMD, soit en supprimant un codon stop, conduisant au "non-stop decay" ou NSD. Contre toute attente, un criblage génétique visant à identifier de nouveaux mutants déficients en PTGS chez Arabidopsis a permis d'identifier cinq gènes codant pour des protéines homologues à des composants de la machinerie d'épissage dans la levure, ce qui suggère que le mécanisme d’épissage interfère avec l'équilibre RQC/PTGS. En outre, des résultats récents suggèrent que les longs ARN non-codants, potentiellement équivalents à des ARNs aberrants, peuvent réguler l'épissage alternatif au cours du développement de la plante. Dans ce projet, des approches de génétique classiques et des nouvelles méthodes bioinformatiques combinées aux méthodes de séquençage de l'ARN à haut débit, nous permettront d'explorer le transcriptome à une profondeur sans précédent et analyser l'impact des voies RQC / PTGS / SPLICING sur le transcriptome afin d'établir des liens mécanistiques entre ces protéines / enzymes de ces voies et leurs différents substrats, ARNm, longs ARNs non codants (ncARNs) ou petits ARNs (siARNs). Le projet SPLISIL combine le séquençage de l'ARN, la biologie cellulaire et des approches génétiques pour disséquer les mécanismes moléculaires impliqués dans la régulation de l'expression génique par le RQC, le PTGS et la machinerie d'épissage. La base de la spécificité des facteurs d'épissage sur la reconnaissance de certains ARNs et les liens avec les processus de dégradation par RQC / PTGS sera dévoilé. L'impact des mutations dans plusieurs facteurs d'épissage sur le PTGS et la production de siARNs servira à établir des mécanismes expliquant le dialogue PTGS/épissage. La localisation subcellulaire de ces protéines sera déterminée pour définir les interactions potentielles entre PTGS, RQC et les composants d'épissage. Les protéines taggées seront également utilisées pour identifier les ARNm cibles ciblés par ces régulations. L'intégration des transcriptomes complets (ARNm, longs ncARN et siRNA) dans ces différents mutants nous éclairera sur la régulation coordonnée de l'épissage, du RQC et du PTGS dans l'expression des gènes et permettra d’identifier des ARN non-codants ciblés par ces mécanismes qui peuvent servir à moduler ces processus in vivo. La détection d'ARNs aberrants (tels que des ARN antisens ou d'autres ARN non canoniques) lors du déclenchement du PTGS et l'élucidation du rôle de la machinerie de splicing dans ce phénomène ouvriront la voie pour identifier de nouveaux mécanismes de régulation des gènes, ainsi que de nouveaux outils pour contrôler l'épissage in vivo. Les données fondamentales et appliquées que nous prévoyons d’obtenir ouvriront des perspectives sur les mécanismes de régulation globaux contrôlant l'épissage et le PTGS et peuvent avoir un impact direct, grâce à de nouveaux brevets, sur le développement de nouveaux outils pour contrôler ces étapes importantes de l'expression génique chez les eucaryotes.

La phagocytose est le mécanisme d’internalisation de particules de large taille (plusieurs microns). De ce fait, comme d’autres fonctions cellulaires qui s’opèrent à large échelle, elle implique des contraintes mécaniques qui ont peu été étudiées jusqu’ici. De nombreux récepteurs de surface capables de réaliser la phagocytose appartiennent à la famille des intégrines, récepteurs de d’adhésion cellulaire qui se lient à des ligands de la matrice extracellulaire, des ligands de surface cellulaire ou des ligands solubles. Les intégrines transmettent des signaux à travers la membrane plasmique dans deux directions. Un signal « inside-out » induit un changement de conformation de l’intégrine qui est nécessaire pour activer la liaison à des ligands extracellulaires, tandis que la signalisation "outside-in" couple les sites d’adhésion des ligands à la queue cytoplasmique de l’intégrine qui la relie au cytosquelette et aux voies de signalisation en aval. Notre hypothèse de travail est que les protéines liant l’actine (ABPs), et leurs régulateurs associés, sont des plaques tournantes mécanosensibles, au centre de boucles de rétroaction qui contrôlent l’ancrage au cytosquelette d’actine et l’activation des intégrines pendant la phagocytose. Notre projet a pour but de mieux comprendre comment ces machineries mécanosensibles, impliquées dans l’adhésion des particules au récepteur CR3, aussi nommé CD11b/CD18 ou aMß2, et son ancrage subséquent au cytosquelette d’actine, sentent et répondent à des paramètres mécaniques. Les objectifs particuliers sont les suivants: (i) disséquer les mécanismes par lesquels les machineries protéiques mécanosensibles détectent la force et modulent la dynamique d'actine et d'ancrage lors de la phagocytose (ii) déterminer l'importance des mêmes machineries protéiques dans la régulation des propriétés adhésives de CR3. A cette fin, l'expertise complémentaire de deux groupes, qui séparément, ont fait d'importantes contributions dans leur domaine et ont déjà collaboré, a été réunie. Ils vont investiguer le remodelage de l'actine en aval des intégrines lors de la phagocytose en combinant des modèles expérimentaux de suivi de la formation des phagosomes avec une forte résolution dans les macrophages et la reconstitution in vitro avec des protéines pures de la dynamique des machineries protéiques mécanosensibles associés à l'adhésion intégrine-dépendante. Le recrutement séquentiel des protéines aux sites de phagocytose dans les macrophages vivants sera utilisé pour adapter le système in vitro et les interactions entre les partenaires moléculaires caractérisés in vitro seront utilisés pour générer des mutants et analyser leur fonction dans les cellules phagocytaires. Ce travail permettra d’apporter un éclairage nouveau sur la dynamique de l’actine et l’adhésion associée à la phagocytose en aval des intégrines CR3. Ce projet contribuera à étendre les connaissances scientifiques et proposer des stratégies thérapeutiques potentielles parce que la phagocytose dépendante des intégrines est importante pour un grand nombre de contextes normaux et pathologiques comme le renouvellement et remodelage des tissus, l’élimination des cellules mortes et des bactéries. La phagocytose dépendante des intégrines pourrait également servir de référence pour découvrir de nouveaux concepts associés à la régulation des intégrines dans d'autres processus mécanosensibles comme l'adhésion cellulaire ou la migration. Par conséquent, ce travail contribuera à apporter des connaissances et des approches expérimentales au le domaine émergent de mécanobiologie.

Les muscles squelettiques adultes ont la capacité de se régénérer intégralement grâce à la présence de cellules souches musculaires appelées satellites (SC). Au contact de chaque myofibre les SC sont activées après un dommage musculaire, réparent la fibre cassée et peuvent se renouveler. L’identification et la compréhension du mode d’action des signaux qui contrôlent les fonctions des SC sont des étapes essentielles pour le développement des thérapies cellulaires et pour comprendre les bases pathophysiologiques des désordres débilitants du muscle qui touchent son potentiel de régénération. Sur la base de données préliminaires nous proposons que les protéines des familles des BMP (Bone morphogenetic proteins), et des Transforming growth factor-ß (TGF-ß) ainsi que leurs antagonistes sont des acteurs essentiels qui contrôlent la quiescence, la sortie de quiescence des SC, les étapes ultérieures de la régénération du muscle et le renouvellement des SC. Des données préliminaires montrent que Gremlin1, un antagoniste des BMP, sous le contrôle du facteur de transcription Six1, module la signalisation BMP et la progression des SC dans la différentiation myogénique. Par analogie avec nos travaux sur les fibres musculaires adultes, nous proposons que les BMP, par l’activation de leurs cibles pSmad1/5/8, protègent les SC de la signalisation négative TGF-ß/Myostatin/pSmad2/3 par compétition pour Smad4, protéine effectrice commune aux deux voies. Dans ce projet nous déterminerons les mécanismes cellulaires et moléculaires d’action des BMP et de leurs antagonistes pour contrôler les fonctions des SC. Nous caractériserons le rôle des différents acteurs intervenant dans la cascade de signalisation BMP/TGF-ß en utilisant différents modèles de souris transgéniques présentant une perte ou un gain de fonction spécifiquement dans les SC de différents BMP, antagonistes, récepteurs transmembranaires et des facteurs de transcription de la famille Smad. Ces modèles de souris permettront d’élucider l’impact de la signalisation BMP sur le destin des SC, leur habilité de rester en quiescence, d’être activées, de s’autorenouveler et de réparer les fibres musculaires lésées. Nous caractériserons les gènes cibles de la voie BMP dans les SC par des analyses transcriptomiques suite à la modulation de la voie BMP, et validerons par des approches de ChIP l’implication directe des protéines Smad pour certaines des cibles identifiées. Nous caractériserons le rôle des complexes transcriptionnels Six/Eya/Dach dans la signalisation BMP par des approches perte et gain de fonction. Nous analyserons aussi comment les voies BMP et TGF s’enchevêtrent pour contrôler finement la progression des SC dans le lignage myogénique. Les principaux défis de notre projet sont : 1. Déterminer les mécanismes cellulaires de la sensibilité des SC quiescentes à la signalisation BMP 2. Comprendre le rôle de la signalisation BMP au cours de la régénération musculaire 3. Identifier les rôles autocrine des signalisations BMP/TGF-ß sur l’état des SC. 4. Caractériser les mécanismes moléculaires de la signalisation BMP dans les SC. Les résultats de ces recherches permettront de comprendre comment la voie de signalisation BMP contrôle les propriétés des cellules souches musculaires dans leur niche et au cours de la régénération et serviront à améliorer nos stratégies visant à améliorer les capacités régénératives du muscle.

La prévalence du surpoids et de l’obésité de l’enfant a cru de façon spectaculaire durant les 30 dernières années. Le traitement de l’obésité établie étant souvent voué à l’échec, sa prévention serait hautement souhaitable. Pour développer des stratégies efficaces de prévention, il est indispensable de mieux comprendre les causes de l’obésité infantile. Une masse de données scientifiques suggère que l’obésité est « transmise » de la mère à l’enfant, puisque le meilleur prédicteur du risque d’obésité à 8 ans est l’index de masse corporelle (IMC) de la mère avant la grossesse. Même si des facteurs génétiques, psychosociaux, comportementaux et diététiques interviennent, la contribution de ces canaux de transmission du risque d’obésité de la mère à l’enfant est insuffisamment décrite. Chez les humains obèses, en particulier la femme enceinte obèse, et dans les modèles animaux d’obésité, des altérations du microbiote intestinal sont observées. Chez l’adulte, de nombreuses données suggèrent que le microbiote intestinal est impliqué dans la régulation du métabolisme énergétique et la composition corporelle. La transmission d’un microbiote, « signature » de l’obésité de la mère, à son enfant au cours des périodes précoces de développement, pourrait donc potentiellement affecter son métabolisme, puisque le microbiote maternel est le principal déterminant de la colonisation de l’intestin de l’enfant. Il a été également récemment démontré sur des modéles animaux que l'obésité maternelle peut induire chez le petit des altérations dans le développement des structures cérébrales qui régulent l'appétit et, enfin, que le microbiote interfèrent avec le développement du cerveau. Nous avons fait l'hypothèse originale que le transfert d'un microbiote spécifique de la mère obèse, serait responsable des modulations des circuits nerveux hypothalamiques et du tronc cérébral chez la descendance, et contribuerait à des modifications de la régulation de l’appétit. Pour explorer le rôle spécifique du microbiote maternel, nous avons construit un consortium de 3 partenaires avec une stratégie de recherche intégrée combinant l’utilisation d’un modèle animal, des analyses métagénomiques et des techniques d’analyse du neurodéveloppement et du comportement alimentaire, avec pour objectifs spécifiques suivants: 1) démontrer l'impact des microbiotes associés à l’obésité de de la mère sur le neurodéveloppement et le comportement alimentaire des petits, 2) identifier les espèces bactériennes/génes bactériens qui jouent un rôle, 3) prouver le rôle causal des espèces bactériennes identifiées dans l'altération du neurodéveloppement de l’hypothalamus et du tronc cérébral et les conséquences sur le comportement alimentaire des descendants. Le projet comprend 4 WP, (WP0) pour la gestion du projet, (WP1) pour analyser sur la descendance, l'impact du transfert des microbiotes associés à l’obésité maternelle, sur le neuro-développement et la régulation de l’appétit , (WP2) identifier des espèces bactériennes/gènes candidats, transmises par la mère, qui auraient un impact sur l’altération du comportement alimentaire; (WP3) évaluer le rôle causal des espèces bactériennes identifiées. Ce projet devrait a) produire des données innovantes sur le rôle du microbiote comme moyen de communication entre mère et enfant, b) identifier des biomarqueurs précoces (gènes ou espèces bactériens) prédictifs du risque de désordres alimentaires, c) permettre de comprendre comment certaines espèces bactériennes pourraient altérer le développement ou le fonctionnement cérébral. Si nous répondons à ces attentes ce projet pourrait mener à : a) l’identification de nouvelles cibles pour développer de nouveaux médicaments ou stratégies nutritionnelles visant la mère ou le nouveau-né, pour combattre l’héritabilité de l’obésité, et b) la mise au point d’outils diagnostiques pour prédire le risque de souffrir d’anomalies métaboliques plus tard dans la vie.

Les maladies inflammatoires chroniques sont très fréquemment associées à des manifestations rhumatoïdes et à une destruction osseuse par les ostéoclastes (OCLs). Cette destruction est due aux cellules immunitaires activées qui infiltrent la moelle osseuse et y produisent des cytokines qui stimulent la différenciation des OCLs, même lorsque le site inflammatoire n'est pas l'os, comme dans la maladie de Crohn. La destruction osseuse inflammatoire dépend donc d’interactions complexes entre cellules immunitaires activées et progéniteurs des OCLs, du trafic de ces cellules vers la moelle osseuse et des modifications qu’elles induisent sur le microenvironnement osseux. Cependant, les mécanismes impliqués restent encore peu compris. Des données récentes montrent que la fonction des OCLs ne se limite pas à la résorption osseuse. En fonction du contexte (normal ou pathologique), les OCLs peuvent induire des réponses immunosuppressives ou inflammatoires. Cette fonction immunomodulatrice est une toute nouvelle image de la contribution des OCLs aux maladies inflammatoires et fait des OCLs inflammatoires (i-OCLs) une cible thérapeutique extrêmement intéressante. Notre but est de définir les origines cellulaires des i-OCLs et d'identifier des marqueurs de ces cellules afin de déterminer les différentes contributions possibles des i-OCLs à l'inflammation. Nous développerons également des approches de ciblage spécifique des facteurs identifiés afin de limiter la destruction osseuse et l'inflammation. Nous combinerons des analyses dans des modèles murins de pathologies inflammatoires avec destruction osseuse (arthrite, maladie de Crohn) et des études chez les patients. Nos résultats apporteront de nouvelles pistes pour des approches thérapeutiques, des marqueurs pour le diagnostic et le suivi de ces pathologies, ainsi que de nouvelles informations sur un aspect totalement négligé de la biologie des OCLs. Ils pourront également avoir un impact sur d'autres pathologies associées à une destruction osseuse telles que l'ostéoporose ou les tumeurs ostéolytiques.

Les cellules MAIT (MAITs) sont des lymphocytes T innés qui reconnaissent une nouvelle classe d'antigène : des dérivés de précurseurs de la Vit B2 présents dans > 85% des bactéries de l'intestin. L'absence de MAITS entraîne une augmentation de la charge bactérienne dans des modèles expérimentaux d'infection et les taux sanguins de MAIT sont diminués dans des maladies bactériennes humaines. Le nombre de MAITs et leur activation sont également modifiés dans des maladies dans lesquelles une dysbiose du microbiote intestinale a été impliquée : maladies inflammatoires de l'intestin (MICI), sclérose en plaques, diabète de type 2 et obésité. Les MAIT pourraient détecter et lutter contre les bactéries invasives ou être impliquées dans les boucles symbiotiques hôte/flore commensale régulant le microbiote intestinal ou l'homéostasie de l'épithélium intestinal. Les MAITs sont très abondantes dans le sang humain (2-8%) et le foie (20-40%), mais sont très rares (<0,01%) dans les organes lymphoïdes de souris de laboratoire. Cela a limité l'étude de la biologie des MAITs car les MAITS de souris ne peuvent pas être isolées ou manipulées en l'absence de marqueur spécifique. Nous avons récemment généré une souris B6-congénique où les MAITs sont multiplié par 20 et expriment la GFP. Ceci permettra l'étude de MAITs naturelles Nous avons montré que les MAITs sont sélectionnées par l'expression de MR1 sur les CD4+CD8+ du thymus. Les MAITs humaines quittent le thymus avec un phénotype naïf mais expriment déjà un programme de différenciation spécifique avec présent d'IL-18Ra et de CD161. L'expansion des MAITS en périphérie nécessite la flore commensale et des cellules B. Comme pour n'importe quelle cellule T, l'ontogenèse détermine certainement les caractéristiques spécifiques des MAITs. Dans ce projet, nous étudierons le développement des MAITs dans le thymus et la périphérie en utilisant différents outils que nous avons générés, permettant de manipuler l'avidité du TCR des MAITs pour MR1. Nous déterminerons où et quand le ligand bactérien et les lymphocytes B se rencontrent pour permettre l'activation et l'expansion des MAITs périphériques. Nous déterminerons le programme de différenciation des MAITs murines en comparaison des NKT et cellules T conventionnelles. La capacité d'une souche bactérienne à activer les MAITs est strictement corrélée avec la présence de la voie de biosynthèse de la riboflavine. L'ablation d'un seul des deux premiers enzymes de la voie nécessaire à la production de 5-amino-ribityle uracile (5-A-RU) abolit la capacité stimulatrice de bactéries gram+ et gram-. Comment la molécule bactérienne 5-A-RU qui est instable ou ses dérivés ont accès in vivo aux cellules exprimant MR1 et quelle est la quantité in vivo des complexes ligand-MR1 activant les MAITs sont tous deux inconnus. Pour répondre à ces questions, nous allons quantifier l'expression des gènes bactériens synthétisant les ligands dans les différents segments de l'intestin. Des ligands synthétiques des MAITs ou des bactéries seront introduits par voie systémique ou par voie orale chez des souris axéniques. Nous déterminerons la dynamique in vivo de ligands synthétiques des MAITs et des complexes MR1/ligands en utilisant des dosages biologiques in vitro moyen débit d'une très grande sensibilité. Nous examinerons la capacité des cellules MAIT pour lutter contre une infection systémique et déterminerons si les MAITs peuvent être utilisées à des fins thérapeutiques. Nous étudierons si les MAITs sont impliquées dans la fonction pare-feu anti-bactérienne du foie. Basé sur des expériences préliminaires montrant un effet protecteur des MAITs dans une MICI expérimentale, nous étudierons les mécanismes impliqués. Nous analyserons également les mécanismes par lesquels l'activation des MAITs ralentit la croissance des tumeurs. Nous déterminerons si la stimulation des MAITs peut être utilisée comme un adjuvant pour vacciner contre des antigènes nominaux.

Les nanotubes membranaires (Tunneling nanotubes, TNTs) qui sont de fines protrusions riches en actine, constituent une nouvelle voie de communication inter-cellulaire. Ces structures cellulaires joueraient un rôle de premier plan dans la propagation de pathogènes, le cancer et la neurodégénérescence. L’absence de marqueurs spécifiques de ces structures cellulaires rend ardues leur identification et l’étude de leur fonction. Nous avons montré que les TNTs sont impliqués dans le transfert de prions entre neurones. Nous avons aussi montré que des assemblages d’un fragment de la protéine huntingtine, qui sont impliqués dans la maladie de Huntington résident dans des TNTs établis entre neurones en culture. De récentes données tendent à montrer que certaines caractéristiques propres à la protéine du prion telles que son mécanisme de changement de conformation et sa capacité dans son état mal replié (mé-plié) à servir « d’amorce » pour propager le mauvais repliement (mé-pliement) de la forme normale et fonctionnelle de cette protéine est une propriété générique partagées par des protéines impliquées dans des maladies neurodégénératives comme la protéine tau (dont l’accumulation intracellulaire est associée à la maladie d’Alzheimer et d’autres tauopathies), l’alpha-synuclein (dont l’accumulation intracellulaire est associée à la maladie de Parkinson et autres synucleinopathies) ou la huntingtine (dont l’accumulation intracellulaire est associée à la maladie de Huntington). En effet, il a été montré que les protéines mal conformées et agrégées impliquées dans les maladies neurodégénératives se propagent de cellule à cellule à la façon des prions. Si une telle propagation et amplification des agrégats protéiques se produit dans le cerveau, ce processus et les agrégats protéiques qui y sont associés pourraient être à la source du déclin progressif et continuel des fonctions neuronales et cognitives observé dans ces maladies. Nos travaux préliminaires indiquent que ces agrégats protéiques se propagent entre cellules à travers les TNTs. Nous émettons l’hypothèse que le transfert de ces agrégats protéiques entre cellules via les TNTs est une voie majeure de transmission de ces agrégats protéiques et par conséquent un contributeur majeur au déclin des fonctions du cerveau. Nous proposons par conséquent d’étudier le mécanisme de formation des TNTs, afin de moduler l’établissement de ces structures cellulaires. Nous identifierons des marqueurs spécifiques des TNTs afin de mieux les étudier et déterminer leur nombre, taille, vitesse d’établissement entre cellules etc… Nous documenterons par ailleurs la propagation d’agrégats protéiques impliqués dans les maladies neurodégénératives de Parkinson et de Huntington à travers ces structures. Nos travaux et les connaissances que nous génèrerons à travers un partenariat ou les complémentarités sont très élevées ouvriront la voie à la conception de nouveaux outils thérapeutiques destinés à ralentir la progression de maladies neurodégénératives dramatiques.