Projets

Ce projet est centré sur les problèmes d'équations aux dérivées partielles d'évolution dans lesquelles la dispersion est dominante, par rapport à d'autres phénomènes comme la diffusion. Il est motivé par des applications physiques dans lesquelles la diffusion est en effet négligeable et l'énergie totale est donc, dans une certaine mesure, conservée, ainsi que par des considérations numériques qui concernent l'approximation d'équations hyperboliques avec le moins de diffusion numérique possible. Les équations dispersives typiques qui sont visées sont, entre autres, l'équation de Korteweg-de Vries, les équations de Schrödinger non linéaires, de Kadomtsev-Petviashvili, de Kawahara, et celles de Davey-Stewartson, mais aussi les systèmes plus complexes d'Euler-Korteweg pour les fluides capillaires et le modèle de Green-Naghdi pour les vagues. Toutes ces équations et ces systèmes sont considérés sous la forme qu'on appelle «généralisée», c'est-à-dire avec des non-linéarités quelconques (pas forcément algébriques), si bien que l'on ne peut pas se reposer sur la notion d'intégrabilité. De plus, ce projet entend traiter des problèmes dans lesquels les frontières jouent un rôle important, qu'elles soient « physiques » comme les frontières fixes de type paroi ou extrémités de tuyaux pour des écoulements de fluides, ou que ce soient des frontières artificielles introduites par exemple pour des besoins numériques, ou encore des frontières mobiles comme les ondes de choc dans les fluides compressibles ou la surface libre de fluides incompressibles soumis à la gravité (océans notamment). Si le projet ne contient pas d'analyse numérique au sens strict (comme démontrer la convergence de méthodes numériques), les question numériques y sont cependant omniprésentes, avec la volonté des partenaires de développer des méthodes numériques innovantes et de comprendre, analyser certaines de leurs propriétés qualitatives. D'où le nom du projet. L'une de ses originalités est que, pour diverses raisons, il se situe à l'interface entre les équations aux dérivées partielles hyperboliques et dispersives. Une première tâche concerne l'analyse, au niveau continu mais aussi discret, de problèmes dispersifs aux valeurs initiales et au bord. Les problèmes discrets peuvent provenir de l'approximation de problèmes hyperboliques et doivent alors s'appuyer sur une généralisation de la théorie de stabilité de Gustafsson-Kreiss-Sundström. Dans ce cadre, le développement et l'analyse de conditions aux limites artificielles pour les modèles mentionnés ci-dessus est un problème difficile qui fait partie intégrante du projet. Un autre axe est l'analyse qualitative de diverses solutions particulières de ces équations modèles, que nous appellerons «motifs dispersifs». Parmi celles-ci, les ondes périodiques, qui sont des ondes progressives avec un nombre généralement grand de degrés de liberté, et les chocs dispersifs, qui sont des «motifs» non stationnaires. Leur compréhension est étroitement liée à la théorie de la modulation introduite par Whitham dans les années 1970. Pour aller dans cette direction, il est nécessaire de faire de l'analyse asymptotique ; c'est aussi le cas pour l'analyse des trains d'ondes de petite amplitude, autre sujet d'étude du projet. Enfin, d'un point de vue plus appliqué, il s'agira d'obtenir de nouveaux modèles prenant en compte des effets multidimensionnels, par exemple pour les phénomènes remarquables que sont les mascarets et les «roll waves». Pour résumer et bien que ce soit un peu caché dans ce qui précède, si l'on devait ne retenir qu'un mot pour ce projet, ce serait le mot «stabilité».

Ces dernières années ont vu un développement très rapide et profond dans le domaine des équations aux dérivées partielles d'évolution (et tout particulièrement les équations dispersives). Ces avancées majeures permettent des perspectives qui auraient pu sembler complètement hors de portée il y a seulement quelques années et ouvrent la perspective très excitante de pouvoir étudier des propriétés dynamiques profondes des solutions des équations aux dérivées partielles. D'un coté, les spécialistes des systèmes dynamiques on réussi à étendre les méthodes et les idées développées pour l'étude des systèmes de dimension finie au cadre des modèles de dimension infinie. Cette approche a conduit à des résultats spectaculaires sur le comportement en temps long de certaines solutions d'EDP, en particulier en dimension 1 d'espace. D'un autre coté, les outils développées dans le domaine des EDP pourraient aussi permettre des avancées majeures si on les combinaient avec des propriétés dynamiques. Finallement, l'étude des EDP en présence d'aléatoire, un domaine dont les origines remontent aux idées de mécanique statistique a aussi vu récemment des développements spéctaculaires. L'objet de ce projet est de combiner ensemble des idées venant de ces différents points de vue, et de les appliquer à l'étude du comportement des solutions d'EDP dans certains régimes asymptotiques: -- Comportement en temps long -- Existence, Diffusion, -- Stabilités ou instabilités de solutions particulières -- Explosions.

Nous proposons dans ce projet d'étudier l'utilisation de méthodes bayésiennes non paramétriques en traitement statistique du signal et de l'image. Comme pour les méthodes paramétriques bayésiennes, cet ensemble de méthodes concerne le choix de lois a priori et le calcul de distributions a posteriori, mais sur des espaces de dimension infinie. Bien que ces méthodes soient devenues très populaires en statistiques et apprentissage au cours des 15 dernières années, leur potentiel est largement sous-exploité en traitement statistique du signal et de l'image. L'objectif de ce projet, qui rassemble des chercheurs en probabilités appliquées, statistiques, apprentissage et traitement du signal et de l'image, est de développer un nouveau cadre pour le traitement statistique du signal et de l'image. En se basant sur des résultats issus des statistiques et de l'apprentissage, nous allons développer de nouveaux modèles, méthodes et algorithmes. Des applications à l'imagerie hyperspectrale, segmentation d'images, localisation GPS, restauration d'images ou reconstruction tomographique spatio-temporelle permettront d'obtenir diverses illustrations concrètes des avancées théoriques et la validation sur des données réelles dans des contextes réalistes.

Ces dernières années ont vu émerger de véritables concepts de rupture dans le domaine de l’invisibilité optique*. Le succès considérable de ces concepts a conduit à leur extension à d’autres domaines disciplinaires comme l’acoustique, la mécanique des fluides ou l’élasto-dynamique. Ainsi sont apparues des capes de « silence », des capes « à vagues », des capes « antisismiques »… Les enjeux sociétaux sont bien évidemment considérables, notamment pour certaines applications phare liées à la protection contre les tsunami et les séismes, mais aussi plus simplement pour la protection ou la furtivité optique, acoustique, mécanique… L’extension rapide de ces outils optiques à plusieurs domaines de la physique résulte de la similarité des différents systèmes d’équations pour les ondes, du moins sous certaines approximations. Il était moins naturel, dans ce contexte, de se pencher sur le problème de la chaleur, compte tenu de son caractère diffusif eu égard à la propagation des ondes. Le présent projet a ainsi pour objectif d’étendre ces concepts d’invisibilité et les méthodes associées au domaine de la thermodynamique, et plus exactement au contrôle des flux de chaleur. Il s’agit ici de donner plus de souplesse aux équations spatio-temporelles de la chaleur (diffusion/conduction/convection) pour permettre la conception de géométries bi- et tri-dimensionnelles permettant le contrôle ciblé des écoulements de flux : contournement d’une zone spécifique, concentration ou « aspiration » dans ces zones, déploiement des flux, rotation et guidage multidirectionnel… L’analogie optique/thermique n’est pas immédiate mais trouve son sens dans le plan de Fourier pour des milieux optiquement absorbants. Ceci nous amènera, plus généralement, à analyser la pertinence de la transposition d’un ensemble de concepts optiques aux applications thermodynamiques, notamment les notions de résolution, de réseau, d’exaltation et de microcavités. La réalisation de démonstrateurs, pour différentes échelles de longueur et de temps, jalonnera chaque étape du projet, pour valider les concepts proposés. Les applications potentielles concernent les échanges thermiques, l’intégration de puissance et la microélectronique, voire l’habitat ou l’énergie, la défense. Ce projet apparaît exploratoire et novateur, dans un contexte où le terrain scientifique était encore quasi-vierge en 2012 à l’échelle internationale (régime spatio-temporel). Depuis la publication en 2012 (Optics Express) par les auteurs de ce projet, 2 équipes étrangères, à Harvard et Karlsruhe, ont validé expérimentalement quelques-unes des premières idées publiées. *Pour mémoire, la notion d’invisibilité est définie ici relativement à un mode de détection donné ; cela signifie par exemple que le signal perçu par le détecteur en sortie de système n’est pas modifié par la présence de l’objet, alors invisible, à l’intérieur du système. Cette opération est réalisée à l’aide d’une « cape d’invisibilité » mettant en jeu des méta-matériaux.

Ce projet vise à mettre en place les fondations d'une science du contrôle des molécules et des matériaux pour commuter avec la lumière leurs propriétés physiques (magnétiques, optiques...) sur des échelles de temps ultra-rapides. L'Institut de Physique de Rennes (IPR, Partenaire 1) joue un rôle majeur dans ce champ émergent de la dynamique structurale ultra-rapide des transitions de phases photoinduites, représentant une avancée en science des matériaux. Ce projet à l'interface physique-chimie doit avoir des conséquences directes pour le développement de nouvelles technologies utilisant la lumière, si nous pouvons comprendre comment contrôler les matériaux. Ceci nécessite des analyses expérimentales avancées en science ultra-rapide, puisque les réorganisation moléculaires jouent un rôle clef dans la stabilisation de l'état photoinduit. Nous installerons une expérience d'absorption X femtoseconde sur la source bétatron du Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA, Partenaire 2), particulièrement adaptée aux cas scientifiques étudiés ici. Ce projet de recherche se focalise sur les matériaux moléculaires bistables ou multi-stables, formés de centres métalliques possédant différents états de spin. Les matériaux à spin-crossover et les Analogues du Bleu de Prusse développés à l'ICMMO (partenaire 3) et l'ICMCB (partenaire 4) sont des systèmes photo-magnétiques prototypes. La littérature riche autour de ces matériaux concerne principalement la réponse à une excitation laser continue, où les mécanismes fondamentaux sont cachés dans une moyenne statistique, rendant inaccessibles les mécanismes élémentaires à l'échelle moléculaire. Les rares études ultra-rapides concernent les molécules en solution, où le principe général du croisement inter-système a été établi. Mais ce processus impliquant un couplage entre les degrés de liberté électroniques et structuraux n'est pas vraiment compris ni contrôlé. De plus, dans les solides le milieu constitué de molécules commutables est actif. Nous voulons tirer avantage des interactions entre molécules for obtenir des réponses efficaces. Nous avons observé récemment, à l'aide d'XAS au X-FEL et de spectroscopie optique, que la stabilisation de l'état photo-excité implique plusieurs phonons intramoléculaires et qu'une réponse coopérative prend place aux échelles ultra-rapides, où un photon transforme plusieurs molécules durant le processus de relaxation. Afin de comprendre les aspects universels et spécifiques de ces processus, nous étudierons une riche variété de systèmes pour lesquels les origines du photo-magnétisme diffèrent: -les matériaux spin-crossover: nous avons observé des échelles de temps assez différentes pour des composés de Fe(II) et Fe(III) (50-250 fs). Ceci est certainement associé à différents couplages électron-phonon ou phonon-phonon car plusieurs modes sont impliqués. -les matériaux Ligand-Driven light-induced spin change: le but est de contrôler l'état magnétique sur des échelles ultra-rapides via une modification du Ligand. Rien n'est connu sur ces processus, où l'énergie n'est pas déposée sur le centre métallique mais sur le Ligand. -les analogues du bleu de Prusse, où le changement d'état magnétique est piloté par le transfert d'électron entre deux sites métalliques et accompagné du relaxation structurale. Ces cas scientifiques nécessitent de développer l'état de l'art des techniques ultra-rapides, sensibles aux changement d'état électroniques et structuraux: - Diffraction et absorption X femtoseconde sur X-FEL (LCLS) et sur une source de laboratoire (Betatron au LOA) - spectroscopie optique 10 fs et IR à l'IPR Ces retour d'analyses aiderons les chimistes à construire des matériaux plus efficaces puisque les paramètres de contrôle seront identifiés. Ce financement est un essentiel pour soutenir une activité de recherche en France autour du champ extrêmement compétitif au niveau mondial des transitions de phases photoinduites et de la science structurale ultra-rapide.

Au cours des cinq dernières décennies, notre mode de vie et de travail ont subi de profondes évolutions, liées à l’essor des composants issus de la microélectronique. Mais la technologie du silicium pourrait bientôt atteindre ses limites, nous forçant dès à présent à explorer de nouvelles voies. Ainsi, l’élaboration de films et d’hétérostructures d’oxydes dotées de hautes performances en transport pourrait marquer bientôt l’avènement d’une électronique alternative s’appuyant sur ces matériaux. En 2004, Ohtomo and Hwang ont mis en évidence l’existence d’un état métallique, dans une hétérostructure formée de deux isolants de bande à grand gap, SrTiO3 (STO) et LaAlO3 (LAO). Selon les conditions de croissance, on peut obtenir un gaz d’électrons bidimensionnel (2DEG), ce qui présente un fort intérêt, eu égard à l’appartenance de STO à la famille des perovskites d’oxydes de métaux de transition (TMO). Celles-ci présentent de remarquables propriétés, telles la supraconductivité à haute température critique (HTSC) pour les cuprates, la magnétorésistance colossale (CMR) pour les manganites, la multiferroélectricité pour les ferrites de bismuth. On peut imaginer former des hétérostructures associant ces matériaux pour faire émerger de nouvelles fonctionnalités aux interfaces. Dernièrement, notre consortium a mis en évidence, par des mesures de photoémission résolue en angle (ARPES), un 2DEG à la surface de STO isolant, clivé sous ultravide. Le processus d’obtention du 2DEG par ce procédé pourrait ainsi être générique aux perovskites d’oxydes. On pourrait alors créer des TMO fonctionnels où le 2DEG aurait hérité des fortes corrélations des constituants, menant à un transport remarquable, comme notre consortium se propose de l’investiguer. Nous chercherons à créer des tels gaz bidimensionnels dans des ferroélectriques, manganites et multiferroiques. En outre, ceux-ci pourraient présenter des états polarisés en spin, avec un fort potentiel pour le développement des dispositifs pour la spintronique. Nous chercherons également a produire des 2DEGs ayant des propriétés topologiques non triviales, nous basant sur des résultats préliminaires encourageants que nous avons obtenu très récemment. Par ailleurs, dans le but d’optimiser leurs fonctionnalités ou créer des nouvelles, nous envisageons de contrôler in-situ les propriétés physiques de ces 2DEGs, en combinant des techniques de pointe de préparation et étude spectroscopique de ces systèmes. Acquérir la maîtrise de ces états métalliques de surface requiert une étude approfondie du rôle des lacunes d'oxygène, dans la mesure où celles-ci apparaissent lors du clivage. Il est en effet crucial d'identifier les mécanismes de formation et de stabilisation de ces défauts et d'être en mesure de les manipuler à volonté si l'on veut pouvoir développer une ingénierie du transport à la surface des TMO. A cette même fin, et également en vue d'applications technologiques, nous proposons de trouver des façons de protéger la conduction de ces 2DEG contre toute cause de dégradation de la surface. Nos résultats préliminaires établissent clairement l'universalité du processus de formation de 2DEG dans plusieurs familles de TMO, et ouvrent des pistes pour l’utilisation de ces 2DEGs dans des potentielles applications technologique. Ce projet ouvre la voie au développement d'une ingénierie électronique de nouvelle génération tout oxyde. Le savoir-faire des membres du consortium le place dans des conditions particulièrement favorables pour mener à bien le programme de recherche objet de la présente demande d’ANR. Le travail ayant mené à la découverte du 2DEG à la surface de STO clivé sous ultravide et les résultats préliminaires, décrits dans le projet, obtenus sur d'autres composés TMO, sont de forts signaux positifs validant le bien-fondé et le potentiel technologique de notre approche pour créer et contrôler des 2DEGs à la surface des TMO.

Nous proposons l'étude d'un nouveau concept de laser à électrons libres dans le domaine des rayons X. En associant la physique des lasers à électrons libres en régime Compton, des lasers à rayons X mous (XUV) conventionnels basés sur l'interaction laser/plasma, et de l'optique non-linéaire , nous avons prédit la possibilité de déclencher un effet Raman stimulé lors de l'interaction entre un paquet d'électrons libres modérément relativistes, et deux impulsions lasers intenses ultra-rapides, interférant transversalement pour former un réseau optique à haute intensité, par l'effet Kapitza-Dirac. Des études analytiques et numériques ont démontré la possibilité d’atteindre des valeurs de gain très élevées, avec des longueurs de gain dans la gamme sub-millimétrique, et des nombres de photons élevés (~10^8 à 10^9). Ses spécificités, en particulier la robustesse attendue vis-à-vis de la dispersion en énergie des électrons, suggèrent que ce processus est idéalement adapté à un couplage avec l’accélération d’électrons par sillage laser. Ce nouveau schéma est donc très prometteur, car il pourrait fournir des faisceaux de qualité laser dans le domaine X, ce qui n'était concevable jusqu'à présent que grâce à de grandes infrastructures de XFEL, mais avec un dispositif très compact. Des impulsions X d'une durée de l’ordre d’une femtoseconde semblent tout à fait possibles, avec des applications passionnantes en cristallographie de protéines. Nous prédisons également la possibilité de créer des faisceaux cohérents d' X-durs (au delà de 40 keV), voire même des faisceaux laser de rayons gamma, dans le cadre des futures infrastructures de lumière extrême. Des performances aussi marquantes ne pourront cependant être réalisées sans efforts importants. Il est indispensable de définir des étapes préalables, aussi bien pour résoudre des points clés techniques, que pour explorer et apprendre à contrôler la physique à la base de ce processus. La prédiction des caractéristiques finales de la source devra aussi être affinée. Dans cet objectif, nos travaux ont déjà permis un certain nombre d’avancées importantes sur le plan théorique. Nous avons rédigé un nouvel outil numérique dédié, le code particulaire EWOK. Ce code nous a permis de démontrer numériquement l’existence d’une forte amplification des rayons X par des électrons relativistes au sein d’un réseau optique [PRL 109, 244802]. Cet outil numérique sera également à la base des travaux suivants portant sur les caractéristiques essentielles des faisceaux X : divergence, durée d’impulsion, largeur spectrale, nombre de photons… fournissant ainsi une estimation du flux et de la brillance de la source. EWOK permettra enfin tous les travaux de conception puis d’interprétation des expériences. Sur le plan expérimental, des verrous scientifiques et techniques ont été identifiés, visant à contrôler la dynamique des électrons relativistes dans le réseau optique intense. Le premier point clé concerne l’irradiation synchrone transverse formant ce réseau optique, ce qui nécessite de concevoir, mettre en œuvre puis caractériser des dispositifs optiques originaux. Le second point clé concerne l’optimisation spécifique des paquets d’électrons issus de l’accélération par sillage, dans la perspective du processus de laser X Raman. Sur le socle permis par ces développements expérimentaux et les modélisations numériques, nous nous intéresserons alors à deux nouveaux processus prédits dans l’interaction entre un réseau optique intense, et des électrons rapides : l’effet Kapitza-Dirac relativiste, l’émission de rayonnements bêtatron à la fréquence de résonance du réseau optique. Ces étapes permettront de valider la physique et les techniques expérimentales, et ainsi d’avancer vers une future démonstration d’un Laser à Electrons Libres Raman, ce qui ouvrirait un grand nombre d’applications marquantes de cette source X compacte, cohérente et ultra-brève, depuis la physique, la biochimie jusqu’à la médecine.

Récemment, la communauté des sciences des matériaux s’est particulièrement intéressée (i) à l’effet magnétoélectrique décrivant le couplage entre propriétés électriques et magnétiques, (ii) aux composés dits multiferroïques, présentant, le plus souvent, des ordres électriques et magnétiques qui peuvent apparaître simultanément ou bien successivement. L’effet magnétoélectrique dynamique, dont l’interprétation reste inachevée, a pu être détecté sous forme d’excitations couplées spin/réseau appelées électromagnons, ceci dans quelques composés multiferroïques/magnétoélectriques. Une motivation importante pour ce type d’études vient du projet d’utiliser les excitations magnétiques en tant que vecteurs d’information ouvrant ainsi la voie vers la « magnonique ». Il est cependant nécessaire de maîtriser les mécanismes fondamentaux avant de développer une stratégie efficace pour l’optimisation de matériaux dédiés aux applications. Le projet DYMAGE portera sur les effets magnétoélectriques dynamiques, dans leur description à la fois expérimentale et théorique. Pour cela, seront rassemblées dans ce projet des équipes scientifiques déjà très actives sur le sujet avec des compétences complémentaires, y compris en théorie, et combinant une large palette d’outils expérimentaux. Concrètement, plusieurs approches sont proposées: (1) l’utilisation de techniques spectroscopiques complémentaires qui feront l’objet de développements techniques : la spectroscopie synchrotron TeraHertz qui sonde l’interaction de la matière avec une onde électromagnétique ; la diffraction neutronique qui est particulièrement bien adaptée pour identifier les phonons et les magnons ainsi que leurs corrélations et leur dispersion. (2) l’étude des effets dynamiques en présence de paramètres extérieurs comme les champs magnétique et électrique statiques; la possibilité de générer des excitations hybrides dans des composés magnétiques non ferroélectriques grâce à l’application d’un champ électrique statique est particulièrement intéressante, ainsi que, plus généralement, l’impact de ces paramètres sur les ondes de spins et les vibrations du réseau. (3) une forte contribution des théoriciens, pour la prospection, l’identification et la prédiction des propriétés dynamiques dans des nouvelles classes de composés, en particulier non ferroélectriques, sur lesquels porteront les études expérimentales (1) et (2). L’implication des théoriciens sera aussi nécessaire pour l’interprétation des résultats obtenus avec les différentes techniques expérimentales. Parmi les composés potentiellement intéressants à étudier, nous considèrerons les manganites hexagonaux RMnO3 où des électromagnons semblent avoir été détectés ; le langasite au fer où un nouveau type d'excitations hybrides vient d'être mis en évidence; les composés ferrotoroïdiques / magnétoélectriques dans lesquels il pourrait y avoir des effets magnétoélectriques dynamiques spécifiques. C’est le cas de plusieurs composés à structure en nid d’abeille à base de métaux de transition, comme MnPS3 qui a été identifié comme ferrotoroïdique, ou les composés magnétoélectriques de la famille BaM2(XO4)2 (M=Co, Ni et X=P, As, V) et encore l’oxyde Na3Co2SbO6 également potentiellement ferrotoroïdique. La synthèse des échantillons et leurs caractérisations est, bien entendu, une étape préliminaire indispensable et se fera grâce aux équipements déjà existant dans les quatre laboratoires impliqués. Les études proposées dans ce projet devraient permettre de décrire sans ambiguïté les excitations hybrides, et les règles de sélection auxquelles elles obéissent suivant les sondes expérimentales. Notre but ultime est de comprendre les mécanismes microscopiques mis en jeu et de contribuer ainsi de manière significative à l’activité magnonique émergente.

Ce projet porte sur l'étude des effets induits par des ions lourds sur des glaces présentes dans l'espace. Il est le résultat d'une collaboration entre 2 laboratoires français (le CIMAP et l'IAS) et 2 universités brésiliennes. L'objectif principal est de simuler en laboratoire l'effet des ions lourds présents dans le vent solaire et les rayonnements cosmiques sur l'irradiation de glaces présentes dans certains milieux tels que les nuages denses, les comètes. Ces glaces sont principalement composées de molécules simples telles que: H2O, CO, CO2, NH3 etc. Cette étude se fera principalement par spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier dans le domaine 500-5000 cm-l . Malgré une abondance faible dans l'espace, nos études préliminaires ont démontré que les ions lourds jouaient un rôle prépondérant en terme de pulvérisation et de la destruction, Ces travaux ont aussi montré qu'il était indispensable de travailler en ultravide pour maîtriser la préparation de l'échantillon et son évolution sous irradiation. Le premier objectif du projet est donc technique : il faut construire une enceinte ultravide avec une tête cryogénique pour la préparation et irradiation de ces glaces. Les irradiations se feront sur l'accélérateur GANIL. La partie scientifique peut être décomposée en 2 parties. La première consiste à irradier des glaces composées de molécules simples et à étudier leur évolution sous irradiation. Cette étude pourra être menée sur un domaine d'énergie allant du kev au GeV. Pour cette gamme d'énergie, des grandeurs telles que le taux de pulvérisation, les sections efficaces de destruction des molécules constituant l'échantillon et les sections efficaces de création des espèces nouvellement produites seront déterminées. Les lois de dépendance de ces grandeurs en fonction du pouvoir d'arrêt seront établies. Pour la seconde partie, des échantillons correspondant à des systèmes riches en molécules organiques seront irradiés afin de déterminer s'il est possible de créer des molécules plus complexes dites prébiotique. Cette étude se fera in situ par spectroscopie infrarouge. Dès que ce nouveau dispositif sera opérationnel, il sera disponible pour la communauté scientifique internationale auprès de la plateforme d'accueil du CIMAP pour être utilisé sur les lignes de l'accélérateur GANIL.

Étudier les similitudes et les différences qui existent entre les corps du système solaire permet de comprendre leur origine et évolution, et d’accroître la connaissance de notre planète. Ici nous proposons de modéliser, décrire et interpréter l’environnement magnétique de Mercure et de ses sources internes (du noyau à la lithosphère) ou externes (résultant de l’interaction du vent solaire avec la planète). Cela permet en effet de contraindre la structure et la dynamique de Mercure et de ses différentes enveloppes. Mercure est la plus petite et la plus proche planète du soleil ; c’est aussi l’une des plus énigmatiques. Avant l’ère spatiale, on pensait que c’était une planète entièrement solide, sans dynamique interne. La mission Mariner 10 a bouleversé cette vision, et montré que Mercure est en réalité la seule autre planète tellurique possédant une dynamo. Mercure est en effet caractérisé par un champ magnétique interne faible, lié à des mouvements de convection dont l’exacte nature reste à déterminer. Son exosphère contient de nombreuses espèces, avec de fortes variations spatiales et temporelles. L’interaction du champ interne, de l’exosphère et du vent solaire crée une magnétosphère très dynamique, qui à son tour induit des courants électromagnétiques dans son intérieur et son exosphère. MARMITE est Mercure: interActions HeRméo-Magnétiques entre l’InTérieur et l’Exosphère. Un parallèle peut être fait avec ce grand chaudron dans lequel des ingrédients différents à la fois simples et subtils sont mélangés et mijotés. Ce projet peut ainsi être vu comme une recette scientifique, qui va mener à une nouvelle étude de Mercure et de sa dynamique, en mélangeant des outils et approches qui sont traditionnellement dédiées à des buts distincts, le noyau convectif, le manteau peu épais, la surface, l’exosphère, l’ionosphère et la magnétosphère. Nous allons analyser les mesures de la sonde MESSENGER, actuellement en orbite autour de Mercure. Nous voulons caractériser le champ magnétique interne statique et estimer sa possible variation séculaire. Nous allons mettre au point et utiliser des outils adaptés pour tenir compte de la géométrie très elliptique de l’orbite de MESSENGER, qui fait que seule une partie de l’hémisphère nord est survolé avec une altitude suffisamment basse. Nous allons ensuite interpréter ce champ en termes de dynamique interne. Nous ferons des simulations numériques de la dynamo, tenant compte du champ là où il est connu, et permettant de prédire son comportement au-dessus de l’hémisphère sud. La structure interne de Mercure sera aussi contrainte via des approches spectrales mais aussi via des études d’induction. Nous comparerons cette structure à des hypothèses d’évaporation précoce du manteau par des impacteurs géants. Nous allons coupler des modèles de l’exosphère à un modèle hybride de la magnétosphère, ce qui nécessite de correctement décrire le champ interne mais aussi d’estimer les taux de production de toutes les espèces ionisées présentes dans l’exosphère. Ce modèle exosphère-magnétosphère sera couplé à des estimations de la conductivité électrique de la surface et de l’intérieur, pour une meilleure prise en compte des effets liés à l’induction. Enfin nous couplerons tous ces aspects dans un seul et unique modèle qui tiendra compte de toutes les sources et interactions magnétiques, grâce à la collaboration entre des domaines qui ne sont habituellement que faiblement liés. Ce projet est principalement dédié à l’analyse de la mission américaine MESSENGER. Nous allons développer les outils théoriques et analytiques pour modéliser l’environnement d’un corps faiblement aimanté tel que Mercure. Ceci va entre-autres permettre à nos équipes de mieux préparer l’arrivée de la prochaine mission européenne-japonaise BepiColombo (lancement en 2015). Ces outils pourront également être appliqués à d’autres corps comme Ganymède, la Lune ou Mars, fournissant autant de cas d’études pour in fine mieux comprendre notre planète.

Les bilans de sel et de chaleur de l’Atlantique Nord sont d'importance capitale pour le climat de l'Hémisphère Nord, en relation étroite avec la circulation des eaux chaudes de l’Atlantique vers les zones boréales via la dynamique des gyres et de la circulation méridienne (AMOC). Cependant, la dynamique à long terme (centennale à millénaire) des gyres de l’Atlantique et leurs liens avec le climat et les échanges de chaleur et de sel depuis la Méditerranée, restent à explorer. Plusieurs études ont révélé que les derniers 11,500 ans (Holocène) sont marqués par une variabilité climatique sub-millénaire, probablement associée aux changements des vents et des flux d'eau douce susceptibles d'affecter la dynamique de la gyre subpolaire et donc les budgets de chaleur et de sel de l'Atlantique Nord et des mers Nordiques. Au cours de l'Holocène, le climat de l’Atlantique Nord et de l’Europe (incluant la Méditerranée) a subi d'importants changements de température enregistrés dans les archives glaciologiques, marines et continentales. Toutefois, afin de déterminer les relations existant entre la dynamique des gyres de l’Atlantique, le fonctionnement hydrologique de la Méditerranée et le système climatique, il est indispensable de documenter les propriétés des masses d'eau et leur redistribution à une échelle temporelle décennale à séculaire, et de les comparer avec les sorties des modèles. Les analyses de fréquence et les comparaisons modèle – données permettront d’extraire les forçages externes et/ou les rétroactions internes et d’identifier les processus en jeu. Ainsi, ce projet vise à restituer l’hydrologie de régions clés de l’Atlantique NE et de la Méditerranée au cours de l’Holocène en mettant en œuvre l'analyse de nouveaux traceurs géochimiques des masses d'eau (eNd, Li/Mg) dans les coraux d'eau froide (précisément datées par l’U/Th) et en s'appuyant sur les dernières avancées réalisées sur les traceurs paléocéanographiques des températures et salinités de surface (d18O et Mg/Ca des foraminifères, alcénone et assemblages faunistiques) et traceurs de masses d’eau (eNd et d13C dans les tests de foraminifères). Les reconstructions hydrologiques seront comparées aux données instrumentales pour la période couvrant le 20ème siècle quand cela sera possible (coraux profonds et sédiments de surface). Notre stratégie de travail dérive des récents succès et partenariats scientifiques initiés par les ANR PICC, IDEGLACE (2005-2009) et NEWTON (2006-2010). Ce projet est basé sur des collections d'échantillons uniques recueillis au cours des 10 dernières années de recherche sur les coraux profonds le long de la marge ouest européenne et en Méditerranée (INSU ICE-CTD, projets FP6 HERMES, FP7 HERMIONE, FP7 EPOCA, FP7 CORALFISH). Il est étroitement lié aux questions scientifiques adressées dans les programmes tels que le FP7 Past4Future qui vise à fournir une vision intégrée modèle-données des reconstructions climatiques, y compris pour l'Holocène. Enfin, ce projet bénéficie d'une infrastructure de pointe nouvellement installée (Neptuneplus MC-ICP-MS – IDES/LSCE et CEREGE) et de récents développements analytiques permettant des mesures isotopiques rapides et précises des traceurs (eNd) et des radiochronomètres (U/Th et datation 14C par AMS). Pour le volet modélisation, le projet utilisera les simulations récentes du modèle climatique IPSL-CM5A où les traceurs océaniques sont implémentés. Impacts à long terme : le projet apportera de nouvelles contraintes sur le développement des écosystèmes coralliens d'eau froide en fonction du forçage climatique. Ce projet permettra la formation de jeunes chercheurs (doctorants et post-doctorants) en leur permettant d’acquérir des compétences scientifiques dans un domaine émergent à l'interface de la géochimie, de l'océanographie et de la climatologie. Le consortium œuvrera à la sensibilisation du grand public sur la variabilité naturelle du climat de l'hémisphère nord.

La plupart des modèles de climat incluent aujourd'hui une stratosphère, et ont un sommet entre 70 et 100km. Il y a plusieurs raisons à cela: il est nécessaire de bien décrire la couche d'ozone; il faut évaluer l'impact radiatif de l'eau stratosphérique; enfin la stratosphère a un impact significatif sur le climat au sol. Malgré ces efforts passé, il reste cependant trois principaux défis scientifiques. A. La variabilité de la stratosphère dans les régions équatoriales est dominée par l'Oscillation Quasi Biennale (QBO en anglais), un oscillation pilotée dynamiquement par une très large gamme d'ondes excitées par la convection dans la troposphère équatoriale. La plupart des modèles ne simulent pas la QBO. B. Le lent transport de l'air stratosphérique depuis la tropopause tropicale vers les régions extra-tropicales est cruciale pour la distribution de constituants tels que l'ozone ou la vapeur d'eau. Aujourd'hui, les tendances de cette circulation dans les observations contredisent en partie les tendances simulées par les modèles. Cela pose une question majeure sur notre compréhension du changement climatique dans la stratosphère. C. La stratosphère extra-tropicale est dominée chaque hiver par le vortex polaire. Son évolution est ponctuée par des réchauffements stratosphériques soudains (SSWs en anglais) résultant d'interactions non linéaires entre ondes et écoulement moyen. Les modèles font encore des erreurs dans la simulation de ces évènements, notamment ils reproduisent mal le réchauffement final précurseur de la fin du vortex au printemps. C'est trois défis sont liés à des difficultés à comprendre et simuler la dynamique, et de manière cruciale les interactions ondes-écoulement moyen. Les solutions ne viendront pas de la modélisation seulement, mais résulteront aussi d'une amélioration de notre compréhension de ces phénomènes et d'analyses d'observations innovantes. Parmi les ondes impliquées, les ondes de gravité posent le plus de problèmes, car elles ont des échelles très courtes et sont donc difficiles à observer et à modéliser. La force de notre projet est liée à plusieurs facteurs: - Nous avons contribué à l'obtention de bases de données in situ uniques au monde pour l'analyse des ondes. Notre équipe inclut certains « PI » de ces observations (ballons stratosphériques à longue durée de vol, réseau de lidars pour la détection des changements de la composition atmosphérique). - Nous équipe a une très forte expertise en modélisation puisqu'elle inclut les chercheurs ayant étendu les modèles de l'IPSL et du CNRM à la stratosphère. Elle a aussi développée une paramétrisation stochastique des ondes de gravité, ce qui a permis au modèle de l'IPSL de simuler une QBO. - La circulation de Brewer-Dobson est très lente et donc difficile à diagnostiquer. Notre équipe a une expertise solide dans le diagnostique de cette circulation, en particulier via l'utilisation de techniques Lagrangiennes. Nous sommes donc en position stratégique pour comparer cette circulation entre les modèles et les observations. - Notre projet rassemble des acteurs clefs des institutions françaises impliquées dans la modélisation de la stratosphère. En partageant nos efforts de recherche et de développement, nous augmenterons nos chances de réussite. Ces collaborations bénéficieront aussi de la complémentarité des objectifs des deux institutions (prévision météorologique au CNRM, climat à l'IPSL). Ce projet vise donc à former une équipe couvrant un éventail très large de compétences afin de progresser dans les observations, la compréhension et la modélisation de la stratosphère. Il découlera de ce projet une amélioration significative des modèles de climat français, et un renforcement du positionnement de notre communauté sur les études du climat et de la couche d'ozone.

Un défi scientifique majeur reste la reconstruction des teneurs en CO2 des atmosphères passées, ou, ce qui l’approche, du pH des océans. La composition isotopique du bore dans les carbonates marins a été proposée comme un marqueur du pH des océans anciens il y a près de 20 ans. Depuis ce temps, une abondante littérature s’est constituée sur l’utilisation pratique des isotopes du bore pour reconstituer les conditions anciennes d’acidité océanique et les teneurs passées de gaz carbonique de l’atmosphère. De nombreuses courbes empiriques ont été publiées reliant abondance des isotopes du bore dans les coraux et pH. Celles ci sont différentes selon les types de carbonates étudiés et sont dépendantes des espèces vivantes fabriquant ces carbonates. Il est clair qu’aujourd’hui, l’utilisation des isotopes du bore dans les calcaires comme traceur de paleo-pH est limitée par notre pauvre connaissance des modes d’incorporation de cet élément dans la structure du carbonate et des fractionnements isotopiques associés. Il est presque incroyable que certaines hypothèses ou que certains paramètres validant cette “théorie du paleo-pH” n’aient pas été plus regardés en 20 ans. L'objectif de ce projet est de revisiter les principales hypothèses sous-jacentes à la théorie du paléo-pH et de comprendre les mécanismes fondamentaux de l’incorporation du bore dans les calcaires. A cette fin, 6 équipes internationalement reconnues pour leur expertise se regroupent et créent une équipe pluridisciplinaire à même de résoudre ce problème. L’équipe associe des isotopistes (utilisant différentes techniques de spectrométrie de masse), des expérimentateurs, des physiciens de la RMN du solide et un théoricien du calcul ab-initio. L’équipe est constituée de scientifiques de renom international. Le projet s’articule autour de 5 tâches. La première propose deux nouveaux dispositifs expérimentaux permettant de déterminer précisément le fractionnement isotopique entre les deux espèces du bore en solution, un paramètre fondamental dans la compréhension des mécanismes de coprécipitation du bore dans les solides. La tâche 2 est un dispositif expérimental original et rigoureux permettant de mesurer les fractionnements isotopiques du bore lors de la précipitation inorganique de carbonate et de modéliser ces résultats. La tâche 3 propose de travailler sur ce problème de l’hétérogénéité de la composition isotopique du bore dans les carbonates en comparant des techniques isotopiques « échantillonnant » différentes échelles. Nous proposons d’évaluer comment la variabilité isotopique qui est mesurée à l’échelle microscopique se résout lorsque l’échelle d’analyse augmente. Cette approche est fondamentale pour comprendre ce que la mesure de la composition isotopique d’un carbonate signifie. La tâche 4 propose de travailler sur la variabilité naturelle des eaux de mer, aussi bien dans l’espace océanique que dans le temps en se fixant d’atteindre des précisions importantes et nécessaires pour ne pas mésinterpréter le signal isotopique des carbonates. Enfin la tâche 5 propose une application à des échantillons naturels récents provenant de divers sites de l’Atlantique Nord et ayant été soumis à l’acidification d’origine anthropique. A travers l’étude interdisciplinaire que nous proposons, nous sommes optimistes pour faire avancer significativement un problème scientifique important du point de vue de ses applications. Ce projet aura des applications (qu’il ne propose pas de couvrir ici) sur l’étude des environnements anciens, sur la biominéralisation et les sur les interactions eaux roches.

Les éléments traces et leurs isotopes (TEIs) jouent un rôle majeur dans l’océan et peuvent être utilisés comme traceurs de processus dans l’océan moderne et passé. Etudier leur cycle a des implications directes sur de nombreuses recherches scientifiques, telles que le cycle du carbone, le changement climatique, les écosystèmes océaniques ou encore la contamination environnementale. C’est dans ce contexte que le projet GEOVIDE se propose d’entreprendre un transect océanographique dans l’Atlantique Nord et en Mer du Labrador. Cette région est cruciale pour le climat de notre Planète et la circulation thermohaline, puisqu’elle représente une zone de renversement majeur pour la cellule méridienne de circulation appelée MOC (Meridional Overturning Circulation). De plus, les gradients de concentrations en éléments traces y sont peu connus. GEOVIDE est un programme collaboratif international visant à mieux contraindre les incertitudes sur les flux d’eau et de chaleur à travers la section étudiée, notamment en ajoutant des informations sur l’export et la circulation des masses d’eau profondes et en fournissant de nouvelles informations sur les flux des éléments chimiques. GEOVIDE a également pour objectif de quantifier les processus qui influencent le cycle des TEIs dans cette région, tels que l’advection, le scavenging, l’assimilation biologique, les échanges aux marges et les apports atmosphériques. Les principaux objectifs du projet GEOVIDE sont de : 1- Mieux connaitre et quantifier la MOC et le cycle du carbone dans un contexte de variabilité décennale, en ajoutant de nouveaux traceurs clefs 2- Etablir la distribution des TEIs avec leur spéciation physique et chimique le long d’une section sur toute la colonne d’eau à haute résolution 3- Caractériser les sources et puits et quantifier les flux des TEIs aux frontières océaniques 4- Etudier le lien entre les TEIs, et la production, l’export et la reminéralisation de la matière organique 5- Mieux comprendre et quantifier les paléoproxies 231Pa/230Th, et les isotopes du Nd et du Si Pour atteindre ces objectifs, une campagne océanographique de 44 jours sur le N/O Pourquoi Pas ? (été 2014) est nécessaire. Nous utiliserons une série de techniques et d’instrumentations innovants. La force de ce projet réside dans son interdisciplinarité : de l’océanographie physique, de la géochimie et de la biogéochimie vont être couplées, grâce à de nombreuses observations et à la modélisation. GEOVIDE rassemble des scientifiques hautement qualifiés de cinq pays différents. Ce projet sera la contribution française à l’étude globale des TEIs du programme international GEOTRACES dans l’Atlantique Nord (section officielle GEOTRACES GA01) et fournira des données primordiales, notamment pour la modélisation de l’océan passé et présent, de distributions de TEIs dans cette zone clef de la circulation thermohaline. GEOVIDE participera également activement aux objectifs des programmes internationaux SOLAS, IMBER, CARBOCHANGE et CLIVAR. GEOVIDE est intégré dans l’axe 2 du LabexMER « A changing Ocean ». Il est également lié à l’Equipex NAOS « Novel Argo Ocean observing System » et plus particulièrement à WP5 « Flotteurs profonds avec capteur d'oxygène en Atlantique Nord ». Ce projet de recherche vise également à être une action internationale forte et visible portée par le Pôle UPEE dans le cadre de l'IDEX UNITI de Toulouse. Finalement, GEOVIDE a une partie éducationnelle à plusieurs niveaux académiques. Les résultats du projet seront intégrés dans un site web et présentés au grand public, ainsi qu’à travers des publications et conférences scientifiques internationales. Cinq jeunes chercheurs (trois post-doctorants et deux thésards) seront formés pendant ce projet. Les résultats seront disponibles à travers des bases de données (SISMER, LEFE-CYBER, et la base de données GEOTRACES - British Oceanographic Data Base).

Le succès retentissant de la détermination complète du génome humain en 2000 a ouvert la voie à un domaine de recherche plus vaste encore : la génomique structurale qui consiste à déterminer la structure des protéines pour comprendre les relations entre leur structure et leurs fonctions. De par le nombre et la variété de protéines existantes, il s’agit d’un chantier énorme dont nous ne soupçonnons pas la portée en termes de retombées scientifiques et médicales. Aujourd’hui, les deux outils pour cette résolution structurale sont la cristallographie et résonance magnétique nucléaire (RMN). Il s’agit de deux techniques complémentaires qui présentent des avantages et des limites : (i) la RMN permet l’analyse en solution de protéines mais requiert un enrichissement isotopique; (ii) la cristallographie permet une détermination plus rapide de structures mais reste tributaire de la préparation de cristaux de bonne qualité. Actuellement l’effort de recherche est focalisé sur le développement de très grands instruments au détriment de la recherche de nouvelles méthodologies. Dans ce contexte, ce projet propose une méthodologie originale fondée sur les complexes de lanthanides, notés [Ln], utilisés pour leur propriétés de diffuseurs anomal permettant la résolution du problème des phases en cristallographie des protéines et pour leur propriétés d’anisotropie magnétique permettant l’émergence de la cristallographie par RMN du solide paramagnétique. Le projet Ln23 propose d’utiliser les [Ln] ainsi que leur propriétés physiques intrinsèques comme cheval de Troie pour la détermination structurale de protéines en développant une méthodologie intégrative, efficace et utilisable pour trois techniques structurales complémentaire : la cristallographie, la diffusion aux petits angles et la RMN. L’objectif est de faire connaitre cet outil dans la communauté de la biologie structurale et de remplacer les méthodes anciennes basées sur le Sélénium. Cela permettrait un gain de temps important, une amélioration significative de la précision pour la détermination de structures de protéines et par conséquence conduirait à une utilisation optimale des grands instruments disponibles. Le cœur du projet Ln23 a pour objectif de comprendre et quantifier les interactions supramoléculaires entre [Ln] et protéines, un domaine de recherche quasi vierge à ce jour. Pour nous envisageons de concevoir des [Ln] présentant des charges, formes, fonctionnalités variées et susceptibles de former des interactions avec des protéines, issues de la famille des malates deshydrogénase qui sont connues pour présenter une structure homogène mais des charges de surfaces très diverses. Les co-cristallisation seront réalisées en utilisant des techniques robotisées à haut débits et la formation d’adduits cristallins [Ln]–protéine sera révélée grâce aux propriétés de luminescence des éléments f. Finalement, les constantes d’affinités thermodynamiques seront déterminées sur des modèles moléculaires de complexité croissante. En s’appuyant sur la compréhension de ces interactions il sera possible rationaliser la cristallisation entre [Ln] et protéines permettant de nouveaux développements cristallographie et en RMN du solide paramagnétiques. Il sera également possible d’éviter au contraire de telles interactions et de confiner les complexes de lanthanide dans les canaux de solvants permettant ainsi de développer des méthodes structurales à basse résolution basée sur le contraste de solvant (MASC). Les meilleurs complexes seront proposés pour collaboration à la communauté de biologie structurale et commercialisés par la société NatX-ray avec qui nous travaillons déjà. Finalement le contrôle des interactions [Ln]-protéine et le développement de ces outils analytique permettra de s’attaquer rapidement à des problémes réels de biologie structurale comme la résolution de structures de protéines solubles inconnues, de protéines membranaires voire de grands assemblages macromoléculaires.

Le présent projet a pour objectif de construire un consortium rassemblant toutes les expertises nécessaires en chimique quantique, dynamique quantique et contrôle quantique dans le but d'étudier à la fois d'un point de vue théorique et expérimental le contrôle laser à un niveau quantique de molécules de relativement grande taille. Nous nous intéresserons à des réactions chimiques impliquant des intersections coniques (processus de désexcitation non-radiative non-adiabatique c'est-à-dire hors Born-Oppenheimer) tels que l'ouverture de cycle dans les molécules de type spiropyrane. Un modèle pour les surfaces diabatiques à 48 dimensions pour le benzopyran sera développé et nous utliserons la récente méthode Multi-layer Multi-Configuration Time-Dependent approach (ML-MCTDH) pour simuler la dynamique quantique du système en présence de champs lasers (dynamique à 48 dimensions). Des stratégies systématiques de contrôle de la photoréactivité du système vont être développés d'un point de vue théorique (à l'aide d'une approche en termes de molécules "habillées" par les champs lasers) et implémentés à un niveau expérimental. Nous pensons combiner et améliorer des approches de type pompe-sonde, effet Stark, optimisation par feedback, ecxitation vibrationnelle préliminaire ou d'autres en collaboration directe entre les expérimentateurs et les théoriciens du consortium.

L'assemblage non covalent de macromolécules en solution a été abondamment étudié au cours de la dernière décennie, avec un accent particulier mis sur la relation entre la morphologie finale des agrégats et la chimie des briques élémentaires de construction. Bien que la plupart de ces études supposent des conditions d'équilibre, les applications du monde réel impliquent quant à elles des conditions d’assemblage fortement hors d’équilibre. Il existe donc un réel besoin de concevoir des outils et des méthodologies originales afin de mieux comprendre et contrôler l'assemblage de macromolécules dans diverses conditions thermodynamiques. L’intérêt de cette démarche va bien au-delà dans la science fondamentale avec des retombées technologiques importantes en sciences des matériaux, des polymères et en biotechnologie. Nous proposons dans le projet PANORAMA d'étudier de manière indépendante et systématique l'impact des procédés de mise en œuvre et de l’intensité des interactions entre briques élémentaires sur les morphologies finales et leur(s) état(s) thermodynamique(s) sur des systèmes auto et co assemblés macromoléculaires modèles (agrégats de copolymères à blocs amphiphiles, assemblages électrostatiques de polyélectrolytes, nanoparticules et protéines). Le temps de mélange est choisi ici comme un paramètre clef du procédé de mise en œuvre permettant de faire varier les conditions initiales d’assemblage. En modulant ce temps de mélange (et de réaction) de quelques ms à plus d’une heure, une multitude de systèmes hors d’équilibres peuvent être ainsi générés et étudiés. Les techniques de diffusion (lumière et neutrons) et de microscopie électronique nous aiderons à déterminer la morphologie des agrégats à différentes échelles alors que des mesures de µcalorimétrie (ITC) seront réalisées afin de mieux appréhender la thermodynamique d’assemblage des ces agrégats et autres complexes. La collection systématique de données de type Thermodynamiques vs. Morphologie en fonction des conditions de mélange nous permettra de développer une cartographie prédictive et constituera un excellent point de départ pour des travaux ultérieurs de modélisation qui vont au-delà du but avoué du projet PANORAMA. En outre, la possibilité de réaliser des assemblages proches des conditions d'équilibre sera étudiée en modulant l’intensité de l’interaction (on/off) entre briques élémentaires. Cette démarche pourrait conduire à la formation de nouvelles structures supra macromoléculaires en mettant clairement en évidence l'importance de la voie de formulation pour guider les processus d'assemblages.

Dans le cadre général des procédés de dépôts par enduction d’un film liquide sur un substrat et évaporation de solvants volatiles dans l’air, ce projet s’intéresse à des géométries avec ménisque ou ligne de contact mobile. Il cible plus particulièrement les procédés à faible vitesse de déplacement du substrat, pour lesquels l’évaporation au niveau du ménisque est importante et joue un rôle clé dans l’établissement de l’écoulement (régime évaporatif dans les configurations de type « dip-coating »). Il pose la question générale de l’impact de l’écoulement et des transferts de chaleur et de masse sur le dépôt sec obtenu durant ce régime. Les principaux objectifs sont d’une part une connaissance et compréhension approfondie des phénomènes dominants, et d’autre part l’obtention de prédictions quantitatives pour pouvoir optimiser les paramètres des procédés d’enduction en fonction des spécificités requises pour le dépôt sec. Une démarche couplant approches expérimentales et modélisation est adoptée pour répondre à ces objectifs. Des techniques de mesure innovantes seront notamment développées pour mesurer simultanément les champs de concentration et de vitesse dans le ménisque (l’un des montages sera monté sur une plateforme de microscope équipée de mesures PIV et spectroscopie Raman). Les expériences seront réalisées d’une part sur des systèmes modèles (solutions polymères ou dispersions colloïdales). Une caractérisation complète des propriétés de ces systèmes sera tout d’abord réalisée. En effet, une caractéristique de ces procédés de dépôt par séchage est la très importante variation des grandeurs physico-chimiques du fluide en fonction de la concentration en soluté (viscosité, tension de surface, coefficient de diffusion mutuelle …), ainsi que la transition d’un état liquide à un état solide (par exemple la formation d’un milieu poreux dans le cas d’une dispersion colloïdale). D’autre part, en complément de l’étude de ces systèmes modèles, nous allons faire porter une partie du programme sur l’important domaine de l’Electronique Organique (e. g. OLED Organic Light Emitting Diode, OPV Organic PhotoVoltaics), et deux chercheurs R&D de Solvay sont partie prenante de ce projet. Du point de vue modélisation, dans la continuité de travaux antérieurs, un premier défi sera le développement de modèles dynamiques prenant en compte l’hydrodynamique dans le ménisque, le couplage avec la phase gazeuse et incluant la variation avec la concentration des propriétés du système. L’objectif est de décrire (et donc pouvoir prédire) l’influence de l’écoulement sur le dépôt sec. Une question au cœur de cette étude sera la suivante : l’hydrodynamique et les transferts peuvent-ils être à l’origine de l’apparition potentielle du régime périodique qui entraîne la formation de structures régulières sur le dépôt ? Quels sont les phénomènes qui conditionnent ce régime périodique ? (question non résolue à l’heure actuelle). Le deuxième enjeu théorique concerne le séchage d’une dispersion colloïdale conduisant à la formation et consolidation d’un milieu poreux dense. Beaucoup de questions fondamentales se posent pour décrire la transition de la phase liquide au film final, et l’approfondissement de la description de cette transition sera l’un des enjeux de ce projet. Pour réaliser ce programme, nous utiliserons des modèles continus décrivant la transition d’un état dispersé à un assemblage dense de colloïdes, mais dans lesquels certaines propriétés (comme le coefficient de diffusion, la viscosité, la pression osmotique …) divergent pour une concentration critique. L’enjeu sera d’adapter ce type de modèles à la configuration de régime évaporatif où écoulement et transferts de masse sont couplés, et finalement d’obtenir un modèle complet prenant en compte l’hydrodynamique et la transition vers un milieu poreux, modèle qui sera donc capable de décrire toute la phase de séchage.

Le projet EXFIDIS a pour ambition d’explorer une physique encore non décrite à ce jour, celle des décharges électriques hors-équilibre créées par des champs extrêmement transitoires et intenses dans des conditions standard de pression et de température. Pour cela, des équipes de recherche du LAPLACE (Toulouse), du LPGP (Orsay), du GREMI (Orléans) et du CORIA (Rouen), aidées d’une équipe du LNHB (CEA Saclay) comme prestataire de service, proposent de partager leur savoir-faire et leurs connaissances dans le domaine des décharges pulsées hors-équilibre. Les études expérimentales et de modélisation qu’elles proposent se focalisent sur des configurations d’électrodes asymétriques très utilisées pour les applications (pointe/plan, multi-pointes/plan, fil/plan,…), sans système auxiliaire de pré-ionisation, dans l’air et dans des mélanges de gaz atmosphériques azote / oxygène / vapeur d’eau, auxquels viendra s’ajouter en faible concentration de l’acétone, représentatif d’une molécule polluante, ou du propane, représentatif d’un gaz inflammable. Les objectifs du projet sont dans un premier temps de prendre en compte les effets spécifiques induits par les très fortes valeurs de champ électrique à la fois dans un modèle bidimensionnel de décharge et dans des études de caractérisation expérimentale très poussées. L’application de surtensions extrêmes (> 400 %) sur des temps de l’ordre de la nanoseconde doit nous amener à reconsidérer la physique du streamer classiquement utilisée pour décrire les décharges à pression atmosphérique, en analysant les nouveaux mécanismes qui pourraient y être associés (régime diffus, génération d’électrons « runaway » et de rayonnement X, mise en défaut de l’hypothèse d’équilibre de champ local). La commercialisation récente de générateurs fiables, compacts et modulables, permettant d’atteindre des fronts de montée extrêmement brefs de l’ordre de la nanoseconde et des impulsions de tension d’une centaine de kilovolts sur une dizaine de nanosecondes, ouvre des possibilités très intéressantes pour l’étude expérimentale de ces décharges. Les objectifs fondamentaux du projet EXFIDIS nous imposent d’utiliser une configuration d’électrodes élémentaire de type pointe-plan, pour permettre d’obtenir des mesures de grandeurs physiques variés (densités d’électrons, d’atomes, de molécules, d’espèces excitées radiatives et métastables, températures, champ électrique, photons UV et X,…) résolues dans le temps, de quelques nanosecondes à plusieurs dizaines de microsecondes, et dans l’espace, de quelques centimètres. La modélisation de cette décharge est facilitée par l’utilisation d’un code numérique à maillage non structuré, intégrant dans un premier temps une équation d’énergie pour les électrons puis, dans un deuxième temps, une méthode de type « Particle In Cell » (PIC) pour suivre les électrons et les photons de haute énergie (< 50 keV). La modélisation de la post-décharge est également envisagée, s’appuyant sur des études de cinétique réactionnelle dans des décharges pré-ionisées. Elle doit aussi permettre d’appréhender le potentiel de la décharge à champ intense pour des applications environnementales toujours autant d’actualité comme le traitement ou la synthèse de gaz, ou des applications énergétiques comme le déclenchement de combustion ou le contrôle d’écoulement. En réalisant et en étudiant un réacteur de type multi-pointes / plan, le projet EXFIDIS cherchera alors à ouvrir la voie au développement de réacteurs « plasma » innovants et plus efficaces pour la dépollution de l’air. Un aboutissement du projet sera de proposer des solutions de mise en œuvre de réacteurs de grand volume utilisant des décharges à champ transitoire intense contrôlées.

Ce projet de recherche est consacré à l’étude de l’influence de contraintes résiduelles introduites par le procédé de grenaillage sur la durée de vie de disques de turbomachines aéronautiques, constitués de matériaux polycristallins du type superalliage sollicités dans une gamme de température comprise entre l'ambiante et 700°C. Les deux sources de contraintes résiduelles que nous souhaitons analyser finement sont les contraintes d'origine mécanique introduites lors du grenaillage de la surface des pièces, destiné à retarder l’amorçage des fissures sous sollicitation en fatigue, et celles d'origine thermique liées aux différences de dilatation thermique entre les phases gamma et gamma prime. Le programme de recherche s’appuie sur les connaissances acquises en France depuis les années 1980 sur l’alliage N18 lors de travaux de recherche et du processus de développement industriel de cet alliage. L’objectif du projet est d’analyser finement la relation entre les caractéristiques microstructurales de l’alliage biphasé gamma et gamma prime (taille de grains, taille des précipités), l’état de contrainte interne (micro et macrocontraintes) et la durée de vie sur un ensemble d’échantillons assez large pour dégager des tendances qui permettront de comprendre des mécanismes physiques élémentaires et de développer de nouveaux alliages plus résistants aux sollicitations thermo-mécaniques complexes qu'ils subissent durant leur service. Le point clé du projet concerne la détermination des contraintes résiduelles par diffraction des rayons X dans des alliages dont la taille de grain n'est ni petite, ni grande (50 et 100 micromètres envisagé ici). Les techniques de mesures ne sont pas standardisées et font appel à des méthodes expérimentales singulières en laboratoire et/ou dans les grands instruments (synchrotrons). Les différents niveaux de contrainte mesurés seront par ailleurs intégrés dans des modèles d’endommagement en fatigue permettant la prévision de la durée de vie de pièces de géométrie complexe. Ce travail de recherche est ambitieux car il se place aux limites de l'état de l'art et parce qu'il est basé sur une approche de type système impliquant des aspects de physique fondamentale, de métallurgie, d'ingénierie des matériaux, de mécanique et de modélisation, et enfin parce qu'il concerne des matériaux à forte valeur ajoutée, mis en œuvre dans un secteur industriel concurrentiel au niveau international. Le programme de recherche consiste à générer quatre types de microstructures sur des éprouvettes d'étude (2 tailles de grain et 2 microstructures intragranulaires) dont une partie sera grenaillée. Des essais mécaniques cycliques interrompus et menés jusqu'à rupture seront ensuite réalisés à 450°C et 650°C, l'objectif étant d'observer l'influence de la microstructure et de l'état de contrainte sur les courbes de durée de vie mais aussi de calibrer les modèles numériques de comportement et de durée de vie en fatigue associés à chaque type d'échantillon. En parallèle, des mesures par diffraction des rayons X en utilisant la méthode des "sin²?"et la méthode dite "monocristalline", seront mises en œuvre afin de déterminer l’état de contrainte initial dans l’épaisseur des différents types d'échantillons et de suivre l'évolution des différents profils en fonction du nombre de cycles lors des essais en température. Les mesures présentées ci-dessus seront complétées par des analyses microstructurales post mortem et in situ permettant notamment de caractériser finement le profil de grenaillage, les phases en présence, ainsi que le paysage associé de dislocations (utilisation de microscopes électroniques à balayage et à transmission instrumentés à chaud en plus des instruments de caractérisation conventionnels de la métallurgie).

Les propriétés uniques du graphène permettent d’envisager de nombreuses applications dans l'optique, la mécanique et l'électronique. Cependant, des défis doivent être relevés avant de pouvoir intégrer le graphène dans des dispositifs sophistiqués. Le graphène voit ses états électroniques fortement affectés par toute modification de sa surface: la présence de contaminants dégrade ses propriétés intrinsèques en modifiant localement le point de neutralité de charge ce qui induit une diffusion des porteurs de charge. Par conséquent, une brique technologique indispensable pour la fabrication des dispositifs à base de graphène est le nettoyage de sa surface (élimination sélective des contaminants). Mais il n'existe aujourd'hui aucune technologie fiable pour nettoyer le graphène sans l’endommager. Pour les applications nanoélectronique, un autre défi est d'ouvrir un gap dans la structure électronique du graphène. Ceci peut être réalisé soit en le dopant soit en le structurant en nano-ruban afin de générer un confinement latéral des porteurs. Dans les deux cas, bien que la preuve du concept ait été faite, les technologies développées à ce jour sont immatures et manquent de reproductibilité. Le but de ce projet est d’apporter une solution à ces problèmes en s’appuyant sur des nouvelles technologies plasma. Les plasmas sont universellement utilisés dans la fabrication des circuits intégrés. Par contre, leur utilisation pour le nettoyage et le dopage du graphène reste marginal car ils sont trop agressifs pour traiter des couches d’épaisseur atomique sans les endommager. Néanmoins, le développement récent de nouvelles sources à plasma dans les industries microélectroniques et photovoltaïque pourrait permettre de lever cette limitation. L'objectif de ce projet est d'évaluer 2 nouveaux réacteurs pour le nettoyage, le dopage et la gravure du graphène. Ils sont prometteurs car ils ont démontré des capacités remarquables pour le traitement de couches ultraminces en 2012. Nous envisageons d’utiliser des plasmas H2 pour le nettoyage du graphène tandis que des plasmas de Cl2, N2 et BCl3 sont intéressants pour son dopage. Pour permettre le développement rapide et efficace de ces nouveaux procédés, nous utiliserons la stratégie suivante: 1) utilisation de simulations de dynamique moléculaire (MD) pour prédire quels flux/énergie des particules du plasma sont requis pour obtenir l'effet désiré; 2) utilisation de diagnostics du plasma pour ajuster les conditions expérimentales à celle suggérées par la MD; 3) utilisation de techniques d’analyse de surface pour caractériser le graphène. Nous combinerons plusieurs techniques (XPS, Raman, XPEEM, nanosonde Auger, KFM) pour caractériser l’impact du plasma sur les propriétés chimiques et structurales du graphène ainsi que sur ses propriétés électroniques. De plus, nous proposons de fabriquer et de caractériser électriquement des dispositifs électroniques en graphène afin de valider l'efficacité des traitements plasma. Pour réussir ce projet notre force est de réunir 3 compétences complémentaires (dispositifs graphène/gravure plasma/caractérisation des surfaces) issues de 5 laboratoires spécialisés dans la nanoélectronique. Le LTM, LPP et LPICM sont experts dans la caractérisation et le développement de procédés plasma et disposent des 2 nouveaux réacteurs qui sont au cœur de ce projet. I-Néel possède une expertise dans la croissance de graphène par CVD et dans la fabrication/caractérisation des dispositifs électroniques en graphène. Le CEA-LETI, via la plate-forme de Nanocaractérisation de MINATEC, dispose d’un ensemble unique de bâtis ultra-vide interconnectés pour une caractérisation localisée complète des propriétés chimiques et électroniques du graphène. Cet outil sera utile pour développer et valider les procédés plasma. Ce projet devrait permettre le développement de nouvelles technologies de nettoyage et dopage du graphène qui seront utiles à la vaste communauté scientifique travaillant sur ce sujet.

L'électronique moléculaire, l'électronique de spin et le calcul quantique sont trois domaines majeurs de la nanoscience moderne. Le premier domaine a utilisé depuis plusieurs années des molécules afin de réaliser des dispositifs à molécule unique pour des applications potentielles en électronique. Le deuxième a été à l'origine d'une révolution en électronique où il était possible de manipuler le transport du spin électronique aboutissant à des effets gigantesques de magnéto-résistance. Enfin, le calcul quantique cherche à utiliser les propriétés quantiques de la matière : superposition et intrication d'états quantiques. L'objectif de ce projet est de marier les trois domaines pour faire émerger un nouveau : Electronique de Spin Moléculaire Quantique en utilisant entre autres des aimants moléculaires [1] comme composant de base des nouveaux dispositifs. Il s'agit de manipuler le spin et la charge d'une molécule unique ou d'une faible collection dans des dispositifs moléculaires. Un grand avantage des systèmes moléculaires est la faible contribution du couplage spin-orbite et des interactions hyperfines qui, en général, sont la cause principale de la décohérence du spin observée en transport à longue distance. Dans ce contexte, ce projet permet de jeter les fondations d'un domaine émergeant qui n'est pratiquement pas exploré à ce jour. Les objectifs principaux du projet concernent essentiellement la recherche fondamentale mais avec des applications en électronique et information quantique à moyen terme. Les partenaires du projet ont construit durant les 10 dernières années une expertise internationalement reconnue en magnétisme moléculaire à travers des collaborations dans le monde entier. Durant la dernière année, les partenaires ont déjà démontré les premiers résultats importants dans ce nouveau domaine [2-4]. Par exemple, nous avons fabriqué des vannes de spin uniquement à partir de matériaux moléculaires [2]. Un canal conducteur constitué d'un nanotube de carbone mono-paroi et contacté par des électrodes non-magnétiques est couplé latéralement à deux aimants moléculaires, ces derniers jouant le rôle de moments magnétiques localisés. La conductance à travers le nanotube peut être modulée grâce à l'application d'un champ magnétique externe, l'amplitude de la magnétoresistance pouvant atteindre 300% entre l'état où l'aimantation des molécules est complètement polarisée et celui où elle ne l'est pas. En utilisant un transistor à spin moléculaire, nous avons réalisé la lecture électronique d'un spin nucléaire individuel [3]. Nous avons pu montrer une durée de vie de plusieurs dizaines de secondes. Nous avons également fourni la première preuve expérimentale d'un fort couplage spin-phonon entre le spin d'une seule molécule et un résonateur à nanotube de carbone [4]. Nos résultats ouvrent des perspectives pour les dispositifs en électronique de spin avec de nouvelles propriétés quantiques, ce qui est l'objectif principal de ce projet. La tâche 1 concerne la synthèse, la caractérisation et le dépôt des molécules (conception de qubits doubles complexes moléculaires, caractérisation des propriétés physiques des nano-aimants moléculaires déposés sur une surface). La tâche t centrée sur la fabrication et la caractérisation des dispositifs moléculaires (spin-moléculaire transistor, vanne de spin moléculaire, résonateurs moléculaires hybrides, développement des bobines RF pour le contrôle de spin et de charge des dispositifs). La tâche 3 traite de la manipulation quantique des états de spin moléculaire (des opérations quantiques de base avec un qubit et avec deux qubits couplés). [1] L. Bogani, W. Wernsdorfer, Nature Mat. 7, 179 (2008). [2] M. Urdampilleta, S. Klyatskaya, M.-P. Cleuziou, M. Ruben, W. Wernsdorfer, Nature Mater. 10, 502-506 (2011). [3] R. Vincent, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, F. Balestro, Nature 488, 357 (2012). [4] M. Ganzhorn, S. Klyatskaya, M. Ruben, W. Wernsdorfer, , Nature Nanotech (Feb. 2013).

L’objectif du projet SiGeSPIN est de développer la spintronique dans le silicium et le germanium. La première étape consiste à injecter de façon efficace une population d’électrons polarisés en spin dans ces matériaux. Pour cela, une grosse partie de ce projet sera consacrée à l’étude détaillée des mécanismes microscopiques impliqués dans l’injection électrique de spins d’un matériau ferromagnétique dans un canal de silicium ou de germanium. Cette étude représente un véritable enjeu en science et ingénierie des surfaces puisque le transport de spins est entièrement déterminé par la présence ou non d’états d’interface, par la rugosité de surface et l’alignement des bandes électroniques entre le matériau ferromagnétique et le semi-conducteur. Seule une connaissance approfondie de ces paramètres nous permettra de contrôler l’injection de spins dans le silicium et le germanium et de proposer de nouveaux modèles de transport. Dans cette partie, nous utiliserons différentes techniques de croissance comme la pulvérisation cathodique et l’épitaxie par jets moléculaires ainsi que différentes barrières tunnel et matériaux ferromagnétiques (métaux et films de germanium dopés manganèse). Les différents paramètres d’interface seront déduits de mesures électriques et spectroscopiques de résonance paramagnétique électronique. Toutes les mesures électriques d’injection, détection et manipulation de spins seront effectuées sur des vannes de spin latérales fabriquées par lithographie optique et électronique. Un feedback constant entre croissance et caractérisation doit nous permettre de sélectionner le meilleur injecteur de spins dans Si, Ge. La deuxième partie de ce projet consiste à manipuler le signal de spin à température ambiante en modifiant la géométrie du canal, en appliquant un champ électrique ou des pulses radio-fréquences. Tout d’abord, en réduisant la taille du canal de conduction à des dimensions comparables à la longueur de diffusion de spin, nous chercherons à maximiser le signal électrique d'accumulation de spin. En particulier, nous étudierons le transport de spin unidimensionnel dans des nanofils de Si et Ge fabriqués par des méthodes "top-down" utilisant la lithographie électronique associée à une gravure réactive ou bien une implantation masquée de dopants, mais aussi par des méthodes "bottom-up" comme la croissance catalysée de type Vapor-Liquid-Solid (VLS). Grâce à l’utilisation de substrats de SOI (resp. GOI) nous appliquerons une tension de grille au canal de Si (resp. Ge) pour modifier le profil de bandes dans le semi-conducteur mais aussi induire la précession de spin par effet Rashba. Enfin, pour des temps de vie de spin suffisamment longs, le spin des électrons dans le canal de Si ou Ge pourra être manipulé à l'aide de pulses radio-fréquences.

Dans ce projet nous développerons un nouveau type de source laser hybride métal/semiconducteur exploitant les potentialités des modes Tamm optiques. Ces modes de surface mis en évidence récemment dans le domaine optique apparaissent à l’interface entre une couche métallique et un miroir de Bragg. Ils présentent de nombreux avantages qui pourront être exploités aussi bien pour la réalisation de sources photoniques que plasmoniques. En effet, du fait de leur nature hybride métal/diélectrique ils peuvent se coupler soit au mode optique dans le cône de lumière soit directement au plasmon de surface métal/air. Ils présentent par ailleurs des pertes plus faibles que les plasmons conventionnels et peuvent être contrôlés et confinés latéralement par une simple structuration de la couche métallique. Enfin cette dernière permet d’envisager l’injection électrique des structures pour la réalisation de sources photoniques ou plasmoniques intégrables. D’un point de vue fondamental cette étude s’insèrera dans une tendance générale de la plasmonique qui vise à rechercher des modes à pertes réduites tout en conservant les propriétés clés des plasmons (localisation spatiale, renforcement de l’émission spontanée, effet laser). Trois axes de recherches seront poursuivis en parallèle : • Le premier axe aura pour objectif final la réalisation d’une source laser confinée latéralement et injectée électriquement. Nous nous attacherons tout d’abord à la mise en évidence et à l’optimisation de l’effet laser sous pompage optique dans une structure à Tamm confinée par un disque métallique. L’amélioration des propriétés optiques de la structure du fait du confinement (facteur de qualité, facteur beta renforcé, seuil laser) sera étudiée expérimentalement et par des modélisations théoriques. Un design pour l’injection électrique de ces structures sera développé en parallèle. Dans un deuxième temps, le degré de liberté offert par la facilité de structuration du métal sera utilisé pour concevoir des géométries permettant un contrôle de la polarisation de l’émission, ou encore l’exploitation des modes de galerie présents dans ces structures. • Le deuxième objectif est de former une bande interdite dans la relation de dispersion du mode Tamm en structurant uniquement la couche métallique de manière périodique. Des cavités à cristaux photoniques seront réalisés dans le but d’augmenter le confinement du champ sans augmenter les pertes, de contrôler la directivité de l’émission et de réduire la taille des dispositifs. Cette approche s’appuie sur des procédés technologiques très bien maitrisés, et n’implique aucune dégradation de la couche active lors de la gravure (seul le métal est structuré). Des structures Tamm périodiques seront modélisées et caractérisées afin d’évaluer l’impact de cette structuration sur les propriétés d’émission du système, et d’aller vers une émission laser optimisée en terme de seuil et de directivité d’émission. • Enfin, nous exploiterons le caractère hybride métal/diélectrique des Tamm ainsi que leur compatibilité avec une excitation électrique pour la réalisation de sources à plasmons de surface. Deux directions seront poursuivies : le couplage Tamm/plasmon par réseau gravé sur le métal ou le couplage direct entre ces deux modes. Des modélisations et des caractérisations optiques seront mise en œuvre pour mettre en évidence et optimiser le couplage Tamm/plasmon dans ces deux configurations, afin dans un deuxième temps de l’exploiter pour la réalisation de sources à plasmons. La réalisation de ce projet permettra non seulement une meilleure compréhension des effets physiques associés à ces nouveaux modes à la frontière entre plasmon et photon, mais également d’ouvrir la voie d’une part au développement d’un nouveau type de structure laser dont les propriétés pourront être contrôlées par des techniques simples technologiquement, et d’autre part à des dispositifs permettant de transformer une excitation électrique en plasmon de surface.

La spintronique est basée sur le contrôle des courants de spin, qui permettent de porter et manipuler une information. Ainsi, les effets de Magnétorésistance Géante et Tunnel, qui sont utilisés dans divers types de dispositifs spintroniques comme les disques durs et les mémoires magnétiques de type MRAM, sont étroitement liés à la façon dont les courants de spin se propagent dans des hétéro-structures magnétiques. Au-delà des effets de magnétorésistance, les courants de spin peuvent également produire un couple sur l’aimantation, par effet de transfert de spin. Ils peuvent ainsi permettre de manipuler l’état magnétique de nano-objets, en utilisant seulement des courants électriques. Les acteurs majeurs dans le domaine des mémoires et des dispositifs spintroniques se livrent actuellement à une véritable course pour le développement industriel de dispositifs basés sur le transfert de spin, avec notamment d’importants programmes de R&D sur la SST-RAM, une MRAM basée sur l’écriture par transfert de spin (Samsung, Hitachi, IBM,…). L’ambition générale du projet SOspin est d’étudier et de maximiser les effets liés au couplage spin-orbite qui permettent de détecter et de générer des courants de spin. L’idée maîtresse est de contrôler les différentes sources de courants de spin, que l’on peut séparer en effets de volume (effet Hall de spin ou SHE) et effets d’interfaces (de type Rashba). Ces développements doivent permettre de réaliser des sources innovantes de courants de spin, utilisable notamment pour produire des couples de transfert de spin. Dans un premier temps, nous allons étudier la possibilité d’augmenter le SHE en utilisant des résultats obtenus sur un alliage à base d’Au. Nous avons récemment montré que lorsque le SHE est dominé par le mécanisme dit de « Side Jump », l’angle de Hall (et donc l’efficacité de l’effet) augmente avec la concentration en impureté. L’idée centrale est d’augmenter la concentration en impuretés jusqu'à la limite de solubilité du couple hôte – impureté, pour ainsi maximiser l’angle de Hall. Parallèlement, nous allons étudier des effets d’interface de type Rashba. Des résultats préliminaires sur le système Ag/Bi, que nous souhaitons étendrons au système Ag/Au, montrent qu’il existe un effet de conversion de courant de spin en courant de charge par effet Rashba inverse. La compréhension théorique de ce phénomène nous permettra d’étudier les systèmes de type Ta/Co et Pt/Co, constitués par une interface entre un matériau non magnétique et un matériau ferromagnétique. En effet, de très importants effets de transfert de spin ont été observés dans ces systèmes, mais l’origine de leur efficacité, qui peut être liée aux effets d’interface (Rashba) ou de volume (SHE), fait aujourd’hui l’objet d’un débat scientifique de premier plan dans notre communauté. Finalement, nous allons chercher à combiner ces deux effets (de volume et d’interface) pour maximiser la production de courant de spin et le transfert de spin. Pour la réalisation de ce projet, nous utiliserons différentes techniques de mesures complémentaires (statiques et dynamiques) afin de caractériser les courants de spin et les couples de transfert de spin produits. Nous réaliserons également des développements théoriques nécessaires à la compréhension et l’analyse de ces effets.

Ce projet est dédié à l’élaboration de nano-objets associant nanoparticules (NP) d’or et polymères thermosensibles, puis à l'analyse de la conversion énergétique de lumière en chaleur dans ces nano-hybrides et son application à des fins biomédicales. Les NP métalliques sous rayonnement électromagnétique ont en effet la capacité de se comporter comme des sources nanométriques de chaleur grâce à une succession d'échanges énergétiques internes. Ce processus de conversion est très efficace lorsque la fréquence du rayonnement lumineux correspond à la résonance de plasmon de surface (RPS) des NP qui permet une injection d’énergie optimale. Il peut être mis à profit dans divers domaines, en particulier pour la réalisation de fonctions optiques, chimiques ou biologiques. De plus, les propriétés optiques de NP peuvent être utilisées comme sondes des variations locales d’énergie thermique dans un milieu ou des modifications locales de la morphologie de ce dernier. Il est ainsi possible d’envisager des matériaux ou dispositifs dont la fonctionnalité est activée et contrôlée uniquement par la lumière. Nos nano-hybrides sont constitués de NP d’or sur lesquelles sont greffées des chaînes de polymère thermosensible. Ce type de polymère présente, en solution aqueuse, une transition de phase hydrophile-hydrophobe lorsque la température du solvant s’élève au-dessus d’une certaine valeur. Dans nos nano-hybrides, suite à l’absorption d’une impulsion lumineuse à la RPS, les NP s’échauffent puis la chaleur est transférée à travers leur surface vers la couronne polymérique, dont les chaînes s’effondrent autour des NP. Le caractère hydrophobe acquis par celles-ci lors de ce processus leur confère, d’une part, de bonnes propriétés d’adhésion cellulaire, et d’autre part favorise leur auto-agrégation en assemblages denses. Ce mécanisme permet donc de fixer un grand nombre de nanoparticules sur la membrane de cellules biologiques, à la suite de quoi il est possible de détruire ces cellules par nano-hyperthermie photo-induite. Le ciblage d’une tumeur puis sa régression peuvent donc être induits par son irradiation lumineuse. Nous souhaitons ainsi exploiter les propriétés photo-thermiques de nos nano-hybrides à des fins biomédicales. Les objectifs de ce projet s’articulent en quatre grands points. (1) Synthèse des nano-hybrides basés sur des NP d’or sphériques ou anisotropes. (2) Validation de la biocompatibilité de ces objets. (3) Détermination des caractéristiques de la conversion lumière-chaleur et du transfert thermique aux petites échelles, de leurs conséquences sur l’hydrophobicité des nano-objets et leur auto-assemblage. (4) Ciblage photo-induit de cellules tumorales in vitro puis in vivo par les nano-hybrides et optimisation d’un protocole optique séquencé pour la thérapie par hyperthermie locale. Pour cela, nous réunissons les compétences complémentaires de quatre partenaires : • Partenaire 1 : l’Ecole Centrale Paris, avec deux équipes spécialisées en nano-optique et nano-thermique, • Partenaire 2 : le Laboratoire de Chimie Physique (CNRS-Université Paris Sud) expert, pour le projet, en synthèse de nanoparticules métalliques et en biophysique, • Partenaire 3 : l’Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles (UPMC, Ville de Paris, CNRS) pour son expertise en synthèse de nano-hybrides particules métalliques-polymère, • Partenaire 4 : l’U728 (INSERM, Université Paris Diderot) possédant une expertise dans les modèles animaux et l’analyse des lésions cellulaires et tissulaires induites par la chaleur.

L’objectif de ce projet de 42 mois est de développer de nouveaux catalyseurs permettant le contrôle des propriétés électroniques des Nanotubes de Carbone dès l’étape de synthèse par des méthodes de Dépôt chimique en phase vapeur conventionnelles. Ceci permettra leur utilisation effective dans différents dispositifs électroniques, sans passer par une étape de tri. Ce projet se base sur une série de résultats expérimentaux récents obtenus par deux des partenaires (ICMMO et LPICM), qui indiquent très clairement que cet objectif est parfaitement réaliste sur la durée du projet. Un nouveau procédé, combinant chimie de surface et chimie de coordination, qui permet de synthétiser des nanoparticules, souvent bimétalliques, servant de catalyseur de taille et de composition bien contrôlée est à la base de ce projet. Le projet SYNAPSE se propose de combiner expériences et modélisation/simulation numérique pour améliorer la sélectivité de la synthèse vers un type de nanotube déterminé (métallique ou semi conducteur). Il s’attachera à comprendre les raisons de cette sélectivité dans le but d’améliorer les résultats préliminaires très encourageants obtenus. Dans ce but, une partie importante du travail expérimental sera consacrée à l’étude structurale des nanoparticules, des nanotubes et de leur relation, en utilisant une panoplie puissante de techniques d’investigation (HR-TEM, STEM, HREELS and XPS). Ces résultats seront corrélés avec les propriétés des nanotubes obtenus. Les mécanismes de croissance seront étudiés par simulation numérique. De nouveaux outils seront développés pour pouvoir simuler les catalyseurs bimétalliques dont l’utilisation semble cruciale pour la synthèse de nanotubes à propriétés spécifiques. Ce projet contribuera ainsi à éliminer l’un des obstacles majeurs vers une utilisation à grande échelle des nanotubes de carbones dans diverses applications en micro/nano électronique.

Les cellules germinales (CG) sont essentielles chez les espèces sexuées car elles assurent le maintien de l’espèce et la transmission du patrimoine génétique à la génération suivante. Afin de garantir ce rôle, les CG doivent être en mesure de se diviser pour maintenir une population de cellules souches tout en produisant des CG capable de se différencier jusqu’au stade de gamètes. Pour cela elles doivent aussi être capables de réaliser la méiose, étape indispensable à la division de moitié du patrimoine génétique. Nos connaissances sur l’initiation de la méiose ont beaucoup progressé ces dernières années avec l’accumulation d’indices tendant à assigner un rôle clé à l’acide rétinoïque (AR) dans ce processus, même si les mécanismes moléculaires sous-jacents restent peu connus. Cependant, le concept que l’AR est le facteur induisant la méiose vient d’être remis en question récemment. Enfin, la plupart des connaissances accumulées jusqu’alors dérive du modèle murin qui présente des divergences notables lors des processus de différenciation des CG en comparaison à d’autres modèles mammifères, homme compris. C’est dans ce contexte que le projet ARGONADS propose d’élucider les mécanismes impliqués dans le devenir des CG, et leurs conservations chez différents mammifères. Concernant les CG mâles chez la souris, nous avons démontré que les récepteurs de l’AR sont exprimés dans les spermatogonies au cours de leur phase d’amplification mitotique (les spermatogonies A alignées, indifférenciées), stade précédent leur sortie de l’état « souche ». Conséquemment, une carence en vitamine A (précurseur de l’AR), ou une ablation des gènes impliqués dans la synthèse de l’AR, se traduisent par une accumulation de ces CG indifférenciées dans les testicules après la naissance. Nous avons identifié les quelques gènes contrôlés par l’AR concomitamment à la différenciation des CG. Concernant les CG femelles chez la souris, nous avons montré l’implication de la voie Wnt/béta-caténine (CTNNB1) au cours de la période d’amplification et d’initiation de méiose dans l’ovaire fœtal. Selon le modèle de conservation parcimonieuse, il serait logique que les mécanismes impliqués dans le destin des CG soient identiques dans les deux sexes. De ce fait, le projet ARGONADS propose de tester si (i) l’AR joue, comme dans la gonade mâle, un rôle dans la différenciation des GC dans la gonade femelle ; et (ii) réciproquement, la voie CTNNB1 joue un rôle dans la prolifération des GC et l’initiation de la méiose dans la gonade mâle, comme dans la gonade femelle. Dans la mesure où le paradigme que l’AR est un acteur majeur de la méiose a été remis en cause en 2011, nous proposons aussi de mettre à profit la collection unique de modèles génétiques dont nous disposons et la complémentarité de nos expertises respectives pour réévaluer le rôle orchestré par l’AR, et sa conservation entre espèces, dans l’engagement de la méiose par les GC. Le but d’ARGONADS est donc de déterminer/réévaluer, dans un contexte physiologique in vivo, le rôle joué par l’AR et CTNNB1 dans les différentes étapes de la différenciation des CG, conduisant de leur sortie de l’état « souche » à leur division méiotique. Ces processus seront étudiés non seulement chez la souris mais également chez le lapin, une espèce à méiose « retardée » comme l’espèce humaine et la grande majorité des mammifères. Pour atteindre ce but, ARGONADS combine différentes approches innovantes telles que la mutagénèse conditionnelle, la cartographie du devenir cellulaire, le séquençage à haut débit (transcriptome) et la purification de protéines par affinité suivi de leur identification par spectrométrie de masse. Comprendre les signaux qui déterminent le devenir des CG est une étape indispensable avant d’envisager de futures applications cliniques utilisant l’insoupçonnable potentiel de ce type cellulaire en médecine régénérative.

Le microbiote intestinal est composé de bactéries en grande quantité et en grande diversité (les Bacteroidetes et Firmicutes sont les phyla prédominant) et également de d’autres microorganismes comme les levures. Chez l’homme, les interactions entre les microorganismes commensaux et les cellules de l’hôte jouent un rôle bénéfique dans le métabolisme et la défense de l’hôte. Le microbiote intestinal est notamment capable de réguler la virulence de bactéries intestinales pathogènes, dont Citrobacter rodentium. Cependant, tous les commensaux ne sont pas capables de maintenir l’immunité intestinale quiescente et protectrice. La compréhension des processus impliqués et de leurs mécanismes est donc nécessaire. Le gène nucleotide-binding oligomerization domain containing protein 2 (Nod2) est fortement suspecté de jouer un rôle décisif mais complexe dans le maintien de la tolérance vis-à-vis du microbiote et dans la défense de l’hôte, via deux protéines adaptatrices, Ripk2 et Card9. De manière intéressante, des variants genetiques de Nod2 et Card9 ont été associés avec la maladie de Crohn (MC). Plus récemment, des données fonctionnelles ont montrés le rôle clé de Nod2 dans l’apparition d’une dysbiose prédisposant à l’inflammation intestinale (Couturier-Maillard, et al JCI 2013). Plus important, l’inactivation génétique de Nod2 (données préliminaires du Partner 2) ou de Card9 (données préliminaires du Partner 1, en révision pour publication potentielle dans Gastroenterology) induit une réponse anormale contre C. rodentium. Etant donné ce contexte, le modèle de colite induit par C. rodentium est d’un grand intérêt car la réponse approprié à ce pathogène intestinal nécessite de nombreux processus biologiques impliqués dans le maintient de l’homéostasie intestinale et qui sont altérés dans la MC. Cependant, les mécanismes cellulaires et moléculaires par lesquels Nod2 et/ou Card9 pourraient contrôler la virulence de ce pathogène en modelant un microbiote non permissif n’ont pas encore été investigués. A travers une approche multidisciplinaire, l’objectif principal de notre projet est donc de déchiffrer les mécanismes dépendants et indépendants du microbiote par lesquels la virulence de pathogènes intestinaux est régulée. Pour atteindre notre objectif, nous avons élaboré une approche intégrée “microbiote/immunologie” utilisant des animaux gnotoxeniques, la technologie cre-lox, le séquençage à haut débit, et des modèles statistiques multidimensionnels pour déchiffrer la balance dynamique établie entre le microbiote et le système immunitaire de l’hôte. Nous utiliserions notamment des modèles transgéniques de microbiotes dysbiotiques (souris invalidées pour Nod2 et Card9) et C. rodentium comme modèle expérimental de pathogène intestinal. Alors que la plupart des études sur le sujet jusqu’à présent ont analysées soit le microbiote intestinal soit la réponse de l’hôte, notre stratégie ambitieuse repose sur l’analyse concomitante du microbiote (bactérien, mais aussi fongique) et de l’hôte. Dans son ensemble, notre projet est hautement innovant car il explorera le dialogue hôte-microbiote dans une nouvelle dimension en intégrant la réponse spatio-temporelle de l’hôte via la combinaison de technologies modernes telles que des souris génétiquement modifiées et gnotoxeniques, la transcriptomique, le séquençage à haut débit et la biologie des systèmes. Déchiffrer les interactions complexes entre le microbiote intestinal et son hôte améliorera notre compréhension de la pathogenèse des nombreuses maladies humaines pour lesquelles le microbiote a été identifié comme un acteur principal (incluant les maladies inflammatoires chroniques de l’intestin, la polyarthrite rhumatoïde, la sclérose en plaque, le diabète de type 1, l’obésité et la stéato-hépatite non-alcoolique) et fera découvrir de nouvelles cibles thérapeutiques.

Le cytosquelette est constitué de trois réseaux (les microtubules, les microfilaments et les filaments intermédiaires), interagissant directement ou indirectement par l'intermédiaire de protéines associées. Il joue un rôle central dans la génération et la transmission des forces mécaniques à travers la cellule. Dans le muscle, il est bien établi que les filaments intermédiaires (FI) de desmine sont essentiels pour le maintien de l'intégrité cellulaire en réponse au stress mécanique. En particulier, l'équipe de P. Vicart a identifié des mutations dans le gène de la desmine à l'origine des desminopathies, des myopathies squelettique et cardiaque conduisant à une faiblesse musculaire lentement progressive et des troubles cardiaques, associée à la formation d'agrégats contenant la desmine. La stimulation mécanique joue probablement un rôle dans l'apparition de la maladie, car les patients les plus sportifs présentent des symptômes sevères à un âge plus précoce. Les différents mutants de desmine ont déjà été étudiés dans des lignées cellulaires pour leur capacité à former ou non un réseau avec ou sans formation d'agrégats. Cependant, la contribution du réseau de FI dans le comportement des cellules musculaires en présence d'une contrainte mécanique demeure largement inconnue. Dans ce contexte, notre projet vise à déterminer si les propriétés mécaniques des cellules musculaires (myoblastes, myotubes et fibres musculaires) et leur réponse aux stimulations mécaniques sont altérées par des mutations de la desmine associées à des desminopathies. Nous allons développer deux aspects complémentaires: i) la caractérisation des propriétés mécaniques des cellules musculaires, dans des contextes normaux et pathologiques, ii) évaluer les effets du stress mécanique sur les filaments de desmine et des voies de signalisation associées. Cette approche nécessite une étroite collaboration entre biologistes (l'équipe de P. Vicart) et biophysiciens (l'équipe de S. Hénon, et l' équipe de F. Briki). Nous allons utiliser des outils dédiés à la micromécanique et à la génération de stress, soit sur une population de cellules, ou sur cellules uniques (myoblastes, myotubes ou myofibrilles): d'une part, l'équipe de S. Hénon a mis au point des approches expérimentales permettent de quantifier la déformabilité cellulaire sous contrainte (rhéologie) et de mesurer les forces développées par la cellule (contractilité cellulaire), en appliquant une contrainte mécanique contrôlée à une cellule soit localement (pinces optiques et magnétiques) ou globalement (rhéomètre sur cellule unique); d'autre part, l'appareil de traction développé par l'équipe de F. Briki permet d'appliquer des étirements périodiques ou croissants sur une population de cellules. A l'aide de cesoutils spécifiques, nous caractériserons les propriétés mécaniques des cellules, l'altération morphologie cellulaire sous stimulation mécanique, la formation d'agrégats et l'activation des voies de signalisation, des cellules exprimant la desmine de type sauvage ou mutants pathogènes développées dans l'équipe de P. Vicart. De plus, nous pourrons à terme envisager de tester dans nos système l'effet anti-aggrégatif de diverses molécules d'intérêt en réponse au stress mécanique. Notre projet vise à mettre en évidence la fonction desmine dans la réponse des cellules musculaires à des contraintes mécaniques, et nous fournira une meilleure compréhension des événements moléculaires et cellulaires conduisant à une myopathie myofibrillaire.

Les sites fragiles communs (SFC) sont des loci de plusieurs mégabases mis en évidence par la cytogénétique conventionnelle comme des régions chromosomiques prédisposées aux cassures dans des cellules soumises à un stress réplicatif. L'intérêt pour les SFC vient de leur rôle clef dans la genèse de dommages de l'ADN et des réarrangements chromosomiques qui en découlent. L’instabilité des SFS a notamment été corrélée à l’apparition de certaines maladies neurologiques et à celle de réarrangements chromosomiques pendant la progression tumorale. Leur instabilité pourrait aussi participer à l’évolution des chromosomes entre espèces. Nous avons montré récemment que l'instabilité des SFC majeurs résulte de leur pauvreté en évènements d'initiation qui laisse ces sites incomplètement répliqués suite à un ralentissement des fourches de réplication. Diverses études ont maintenant établi que le programme de réplication est dépendant du type tissulaire, ce qui explique nos résultats montrant que la carte des SFC diffère selon les types cellulaires. De plus, les données disponibles montrent qu'au moins 80% des SFC sont co-localisés avec de très grands gènes mais nous n'avons trouvé aucune corrélation entre l'instabilité et l'état transcriptionnel. Cette association très étroite plaide cependant en faveur d'un rôle causal de la présence de ces gènes dans la fragilité. Nous proposons que l'établissement des SFC dépende de grands domaines chromatiniens mis en place par l’association dépendante de tissu d’éléments régulateurs de la transcription, comme les insulateurs, les promoteurs et les séquences stimulatrices (enhancers) des gènes associés. Pour vérifier cette hypothèse, nous nous proposons de (i) cartographier les domaines chromatiniens renfermant des grands gènes associés à des CFS dans les différents types cellulaires chez lesquels nous avons cartographié ces sites, (ii) déterminer si ces domaines correspondent à des boucles de chromatine, (iii) rechercher des éléments, tels que des régulateurs de la transcription, qui pourraient marquer les frontières entre domaines et/ou boucles de chromatine, (iv) manipuler ces éléments pour confirmer leur rôle dans l'établissement et l'organisation tridimensionnelle des domaines chromatiniens, et élucider leur fonction moléculaire. Nous aborderons ces questions en utilisant les ensembles de données pan-génomiques disponibles, une combinaison de modèles cellulaires et de nouveaux outils nous permettant de réorganiser les domaines chromatiniens. Ainsi, nous pensons obtenir une vision mécanistique approfondie de la façon dont la chorégraphie de régulateurs transcriptionnels impacte le programme de réplication, et, en conséquence, l'établissement des SFC dans les différents types cellulaires.

Les produits naturels (PN), désignés sous le terme de métabolites secondaires, sont des composés chimiques de faible poids moléculaire produits par des organismes vivants et possédant des activités biologiques ou pharmacologiques. Ils sont une source majeure de molécules thérapeutiques, constituent des sondes biologiques permettant de mieux appréhender les fonctions cellulaires et sont source d’inspiration[p1] dans le domaine de la chimique analytique et de synthèse. Les enzymes responsables de leur synthèse peuvent également avoir des applications en chimie verte. Une part importante des PN est produite par des microorganismes et les avancées en génomique ont révélé qu’un nombre important de PN reste à découvrir. Un microrgansime connu pour produire un nombre limité de PN a en fait la capacité d’en synthétiser un grand nombre. C'est notamment le cas chez les bactéries du genre Streptomyces, largement utilisées pour la production de métabolites secondaires. De ce fait, des efforts considérables sont actuellement fournis pour accéder aux 90% de molécules "cryptiques", c’est-à-dire non synthétisées en condition de laboratoire. La majorité des approches repose sur le séquençage des génomes de nombreuses espèces et l’identification des clusters par similarité avec les gènes de biosynthèse connus. Bien que ces méthodes aient démontré leur efficacité pour la découverte de nouveaux métabolites, les données publiées et nos résultats préliminaires indiquent que la synthèse de certains PN est dirigé des groupes de gènes que ne parviennent pas à détecter les méthodes basées sur la recherche d’homologues. Nous proposons donc de développer une méthode pour découvrir de tels groupes de gènes en se basant sur la détection d’îlots génomiques (IG) présents dans des souches apparentées. En effet, il a été observé que de tels îlots étaient souvent enrichis en gènes du métabolisme secondaire. Une fois les IG identifiés, l’étape suivante consiste à établir un lien entre ces îlots et les PN isolés par métabolomique (analyses LC-MS) ou par la détection de leurs activités biologiques. Les nouveaux groupes de gènes peuvent par la suite être caractérisés et les voies de biosynthèse élucidées. Afin de démontrer la validité de notre approche, nous l’appliquerons à trois souches de Streptomyces ambofaciens (S. ambofaciens ATCC23877, DSM40697 et M1013) pour lesquelles des séquences génomiques complètes (ATCC23877) ou partielles (DSM40697 ou M1013) sont disponibles. Dans un premier temps, nous nous concentrerons sur la souche ATCC23877 pour laquelle nous disposons de données préliminaires. En effet, le métabolisme secondaire de cette souche est étudié par les partenaires 1 et 2 depuis plusieurs années. Ils ont identifié les groupes de gènes de biosynthèse de NP détectables par recherche d’homologie et ont caractérisé plusieurs métabolites produits par la souche : les antibiotiques spiramycine, congocidine et kinamycine, ainsi qu’un nouveau macrolide possédant des propriétés antiprolifératives prometteuses, la stambomycine. Une souche ne produisant plus ces molécules a été construite. Par ailleurs, les partenaires 1 et 2 ont identifié plusieurs composés dont la synthèse n’a pu être reliée à l’un des groupes de gènes de NP identifiés par recherche d’homologie. Enfin, une comparaison du génome de la souche ATCC23877 avec celui de l’espèce proche Streptomyces coelicolor a permis l’identification de certains IG et un lien a pu être établi entre un IG et un des composés isolés. La démarche proposée est donc valide, et garantit les meilleures chances de succès au projet. En conclusion, ce projet devrait permettre de valider une méthode innovante d’identification de nouveaux clusters de gènes de NP et de leur produit, méthode qui sera transposable pour l’exploration d’autres génomes bactériens. Il contribuera à la caractérisation de nouveaux PN, de nouveaux groupes de gènes et éventuellement de nouvelles familles de gènes /enzymes.

De nombreux travaux théoriques ont montré que la virulence des maladies devrait augmenter en conditions d’infections multiples. En particulier, une certaine plasticité devrait pouvoir évoluer pour adapter le niveau de virulence aux conditions locales d’infections multiples et d’apparentement. Les raffinements théoriques suggèrent cependant que le niveau de la virulence dépend de la nature de la compétition dans l'hôte, ainsi que du degré d’apparentement entre les parasites en compétition. Par exemple, les infections multiples peuvent diminuer la virulence totale pour l’hôte, quand il existe de l’interférence entre individus par inhibition compétitive. Cette inhibition devrait être d’autant plus faible que les individus parasites au sein d’un hôte sont apparentés. Jusqu'ici, très peu de données sont disponibles pour tester ces prévisions théoriques, en particulier concernant l’influence du degré d’apparentement entre les parasites en compétition. Ici nous proposons un ensemble d'expériences dans ce cadre, en serre ou dans des populations expérimentales, en utilisant trois associations d’hôtes-parasites différentes: Hyaloperonospora, un parasite oomycète d'Arabidopsis thaliana, Microbotryum, basidiomycète responsable de la maladie du charbon des anthères des Caryophyllaceae, et Cryphonectria, ascomycète responsable de la maladie du chancre du châtaignier, qui est lui-même est parasité par un virus responsable d’hypovirulence. Ces trois associations sont des systèmes modèles pour lesquels une batterie d’outils génétiques est disponible. Toutes présentent des infections multiples dans les populations naturelles et toutes sont bien adaptées à ce genre d’expériences. Nous effectuerons des inoculations expérimentales avec des mélanges de souches et nous suivrons la dynamique des infections multiples pour déterminer si les différents génotypes de parasite peuvent coexister sur le long terme. Nous comparerons la virulence mesurée en infections simples versus multiples, et en particulier pour des infections multiples qui varient pour le degré d’apparentement entre parasites, pour déterminer s’il existe une plasticité de la réponse des parasites au degré de compétition et d’apparentement dans l’hôte, et/ou s’il existe de l’interférence. Il est important d’obtenir des tels résultats expérimentaux car le rôle de l’apparentement dans l’évolution de la virulence de certains pathogènes est actuellement l'objet d'une certaine polémique. Nous souhaitons contribuer à élucider ce problème, en obtenant des données sur la façon dont les parasites apparentés interagissent, en comparaison avec des non apparentés. En dépit des différences biologiques de nos systèmes, la plupart de nos questions pourront être abordées dans les trois systèmes. Ce travail devrait aider à comprendre les effets de la compétition entre parasites dans les hôtes, et en particulier entre génotypes plus ou moins apparentés. Nos résultats aideront à concevoir des programmes de gestion des pathogènes qui prennent en compte les effets à long terme de ces actions sur la compétition et donc sur la virulence. Notre projet est un projet de recherche fondamentale qui a néanmoins des implications importantes pour la santé publique, l’agronomie et la gestion des forêts.

La ghréline est une hormone peptidique aux effets biologiques pleïotropes. A côté de sa fonction orexigène, elle influence de nombreuses voies neuroendocriniennes, extraendocriniennes et métaboliques. Elle contrôle aussi les mécanismes neurobiologiques qui sous-tendent différentes formes de comportements addictifs tels que la consommation compulsive de nourriture et l’addiction aux drogues et à l’alcool. L'ensemble des effets induits par la ghréline résulte de sa liaison à un récepteur membranaire, le GHS-R1a, qui appartient à la famille des récepteurs couplés aux protéines G (RCPG). Du fait des effets biologiques multiples de la ghréline, le GHS-R1a est une cible privilégiée pour le développement de molécules à visée thérapeutique avec des applications potentielles dans le traitement de la cachexie, de l'obésité, du diabète ou de l'addiction. La diversité des effets biologiques induits par la ghréline trouve son origine dans la multiplicité des voies de signalisation pouvant être activées par son récepteur. En effet, le GHS-R1a, comme la plupart des RCPG, peut engager plusieurs partenaires intracellulaires pour orchestrer une signalisation dépendante ou indépendant des protéines G. La dimension plurielle de l’efficacité de signalisation du GHS-R1a offre de nouvelles opportunités pour le développement de médicaments qui cibleraient sélectivement les voies de signalisation importantes pour leur action thérapeutique et présenteraient, de ce fait, une efficacité accrue et des effets indésirables réduits. Cependant, la conception de ces molécules de nouvelle génération reste limitée par une connaissance incomplète de la nature des déterminants moléculaires responsables de la sélectivité de signalisation. Le modèle actuellement proposé pour rendre compte de la plasticité fonctionnelle des RCPG suppose que ces récepteurs oscillent entre plusieurs conformations qui présenteraient plus ou moins d’affinité pour les diverses voies de signalisation. La stabilisation de ces conformations nécessiterait les contraintes allostériques fournies à la fois par la liaison du ligand et les protéines de signalisation. Nous proposons ici d'apporter une démonstration expérimentale à ce modèle dans le cas du récepteur de la ghréline. Une telle analyse demande la mise en place de stratégies expérimentales élaborées. En effet, seule la combinaison de plusieurs méthodes biophysiques avec des résolutions spatiales et temporelles variées et complémentaires pourra apporter une description complète de l'espace conformationnels que peut explorer un récepteur. Nous mettrons donc en œuvre une approche multidisciplinaire inédite associant les techniques de chimie, de biochimie, de biophysique en solution et de cristallographie. La dynamique conformationelle sera ainsi explorée en combinant la fluorescence en molécule unique et la RMN en solution. Ces techniques seront appliquées au GHS-R1a purifié et reconstitué dans un environnement membranaire modèle, les nanodisques lipidiques, en absence et en présence de ligands de nature pharmacologique variée et des différentes protéines de signalisation purifiées (protéines G, arrestines, GRKs, µ-AP2). En parallèle, nous chercherons à déterminer, par cristallographie aux rayons X, la structure du récepteur de la ghréline stabilisé dans sa conformation inactive par le antagonistes et/ou agonistes inverses originaux dont nous disposons. Associée aux méthodes de modélisation moléculaires que nous mettrons en œuvre pour prédire les variations de la structure du GHS-R1a le long de son chemin d'activation, cette étude par radiocristallographie devrait nous permettre de replacer les observations de dynamique dans un contexte structural précis. L'ensemble de ces travaux apportera ainsi une description détaillée des évènements moléculaires reliant la stabilisation d’une conformation particulière du récepteur à l'activation sélective d'une voie de signalisation et, par conséquent, à la sélection d’une réponse biologique.

La surexpression du récepteur ErbB2 entraine l’activation constitutive de voies de signalisation associées à son activité tyrosine kinase. Plusieurs études ont montré qu’ErbB2 était capable d’induire plusieurs des caractéristiques des cellules cancéreuses, dont la prolifération, la résistance à l’apoptose et l’augmentation de la mobilité cellulaire. Les études précédentes se sont concentrées sur les domaines extracellulaires et transmembranaires de la protéine et ont en conduit à la mise en place d’une thérapie efficace contre le cancer du sein. Cependant, seuls 30% des tumeurs répondent au traitement au trastuzumab, et celles qui y sont sensibles deviennent résistantes au bout de trois ans de traitement. Notre objectif est ici de se concentrer sur le domaine cytoplasmique C-terminal de ErbB2 (CtErbB2), dont l’implication dans les processus de signalisation est avérée mais mal comprise. L’un des chalenges relevé dans ce projet est de caractériser en détail la structure et la dynamique d’une large domaine intrinsèquement déplié libre et lié à certains de ses partenaires. Nous analyserons plus particulièrement l’impact des prolines, qui sont sur représentées dans la séquence, sur la structure, la dynamique et la fonction du domaine. Une approche pluridisciplinaire combinant la biologie structurale (principalement la RMN, mais aussi le SAXS, la modélisation, et des approches biophysiques) et la biologie cellulaire sera à la base du projet. Les très nombreuses connaissances biologiques sur les interactions impliquant ErbB2, trouvées dans la littérature, et l’accès à des tests biologiques in vivo de prolifération et de migration cellulaires permettront d’intégrer les données structurales dans un contexte biologique bien établi. Le succès de cette approche multidisciplinaire repose sur une forte complémentarité et une coordination efficace entre trois équipes recouvrant les domaines de la biologie cellulaire, de la biophysique et de la RMN structurale. Les responsables de ces trois équipes sont hautement qualifiés et experts dans la signalisation associée à ErbB2, la caractérisation biophysique et la structure de complexes macromoléculaires et enfin la RMN des protéines intrinsèquement désordonnées. Afin d’atteindre les objectifs fixés, le projet est décomposé en cinq parties. Les tâches 1 et 2 cibleront des études structurales de complexes formés entre de petits peptides dérivés du domaine C-terminal d’ErbB2 et des modules de fixation de protéines associées à ce domaine non-structuré. Les objectifs de cette partie du projet étant i) d’identifier les spécificités de ces partenaires modulaires pour les différentes phosphotyrosines afin d’en déterminer leur importance et la nécessité d’une telle redondance, ii) de mettre en évidence l’importance des résidus proline dans les processus de reconnaissance et dans la flexibilité de ce domaine. Les tâches 3 et 4 portent sur l’analyse de l’influence de la liaison des différentes protéines à plus longue distance le long de tout le domaine C-terminal de ErbB2. Le but est de s’attaquer à l’analyse de la coopérativité et de l’affinité globale des interactions impliquant plusieurs sites ou plusieurs modules de fixation. Enfin, la tâche 5 se consacrera à une étude cellulaire de mutants du domaine C-terminal et sera conduite en parallèle et en étroite interaction avec les tâches 1 à 4. L’influence de ces mutations sur la fixation des protéines adaptatrices, sur les voies de signalisation et sur les fonctions cellulaires telles que la prolifération cellulaire ou la migration cellulaire sera alors établie. L’ensemble de nos travaux devrait aboutir à un modèle structural intégré des complexes formés par le domaine C-terminal d’ErbB2.

La mitochondrie est le site majeur de l’assemblage des centres fer-soufre (Fe-S) nécessaire à la maturation des protéines Fe-S mitochondriales, cytosoliques et nucléaires. Chez les mammifères, ces protéines sont impliquées dans de nombreuses fonctions biologiques, incluant la respiration oxydative, la synthèse et la réparation de l’ADN et la régulation de l’expression des gènes. Un défaut d’assemblage des centres Fe-S conduit à des pathologies sévères (myopathies, ataxies, anémies et encéphalopathie infantile). Récemment, une petite protéine mitochondriale, appelée mitoNEET dont la fonction reste à ce jour inconnue, a été identifiée comme étant la première protéine à centre Fe-S localisée à la membrane externe mitochondriale. Sa localisation et la liaison labile de son centre Fe-S particulier lié à trois cystéines et une histidine, en font le candidat idéal pour participer au transfert des centres Fe-S hors de la mitochondrie et ainsi maturer les protéines Fe-S extra-mitochondriales. Nos données préliminaires corroborent cette hypothèse en montrant une implication de mitoNEET dans la maturation de l’Iron Regulatory Protein-1 (IRP1), une protéine cytosolique à centre Fe-S qui contrôle l’homéostasie du fer intracellulaire. De plus, il a été identifiée comme une nouvelle cible de la pioglitazone, un antidiabétique de la famille des thiazolidinediones. Cette classe de molécules exerce un effet stimulant sur l’activité de l’insuline par des mécanismes encore mal connus. Des premières études suggèrent que la pioglitazone stabilise le centre Fe-S de mitoNEET, impliquant une action directe sur mitoNEET. Ce projet vise (i) - à préciser la fonction de mitoNEET dans l’assemblage des protéines Fe-S extra-mitochondriales et, en aval, sur le métabolisme du fer intracellulaire régulé par l’IRP1, par des approches de perte de fonction, allant de la cellule à l’animal, (ii) - à caractériser la fonction de mitoNEET dans un processus de transfert de Fe-S vers des accepteurs physiologiques, en particulier l’IRP1 et (iii) - à définir le mécanisme d’action de la pioglitazone sur la stabilisation du centre Fe-S de mitoNEET. Les deux dernières parties du projet se feront par des approches de biophysique, impliquant spectroscopies RMN, Raman et Mössbauer, et par des approches de biologie moléculaire et cellulaire pour valider l’approche in vitro dans un contexte physiologique.

Les canaux ioniques activés par les ligands (LGICs) sont des acteurs majeurs de l’excitabilité cellulaire, de la communication neuronale et de la computation dans le cerveau. Cependant, ces protéines membranaires intégrales sont difficiles à produire et à manipuler au plan biochimique, et les mécanismes moléculaires sous-tendant leur fonction restent mal connus. Alors que la structure tridimensionnelle des classes majeures de LGICs a été résolue par cristallographie des rayons X, il reste à comprendre comment les LGICs effectuent la transduction du signal et notamment comment les neurotransmetteurs provoquent l’ouverture de leur canal. Notre projet porte sur les LGICs pentamériques (pLGICs) qui assurent la neurotransmission dans le cerveau par l’acétylcholine, la sérotonine, le GABA et la glycine. Ces récepteurs constituent des cibles thérapeutiques majeures, notamment pour les anxiolytiques, les sédatifs, les anesthésiques généraux, les facilitateurs cognitifs, le neuroprotectants (maladies d’Alzheimer et de parkinson) et les composés anti-tabac. Dans les dernières années, nous avons été à l’avant garde de la recherche sur ces protéines avec la découverte d’homologues bactériens des pLGICs, ouvrant la voie à la résolution structurale de leur conformation active ainsi qu’à l’identification des sites de liaison pour les anesthésiques généraux et pour l’éthanol. Nous cherchons maintenant à surmonter le défit suivant : comprendre les mécanismes moléculaires de l’activation et de la désensibilisation. En effet, les pLGICs sont des protéines allostériques en constante interconversion entre différentes conformations, un état de repos, un état actif caractérisé par un canal ouvert, et un ou plusieurs états désensibilisés. Dans ce but, nous focaliserons notre étude sur un homologue bactérien issu de la cyanobactérie Gloeobacter violaceus nommé GLIC. Nous utiliserons GLIC comme un prototype de l’ensemble de la superfamille des pLGICs. Nous avons une connaissance approfondie de cette protéine, et nous avons notamment montré qu’elle fonctionnait comme un canal activé par les protons. Nous avons par ailleurs résolu sa structure dans deux conformations à des résolutions jamais égalées parmi les pLGICs. Nous proposons de développer une approche multidisciplinaire large. Nous effectuerons une recherche extensive de ligands et de mutations stabilisant les différentes conformations allostériques de GLIC, en combinant synthèse chimique, mutagénèse dirigée, résonance plasmonique de surface et électrophysiologie. Nous ferons également de l’ingénierie pour générer de novo des sites de modulations au zinc et aux acides aminés. Les mutants de GLIC et les complexes GLIC-ligands sélectionnés seront engagés dans des expériences cristallisation pour la résolution de nouvelles conformations. En retour, la contribution de ces nouvelles conformations au fonctionnement de la protéine sera explorée par le marquage de GLIC par des rapporteurs conformationnels fluorescents. Des expériences à l’équilibre et résolus en temps sur GLIC reconstitué en liposome permettront d’assigner des conformations cristallographiques à des état allostériques, qu’il soient de repos, actifs, désensibilisés, ou même intermédiaires. Enfin, les mécanismes moléculaires sous-tendant les réorganisations allostériques seront explorés par des simulations de dynamique moléculaire sur GLIC inséré dans une membrane lipidique explicite. Notre approche vise donc à comprendre les mécanismes fondamentaux de la transduction du signal opéré par les pLGICs. Cette connaissance permettra l’identification de nouveaux sites de liaison potentiels, ainsi que leur réorganisation lors de l’activation et de la désensibilisation, ouvrant la voie à la conception de nouvelles classes de médicaments ciblant ces récepteurs du cerveau.

Le concept de la DOHaD (Origines Développementales de la Santé et des Maladies) est basé sur le fait sue des stress exogènes durant la période de développement peuvent altérer le développement foetal et augmenter le risqué de développer des maladies non transmissibles chez l'enfant et l'adulte. Les altérations des marques épigénétiques sont l'un des mécanismes par lesquels ces stress peuvent avoir un impact à long terme. A l'heure actuelle, les recherches chez l'animal ont été surtout focalisées sur l'impact de l'ingestion de de contaminants. Peu de travaux ont pris en considération les polluants atmosphériques. En revanche, chez l'homme, les études épidémiologiques conduites par l'un des partenaires (INSERM-Grenoble) suggèrent que l'exposition à la pollution atmosphérique durant la vie intra-utérine peut altérer le développement foetal et avoir un impact sur l'issue de la grossesse. Cependant, les études effectuées chez l'homme ne permettent pas d'étudier les mécanismes biologiques et les conséquences à long terme de cette exposition. Le but du projet EPAPP est de caractériser les effets de la pollution liée au trafic routier (gaz d'échappement de moteurs diesel) sur le développement embryonnaire, foeto-placentaire et post-natal dans un modèle animal. Nous allons exposer quotidiennement des lapines testantes à un air contaminé par des gaz d'échappement de moteur diesel grâce à un équipement spécialement conçu à cet effet (Laboratoire mobile MAPCEL). Le modèle lapin est particulièrement pertinent du fait de ses caractéristiques anatomiques et physiologiques (taille permettant le suivi de la croissance foetale par échographie, taille des narines et des voies aériennes supérieures, structure et fonction placentaire...). L'approche expérimentale sera focalisée sur l'embryon, le placenta, le développement foetal, la lactation, la santé de l'adulte, le développement gonadique et la fertilité. L'impact de la,pollution de l'air due au trafic routier sera sur l'expression des gènes dans l'embryon, le placenta et la gonade sera étudié par une approche transcriptomique. De plus, une un microarray spécifique du placenta du lapin sera mis au point pour pouvoir étudier et comparer le méthylome dans le modèle animal et dans les placentas déjà collectés issus d'une cohorte humaine. Plus généralement, une comparaison systématique des résultats obtenus chez l'animal et de ceux observés chez l'homme (croissance foeto-placententaire, données à la naissance...) sera effectuée. Les résultats obtenus dans cette étude auront des conséquences importantes pour la recherche sur les effets de l'environnement sur la santé, la DOHaD, la toxicologie, pour la santé publique et la réglementation sur la pollution atmosphérique.

Lors de leurs phases de prolifération, les cyanobactéries perturbent le fonctionnement des plans d’eau ainsi que leurs usages, car elles sont capables de synthétiser des toxines dangereuses pour la santé. C’est pourquoi de nombreux pays ont mis en place des programmes pour leur surveillance afin de limiter les risques d’exposition humaine à ces toxines. La principale difficulté dans cette surveillance est liée à l’hétérogénéité de la distribution spatiale des cyanobactéries. A l’échelle verticale, ces microorganismes peuvent occuper différentes strates dans la colonne d’eau et à l’échelle horizontale, les cellules peuvent s’accumuler en certains points des écosystèmes, sous l’effet des vents ou des courants. Pour tenter d’améliorer cette surveillance, de nombreux programmes de recherche ont été engagés dans le but de développer de nouveaux outils, à l’instar des bouées mises au point lors du programme PROLIPHYC (ANR PRECODD). Si cet outil s’est révélé performant, il ne permet pas cependant d’évaluer la distribution horizontale des cyanobactéries et le coût de ces équipements est très élevé. De plus, si l’utilisation de la télédétection par satellite s’est révélée concluante pour estimer la biomasse et la distribution horizontale des cyanobactéries dans un plan d’eau, le coût de cette technologie et le manque de disponibilité des satellites ne peuvent encore en faire un outil de suivi en routine. Dans ce cadre général, notre projet OSS-CYANO a pour objectif de développer et de valider un nouveau capteur aérien de faible coût, destiné à être utilisé en point fixe, seul ou en réseau, pour détecter la présence de cyanobactéries dans un écosystème. Par ailleurs, OSS-CYANO a également pour but de développer un système drone capable d’embarquer ce capteur pour réaliser des mesures spatiales à l’échelle de grands plans d’eau ou des tronçons de rivière, et d’autres instruments pour faire des prélèvements ou des mesures avec des sondes dans la colonne d’eau. Notre projet sera organisé en cinq tâches. La Tâche 1 est dédiée (i) à la coordination du projet, (ii) à son animation scientifique et au dialogue avec les utilisateurs finaux à travers la constitution d’un comité de suivi et enfin (iii), à la diffusion des résultats, notamment par l’organisation, en fin de projet, d’un workshop international dédié aux nouveaux outils de surveillance. La deuxième tâche permettra de mieux identifier les utilisateurs finaux potentiels et de préciser leurs attentes vis-à-vis des outils développés. La Tâche 3 centrale à ce projet, concernera les développements techniques du capteur (choix des longueurs d’onde, étude de l’influence de certains processus naturels sur la mesure…) et du système drone (réalisation d’une plateforme porteuse d’instruments interchangeables). Ces développements s’appuieront en grande partie sur les facilités offertes par la plateforme PLANAQUA qui bénéficie du label « Investissements d’Avenir » et qui offre tous les équipements nécessaires à la réalisation de tests du capteur sur des systèmes aquatiques allant du microcosme jusqu’au macrocosme. La quatrième tâche permettra de tester en conditions réelles d’application, et sur le long terme, le capteur et le système drone sur différents lacs et sur une rivière représentatifs des systèmes impactés par les cyanobactéries. Enfin la dernière tâche se rapportera (i) aux méthodologies de traitement et d’intégration des données, (ii) à la mise en œuvre d’un modèle hydrodynamique tri-dimensionnel exploitant les données du capteur et/ou du drone pour faire des prévisions à court terme sur l’évolution de la dispersion spatiale des cyanobactéries dans un plan d’eau, et (iii) de définir les futures caractéristiques d’un système d’alerte. Ce projet repose sur la participation de six laboratoires de recherche et d’une société privée. Toutes ces équipes possèdent les compétences nécessaires à l’ensemble des travaux envisagés et elles ont déjà collaboré sur d'autres projets de recherche.

La recherche proposée ici vise à interroger les interactions entre prostituées migrantes et institutions chargées de leur contrôle et/ou prise en charge au regard des mécanismes de catégorisation institutionnelle s’y déployant. Il s’agit notamment de s’intéresser au rôle particulier que revêt, dans ces interactions et les catégorisations qui s’y opèrent, la qualification de « victime de la traite » au prisme de laquelle il semble que la prostitution de femmes étrangères soit souvent envisagée par les discours médiatiques et politiques dominants. La mise en perspective de deux régimes différenciés de régulation de la prostitution (réglementariste en Allemagne et abolitionniste en France) doit permettre, dans un contexte de recherche souvent prisonnier de débats nationaux très clivés autour des politiques de régulation du commerce sexuel, d’interroger le poids du cadre légal sur les pratiques d’administration mises en œuvre localement. L’équipe interdisciplinaire du projet, composée de chercheurs et post-doctorants français et allemands spécialistes des questions de traite et de prostitution, entend contribuer à enrichir les travaux disponibles à travers une démarche méthodologique originale alliant analyse du cadre légal national et international d’une part et ethnographie des pratiques étatiques et associatives de contrôle et/ou de prise en charge des prostituées étrangères d’autre part. La confrontation entre discours et pratiques visera notamment à mettre à jour la manière dont sont (ou non) mobilisées, dans les interactions quotidiennes avec les « publics » visés, les catégories prévues par le cadre légal, et notamment ici celle de « victime de la traite ». Le cas particulier de la traite, et la dichotomie entre victime / coupable qui traverse son appréhension par les institutions, permettra alors d’affiner la compréhension des mécanismes d’administration de la preuve (entre dossiers recevables et irrecevables) à travers la mise en évidence du caractère souvent contradictoire des critères/normes/règles sur lesquels un street level bureaucrat peut simultanément ou successivement s’appuyer pour opérer ce travail de tri. Ce faisant, il s’agira, au-delà du cas particulier de la traite, de chercher à saisir les évolutions de l’action publique (envisagées ici dans le domaine de la sécurité) et d’inscrire ainsi les analyses déployées dans un ensemble de recherches plus vaste articulé autour de la sociologie de l’Etat et de ses agents.

Le projet TSUNAMY adresse la problématique de la manipulation sécurisée des données personnelles et privées au sein d’architectures manycore. Les enjeux économiques et sociétaux associés sont nombreux dans la mesure où ce type d’architecture sera massivement déployé à l’avenir aussi bien dans des infrastructures du type « cloud computing » (objet principal de ce projet) qu’au sein de systèmes embarqués plus contraints en ressources et en performance. Il est indispensable d’adresser la question de la définition de ces architectures sous l’angle non pas uniquement de la performance mais également de la sécurité afin de garantir une adoption de ces technologies par les utilisateurs finaux. L’absence de confiance sera un frein au développement économique, les enjeux sont donc immenses. Afin de proposer une solution efficace et sécurisée il est nécessaire de proposer des architectures matérielles couplant de façon étroite des ressources de traitement hétérogènes (dédiées aux traitements des données en clair et aux traitements des données protégées). Il est également indispensable de repenser les liens entre le logiciel et le matériel de manière à garantir une protection en profondeur. Aujourd’hui ces questions sont trop souvent délaissées aboutissant à des solutions élaborées en fin de cycle de conception. Il est indispensable de proposer une rupture dans ces approches de conception afin d’offrir des architectures de confiance par construction matérielle et logicielle. Le projet TSUNAMY vise donc à proposer une solution de confiance par construction permettant d’exécuter de nombreuses applications indépendantes en parallèle, en toute sécurité et en garantissant le respect de la vie privée des utilisateurs, sur une architecture manycore. Pour cela, plusieurs contributions significatives sont proposées : 1) développement d’un cluster de traitement permettant d’exécuter à la fois des algorithmes de traitement de l’information et des algorithmes de cryptographie (avec un niveau de couplage fort pour des raisons de performance mais tout en garantissant l’absence de fuite d’information), 2) développement d’une architecture manycore sécurisée intégrant des clusters hétérogènes cryptographiques, 3) développement de mécanismes d’isolation logique (au niveau logiciel) et physique (au niveau matériel) afin de garantir une exécution cloisonnée des applications, 4) développement conjoint des couches logicielle (pilote, API…) et matérielle afin d’offrir une chaine de confiance globale et 5) développement de stratégies permettant de répartir dynamiquement les applications sur l’architecture manycore. L’ensemble de ces contributions seront validées en simulation à travers une modélisation SystemC CABA. L’environnement SoCLib ainsi que l’architecture TSAR et le système d’exploitation ALMOS serviront de vecteur de test afin de valider le projet TSUNAMY. Le projet TSUNAMY vise à offrir à la communauté scientifique académique et industrielle des modèles d’architectures et des bibliothèques de logiciel permettant de déployer de façon efficace des applications sur des architectures manycore.

Une découverte majeure a marqué la physique des matériaux électroniques les derniers années. Le point de départ a été la prédiction théorique d'une catégorie nouvelle des isolateurs topologiques (TI) tridimensionnelles, caractérisées par une bande interdite ouverte dans le volume mais développant les états de surface de type cônes de Dirac avec bande interdite nulle et loi linéaire de dispersion E(k) d'énergie en fonction de moment k. La masse effective des porteurs sur ces états de surface est nulle et le spin est figé et opposé pour les deux branches formant le cône. Ces états sont insensibles à la perturbation représentant la symétrie d'inversion de temps et la diffusion des porteurs de mémé énergie de k à -k est impossible. Si réalisées, ces systèmes ont potentiellement une application dans le domaine de spintronique et dans le calcul quantique. En pratiqué l'accès aux états 2D est rendu difficile par le fait que le volume de TI est généralement conducteur. Plusieurs méthodes d'élimination de conductivité dans le volume, par nano structuration, dopage, variation de composition ou le polarisation électrostatique n'ont pas été couronnées de succès. Nous proposons un approche nouvelle par utilisation de l'irradiation pour création des défauts charges et compensation de la conductivité "intrinsèque" dans le volume. Utilisant les électrons et protons dans la gamme d'énergie inferieure à 3MeV nous allons créer les défauts élémentaires (lacunes et interstitiaux) et (a) ajuster la concentration de porteurs et déplacer le niveau de Fermi vers le point de Dirac (b) réduire la conductivité dans volume par l'effet de localisation Anderson. Le premier effet va compenser les porteurs de charge mobiles dans le volume, le second va nous permettre de tester les concepts théoriques récents de l'Effet Quantique de Hall Anormal (QAHE). Identification de contributions de volume et de surface dans les échantillons dopes par irradiation va être réalisée par combinaison de mesures de transport électronique en champ magnétique intense, en particulier des oscillation quantiques de Shubnikov – de Haas (SdH) et de mesures de Spectroscopie de Photoémission Résolu en Angle (ARPES). Fabrication des TI donc la conductivité en volume soit éliminée est le but primaire de notre projet. Le second objectif du projet est élucidation de l'effet de désordre sur les canaux de conduction de surface des TI. Désordre est un élément crucial dans la description de matière condensée quantique, il est a l'origine des effets tels que la transition métal isolant, effet Hall quantique entier et fractionnel. On sait que le dopage introduit le désordre aléatoire, mais les effet des dopants charges et avec un spin à longue portée dans les isolateurs topologiques restent à élucider. En variant la dose d'irradiation nous pouvons obtenir l'augmentation de résistivité par plusieurs ordrés de magnitude quand le potentiel chimique approches le point de Dirac. Dans ce régime nous espérons de vérifier le concept récent de Isolateur Topologique d'Anderson, une état quantique exotique caractérisée par valeurs de conductivité discrètes prévus dans un métal désordonnée à forte interaction spin-orbite. Le troisième objective de projet est fabrication par implantation ionique (protons) des structures p-n-p ou n-p-n sous la surface des TI. Ces structures sont le prototype de dispositif spintronique ajustable, ouvrant la perspective des applications nouvelles. Le projet est basée sur une collaboration internationale entre deux équipes CNRS hébergées par l'Ecole Polytechnique et par l'Université d'Orsay et une consortium coordonnée par City College de New York (CUNY) incluant les chercheurs de Université de Columbia et centre de Recherche IBM Yorktown Heights. La synergie des compétences des équipes françaises en matière de l'irradiation des matériaux et ARPES avec l'expertise dans la matière de croissance de matériaux et mesures de transport électronique de l'équipe américaine.

L’exploitation de la lumière naturelle qui nous parvient du Soleil est un des enjeux majeurs de notre époque. D’autre part, une des limitations actuelles de la majorité des moyens de production de l’électricité est son stockage. Le projet SNON s’inscrit dans cette démarche – permettre d’améliorer le stockage de l’énergie tout en améliorant le rendement par une activation photocatalytique. L’objectif du projet SON est de concevoir et optimiser un dispositif de laboratoire qui servira de banc de test pour des nouveaux matériaux de la famille des oxy-nitrures à base de Ta, Ti, Zn qui seront développés et désignés à l’échelle nanométrique. Les recherches menées dans les laboratoires Roumains et Français partenaires dans ce projet convergent vers l’utilisation d’une décharge magnétisée basse pression de type magnétron mais excitée à l’aide d’une alimentation haute puissance pouvant délivrer 50kW pendant l’impulsion (~100 µs). Il devient ainsi possible de stabiliser des matériaux qui ne peuvent pas être obtenus par des procédés magnétron conventionnel. De plus, ce même procédé peut être couplé à la lithographie colloïdale pour générer des couches nano-texturées. Une recherche exploratoire sera menée dans le domaine de la pyrolyse laser afin de synthétiser ce type de matériaux. Le projet SON concerne des travaux expérimentaux de R&D autour d’une famille de matériaux, les oxy-nitrures des métaux de transition qui présentent des propriétés photoelectriques très attrayantes. Plusieurs procédés de synthèse de ces matériaux seront développés et comparés dans ce projet – les magnétrons HIPIMS (LPGP, France), la lithographie colloïdale (UAIC, Roumanie) et la pyrolyse laser (CEA/IRAMIS, France). Notons que le meilleur matériau candidat doit avoir, outre la bonne stoechiométrie lui assurant un gap optique dans le visible, une bonne stabilité chimique, et uns taille nanométrique. Afin de caractériser l’ensemble de ces propriétés, il est nécessaire de déployer une large gamme de moyens de caractérisation de pointe des surfaces et matériaux à l’échelle nanométrique disponible dans les laboratoires partenaires (RBS, NRA, XPS, AFM, etc.) et la photoconduction et les propriétés électroniques (LGEP). Issue de cette synergie entre les participants, le meilleur matériau sera par la suite intégré dans une cellule de test photoélectrolytique. Le projet SNON se propose de valider un concept de matériau allant de sa réalisation et caractérisation à sa mise en forme qui bien que nanométrique doit couvrir des électrodes de grandes tailles, et à sa qualification dans un prototype de laboratoire pour son rendement de conversion d’énergie pour l’électrolyse de l’eau et la production d’hydrogène.

Les instabilités de combustion sont un problème majeur pour la conception des nouvelles générations de chambres de combustion aéronautiques et des turbines à gaz pour la production d’énergie. Un moyen de supprimer les fortes oscillations de pression associées à ces instabilités thermoacoustiques est de contrôler la dynamique du système. Des travaux antérieurs ont montré l’efficacité de différentes méthodes comme par exemple le forçage acoustique ou l’injection de carburant. Toutefois, ces méthodes sont peu utilisées dans des moteurs de taille réelle, principalement pour des raisons de performances limitées et de robustesse des actionneurs. En 2012, les deux partenaires impliqués dans le projet DRACO, à savoir EM2C (France) et TUB (Allemagne) ont montré expérimentalement que des décharges plasmas hors-équilibre pouvaient contrôler la dynamique de flamme [Lacoste2013, Moeck2013]. Cette étude de faisabilité a démontré que les décharges Nanosecondes Répétitives Pulsées (NRP) pouvaient être utilisées comme actionneur pour le contrôle actif des instabilités de combustion, sans les défauts des actionneurs classiques, tels que les haut-parleurs ou les valves d’injection de carburant. Toutefois, même si les résultats de cette étude préliminaire ont été très encourageants, ils ont également montré que les mécanismes physico-chimiques de couplage entre le plasma et la dynamique de flamme sont incompris. Dans ce contexte, le projet DRACO va se concentrer sur (1) l’étude fondamentale du couplage de la dynamique de combustion et des décharges plasmas hors équilibre, (2) l’évaluation expérimentale du potentiel des décharges plasmas NRP pour le contrôle actif des instabilités de combustion. Les expériences seront réalisées en France et en Allemagne afin de bénéficier de l’expérience complémentaire des deux partenaires. Dans un premier temps, des études fondamentales sur les interactions plasma/acoustique et plasma/flamme seront réalisées, à pression atmosphérique, dans des réacteurs dédiés. En s’appuyant sur des simulations numériques de l’interaction plasma/flamme, un modèle phénoménologique de l’effet des décharges NRP sur la dynamique des flammes pauvres pré-mélangées sera développé. Dans un deuxième temps, l’influence des décharges NRP sur la dynamique des flammes swirlées sera étudiée. L’effet de l’hydrodynamique générée par le plasma et son impact sur la combustion sera particulièrement examiné. Enfin, un actuateur plasma sera testé sur un banc de combustion swirlée de 100 kW. Le contrôle actif de flammes instables de prémélange gaz naturel / air par plasma sera étudié avec l’aide de systèmes de contrôle optimisés. Ce travail permettra d’évaluer et de quantifier le potentiel des décharges plasmas NRP. A chaque étape du projet, des diagnostics optiques avancés seront utilisés, en s’appuyant sur le savoir-faire des deux partenaires. En plus des objectifs scientifiques ambitieux, le projet DRACO pourra avoir de larges retombées scientifiques et techniques. En particulier, une meilleure compréhension des phénomènes fondamentaux permettant le contrôle des instabilités de combustion par décharges plasma hors-équilibre aidera le développement de la recherche en combustion assistée par plasma, en France et en Allemagne. Potentiellement, ce projet pourrait avoir un grand nombre d’applications variées comme le contrôle de la dynamique de flamme dans des réacteurs à haute pression, la réduction de bruit de combustion ou bien la réduction de la consommation de carburant et des émissions polluantes. En faisant des réunions régulières, en favorisant la participation des étudiants et des chercheurs du projet à des conférences scientifiques françaises, allemandes et internationales et en publiant les résultats dans des journaux scientifiques reconnus, les résultats obtenus seront rapidement présentés à la communauté scientifique internationale.

Ce projet vise à élucider les mécanismes moléculaires sous-jacents à la régulation de la virulence par les protéines de la famille H-NS chez les bactéries pathogènes. H-NS est une protéine qui contribue à structurer le nucléoide bactérien et qui participe à la régulation de l’expression génique. En particulier, elle inhibe la transcription de gènes de virulence (silencing). Les protéines homologues à H-NS, StpA, Hha, YdgT et Ler (spécifique des pathogènes), modulent ces régulations. Pour ces protéines, nous étudierons(i) leur fonction physiologique dans le silencing des gènes portés par les îlots de pathogénie ; (ii) nous identifierons leurs sites spécifiques/modes fixations sur l’ADN et les ARN ainsi que les conséquences sur la structure du nucléoïde et les régulations transcriptionnelles et post-transcriptionnelles (avec une attention particulière pour les gènes de virulence) ; (iii) leur rôle dans la modulation de la terminaison de transcription Rho-dépendante par la formation de structure nucléoprotéique avec l'ADN et l'ARN naissant. Par ce travail, nous apporterons un regard nouveau sur la régulation sophistiquée accomplie par le jeu des protéines de la famille H-NS dans l'adaptation à l'environnement de bactéries pathogènes des humains et des mammifères.

Contexte Le virus respiratoire syncytial (VRS ou RSV) est le principal agent responsable de maladies respiratoires sévères (bronchiolites, pneumonies) chez l'enfant nouveau-né ainsi que chez les veaux. Les enfants de moins de 6 mois sont la cible majeure des bronchiolites sévères. Après plus de 50 ans de recherche, il n'existe toujours pas de vaccin pour l'homme. Si des vaccins bovins sont commercialisés, ils sont peu efficaces. Dans ce contexte, il apparait clairement que le développement d'antiviraux spécifiques du RSV serait une alternative précieuse. A l'heure actuelle, il n'existe que la ribavirine, très peu utilisée car tératogène et toxique, et un anticorps monoclonal extrêmement couteux, le Motavizumab, efficace à 50% et utilisé seulement en préventif chez les enfants à risque. Le VRS appartient à la famille des Paramyxovirus dans l'ordre des Mononegavirales. C'est un virus enveloppé d'environ 200 nm, possédant un génome à ARN simple brin de polarité négative non segmenté. Deux glycoprotéines transmembranaires, F (fusion) et G (glycoprtéines) sont présentes à la surface des particules virales. Le génome à ARN simple brin du VRS est encapsidé par la nucléoprotéine N. Ce complexe N-ARN sert de substrat à la polymérase pour la réplication et la transcription des gènes viraux. L’ARN polymérase virale est un complexe composé des protéines N, L (pour Large, sous-unité catalytique), P (pour phosphoprotéine, cofacteur essentiel de L), M2-1 et M2-2 qui sont de cofacteurs de transcription/réplication. L'infection des cellules par le virus induit la formation de corps d'inclusion cytoplasmiques, centres de réplication et de transcription des ARNs viraux. Leur structure n'est pas connue, mais des protéines cellulaires telles que HSP70 y sont associées. La seule expression de N et P suffit à induire leur formation. A la fin du cycle viral, la nucléocapside virale est emmenée vers la membrane plasmique grâce à la protéine de matrice Mpar des mécanismes inconnus et embarquée dans les particules néo-formées bourgeonnant à la surface cellulaire des cellules épithéliales. Objectifs Ce projet a été initié par une collaboration entre le Dr AM Ventura, Université de Sao Paulo, et le Dr Eléouët, INRA Jouy-en-Josas. L'objectif de ce projet est d'identifier des partenaires cellulaires pour les protéines cytoplasmiques du VRS, en particulier celles du complexe polymérase et la protéine M, et de déterminer leur rôle dans le cycle viral. Notre but est de caractériser des interactions virus-cellule au-niveau moléculaire, de caractériser la structure, organisation, dynamique des corps d'inclusion où la synthèse d'ARN viral a lieu, et de définir des cibles pour des molécules pouvant interférer avec ces interactions et potentiellement antivirales. Des expériences préliminaires faites par l'équipe brésilienne ont permis d'identifier déjà 5 protéines cellulaires partenaires des protéines N, P et M du VRS. Dans un prmier temps, en utilisant des protéines recombinantes, des délétions et de la mutagenèse dirigée, nous identifierons des domaines et résidus impliqués dans ces interactions. L'effet de mutations sur ces résidus sur la synthèse d'ARN viral, l'assemblage des particules viralessera analysée en utilisant un "miniréplicon" viral, dela microscopie et titrage du virus fluorescent recombinant déjà disponible au laboratoire. La structure atomique des complexes sera étudiée par cristallographie aux rayons X et RMN. Des données structurales et fonctionnelles précieuses concernant les interactions entre protéines virales cytoplasmiques et protéines cellulaires seront collectées. Elles permettront d'une part de mieux comprendre les mécanismes de réplication du VRS, mais serviront également de plateforme pour la conception de molécules thérapeutiques basées sur les structures atomiques.

Le microbiote intestinal humain est un écosystème complexe dont de nombreux constituants sont encore peu étudiés du fait à la fois de l’incapacité à les cultiver ainsi que de l’absence de modèles de référence permettant d’étudier leurs fonctions avec précision. Les membres de la famille des Coriobacteriaceae font partie de ces bactéries intestinales dominantes qui sont encore peu connus, bien que responsables de fonctions métaboliques primordiales pour l’hôte, telles que la conversion des acides biliaires, des stéroïdes ou des phyto-estrogènes. De récents travaux sur modèles expérimentaux ont permis de montrer que la prévalence des séquences d’ADNr 16S assignées à la famille des Coriobacteriaceae est fonction du génotype de l’hôte et positivement corrélée aux taux de triglycérides hépatiques ainsi qu’aux niveaux plasmatiques de cholestérol non-HDL. Bien qu’encore peu étudié, le métabolisme des acides biliaires par les microorganismes intestinaux est considéré comme un facteur influençant fortement le métabolisme lipidique de l’hôte. Nous avons récemment démontré, à l’aide d’expériences de transfert de microbiote dans un modèle murin, le rôle clef joué par le microbiote intestinal dans le développement de pathologies hépatiques (stéatose hépatique non alcoolique). Cependant, les mécanismes moléculaires associés à cet effet sont encore peu décrits. De plus, le métabolisme des corticostéroïdes endogènes par les bactéries intestinales reste lui aussi mal connu. Il semble donc crucial d’appréhender plus en détails les interactions microbiote-hôte dans le contexte du métabolisme lipidique de l’hôte. L’objectif principal du projet CorioFunc est d’étudier l’impact de la conversion bactérienne des composés dérivés du cholestérol sur le métabolisme lipidique de l’hôte et le développement de la stéatose hépatique non alcoolique par les bactéries de la famille des Coriobacteriaceae. Nous étudierons la réponse de l’hôte (foie et intestin) suite à la colonisation d’animaux axéniques par un consortium de quatre souches de référence de la famille des Coriobacteriaceae. La modulation du métabolisme des produits dérivés du cholestérol sera appréhendée par la prise de régimes expérimentaux spécifiques. De plus, l’adaptation fonctionnelle des Coriobacteriaceae à l’intervention nutritionnelle sera étudiée par une approche intégrée combinant métatranscriptomique et métabolomique, dans le but d’identifier des fonctions bactériennes d’intérêt particulier. Pour aborder l’impact des cibles fonctionnelles d’importance dans un contexte écologique, les Coriobacteriaceae commensales seront également étudiées après isolement par tri cellulaire de l’intestin d’animaux conventionnels (SPF) en suivant un protocole expérimental similaire à celui mis en place pour les animaux axéniques et colonisés. Enfin, la pertinence des cibles moléculaires identifiées (gènes et métabolites) sera étudiée par quantification spécifique dans les fèces de patients atteints de stéatose hépatique non alcoolique. Ainsi, la combinaison d’expertises spécifiques aux équipes Françaises et Allemandes impliquées dans le projet CorioFunc nous permettra de caractériser l’importance écologique et patho-physiologique des Coriobacteriaceae au sein de l’écosystème intestinal et plus globalement à l’échelle systémique.

ARTISTICC’s goal is to apply innovative standardized transdisciplinary approaches to develop robust, socially, culturally and scientifically, community centred adaptation strategies as well as a series of associated policy briefs. The approach used in the project is based on the strong understanding that adaptation is: (a) still "a concept of uncertain form”; (b) a concept dealing with uncertainty; (c) a concept that calls for an analysis that goes beyond the traditional disciplinary organization of science, and; (d) an unconventional process in the realm of science and policy integration. The project is centered on case studies in France, Greenland, Russia, India, Canada, Alaska, and Senegal. In every site we analyze how natural science can be used in order to better adapt in the future, how society adapt to current changes and how memories of past adaptations frames current and future processes. ARTISTICC is thus a project fundamentally centered on coastal communities. These analyses allow for a better understanding of adaptation as a scientific, social, economic and cultural practice in coastal settings. In order to share these results with local communities and policy makers, this in a way that respects cultural specificities while empowering stakeholders, ARTISTICC translates these “real life experiments” into stories and artwork that are meaningful to those affected by climate change. ARTISTICC is thus a research project that is profoundly culturally mediated. The scientific results and the culturally mediated productions will thereafter be used in order to co-construct, with NGOs and policy makers, policy briefs, i.e. robust and scientifically legitimate policy recommendations regarding coastal adaptation. This co-construction process will be in itself analyzed with the goal of increasing science’s performative functions in the universe of evidence-based policy making. The project involves scientists from natural sciences, the social sciences and the humanities, working in France, Senegal, India, Russia, Greenland, Alaska, and Canada.

Notre projet concerne la topologie de contact et la topologie symplectique. Le premier but principal de cette collaboration est d'essayer de généraliser à la géométrie de contact, en partant des invariants spectraux de contact introduits récemment par Sandon, ce qui est connu concernant les invariants spectraux en topologie symplectique et en dynamique hamiltonienne (en particulier, ce qui a été étudié par Leclercq et Mazzucchelli) et utiliser ces propriétés pour en déduire des applications concernant les phénomènes de rigidité de type contact tels que le non-écrasement, et l'ordonnabilité, les points translatés, les métriques bi-invariantes et les quasimorphismes du groupe des contactomorphismes. Notre second but principal est de trouver de nouvelles interactions entre les phénomènes de rigidité évoqués ci-dessus (qui peuvent être vus comme des phénomènes de rigidité globale des contactomorphismes) et les phénomènes de rigidité des sous-variétés legendriennes tels qu'étudiés récemment (entre autres) par Chantraine. Dans le but de réaliser ce programme, nous comptons utiliser le cadre fourni par les fonctions génératrices et/ou les techniques de courbes holomorphes, tout en essayant de profiter également des interactions entre ces deux méthodes. Dans une autre partie importante de ce projet, nous désirons également continuer l'étude des invariants spectraux symplectiques et leurs applications aux propriétés géométriques et dynamiques des difféomorphismes hamiltoniens ainsi qu'à l'étude de la géométrie des ensembles de sous-variétés lagrangiennes des variétés symplectiques. Au-delà de son intérêt intrinsèque, nous considérons cette partie aussi comme un environnement commun et une source d'inspiration pour les deux buts principaux décrits ci-dessus.

L'application des techniques d'absorption laser à la géochimie des isotopes stables a progressé rapidement ces dernières années. Ces nouveaux instruments offrent des avantages spécifiques comme la capacité à distinguer des isotopologues isobares (ex : 16O-13C-16O et 16O-12C-17O). Cependant leur précision reste généralement inférieure à celle des spectromètres de masse modernes. Notre projet a pour ambition de développer un spectromètre laser capable de mesurer les rapports d'abondance des isotopologues du CO2 avec une précision interne de l'ordre de 0,01 ‰, et qui permettrait de déterminer précisément la composition triple de l'oxygène dans le CO2 atmosphérique ou les minéraux carbonatés. L'anomalie d'oxygène-17 déduite de ce type de mesures (Delta-17O) est un traceur géochimique important de la chimie atmosphérique et de la paléo-hydrologie. Si l'on sait aujourd'hui mesurer Delta-17O dans d'autres échantillons (O2, H2O), l'analyse du CO2 par spectrométrie de masse pose des problèmes importants d'interférence isobarique. Le développement que nous proposons repose sur une collaboration poussée entre géochimistes et spectroscopistes, issus du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE) et du Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy). Dans le prolongement de nos travaux antérieurs et d'expériences préliminaires menés en 2012, nous proposons de réaliser le premier prototype d'une nouvelle génération de spectromètres laser ultra-précis fondés sur le principe de la CRDS ("cavity ring-down spectroscopy"), et de coupler cet analyseur à un système d'introduction de gaz de type "dual-inlet" inspiré de ceux utilisés en spectrométrie de masse. Afin d'atteindre l'extrême niveau de précision mentionné ci-dessus, notre stratégie est de tirer profit des propriétés d'"optical feedback" d'un laser DFB fonctionnant dans l'infra-rouge proche (1,6 microns), qui sera "verrouillé" à un mode propre d'une cavité optique ultra-stable de notre invention. La source ainsi obtenue présentera un spectre extrêmement étroit et stable, et servira ensuite à l'injection d'une ou de deux cavités de "ring-down" contenant l'échantillon et/ou le gaz de référence. La conception l'assemblage et la configuration initiale du prototype se feront au LIPhy avant validation, optimisation et premières applications géochimiques au LSCE. Ce processus fournira le cadre d'un projet de thèse, sous la supervision d'E. Kerstel (LIPhy) et de M. Daëron (LSCE). L'aboutissement du projet se traduira par l'installation définitive du spectromètre laser au LSCE, ce qui ouvrira la voie à d'importantes nouvelles observations géochimiques, avec des applications atmosphériques et paléo-climatiques importantes. Les progrès technologiques élaborés dans le cadre de ce travail bénéficieront à la fois aux itérations futures de ce nouvel instrument, et seront certainement transférables à une large gamme de mesures isotopiques par spectrométrie laser.

Les transferts d’électrons et de protons (resp. ET et PT) sont des actes chimiques élémentaires omniprésents en phase condensée et le plus souvent étroitement liés dans un grand nombre de processus physicochimiques. Des effets quantiques de type effet tunnel peuvent également y sont généralement impliqués. La théorie de Marcus (MT) a inspiré tout un corpus de théories cinétiques pour interpréter des transferts de protons, d’électrons ou des transferts couplés. Cependant, les descriptions physicochimiques communément utilisées ne sont pas totalement satisfaisantes : un cadre unifié pour rationaliser tout type de processus de transferts, synthétisés sous le terme PET (pur transfert d’électrons RT, pur transfert de protons PT, transferts successifs (EPT) ou couplés (PECT)), est à concevoir, ce qui constitue un défi à la fois théorique et expérimental. L’objectif principal du projet IEPH est donc de lever les limites d’étude et d’analyse actuelles pour atteindre une compréhension de toutes les situations de réactions de transferts dans des systèmes de complexité chimique variée. Notre approche est construite sur la synergie des outils théoriques et expérimentaux les plus avancés dans ce domaine. Nous avons récemment développé au laboratoire un montage expérimental basé sur les techniques de radiolyse pulsée afin de caractériser la capture d’électrons solvatés par des molécules organiques et inorganiques. Par rapport aux approches actuelles, cette expérience offre la possibilité nouvelle i) d’atteindre des temps très courts (< 100 ps) et ii) d’étudier des transferts de protons ou d’électrons à l’état fondamental. Nous sommes donc en mesure de fournir des données expérimentales uniques pour des actes élémentaires de type PET avec une grande résolution temporelle. Un programme ambitieux sera mis en place visant à mesurer les vitesses de réaction entre des atomes d'hydrogènes solvatés et des molecules organiques ou inorganiques. Nous considérerons des réactions de transferts d'électrons purs, d'addition d'atomes d'hydrogène ou d'arrachages d'atomes d'hydrogène. Pour ces réactions les vitesses de transferts de proton et/ou d'électrons sont compétitives avec la limite de diffusion de H• se sorte que la plupart de ces cinétiques des processus de transfert en eux-mêmes sont inconnus. Notre appareillage expérimental devrait permettre d'aller au-delà de cet état de l'art. Les données expérimentales seront interprétées à l'aide de calculs de chimie théorique. Les développements théoriques et calculatoires combineront deux approches récentes : les méthodes de ‘Nuclear Electronic Orbital DFT’ (NEO-DFT) et de ‘DFT contrainte’ (cDFT).La NEO-DFT permet de décrire les protons et les électrons sur un pied d’égalité, c’est-à-dire au niveau quantique. La méthode cDFT est une des rares méthodes de chimie quantique capable de représenter des états non-adiabatiques correspondant à ceux sur lesquels se fondent la théorie de Marcus. Ces méthodes innovantes seront implémentées dans les programmes de DFT deMon2k en utilisant le formalisme des densités auxiliaires, grâce à la forte expérience du coordinateur du projet dans les techniques DFT (notamment la DFT contrainte et les densités auxiliaires). Afin de disposer d'un protocole de simulation incluant les effets d'environnement de manière explicites ainsi que la prise en compte de la dynamique des systèmes étudiés, l'approche NEO-DFT sera combinée à l'approche de mécanique moléculaire (approches hybrides de type QM/MM). Cette implémentation sera réalisée en collaboration avec J. Rezac qui dispose des outils idoines. Ainsi, en s’appuyant sur une forte synergie entre expérience et théorie au sein du laboratoire, les développements méthodologiques du projet IEPH devraient ouvrir une nouvelle voie dans l’interprétation des imbrications entre transferts de protons et d’électrons avec les meilleures résolutions spatiales et temporelles.

Convergence : un projet commun pour maîtriser le déluge de données et de calculs exaflopiques (1018) en sciences du climat. L’étude du climat, de ses mécanismes et des interactions entre ses composantes s’appuie sur la simulation numérique qui permet ainsi d’estimer les changements des climats passé et futurs. La tendance actuelle en modélisation du climat est d’inclure plus de composantes physiques, chacune avec des mailles de plus en plus fines et de réaliser de vastes ensembles de simulations pour répondre aux nombreuses questions scientifiques. En effet, les simulations climatiques peuvent se différencier par leur état initial, leurs paramétrisations, leurs représentations des processus physiques, leur résolution spatiale, leur complexité et leur degré de réalisme ou d’idéalisation. De plus, le besoin impératif d’évaluation, d’amélioration et de suivi du réalisme des modèles de climat, s’appuie aussi sur l’utilisation d’ensembles toujours plus vastes de diagnostics et sur une comparaison systématique entre les sorties de modèles de climat et les données d’observations. Le calcul haute performance atteindra prochainement l’exascale (1018) qui a le potentiel de répondre à ces besoins accrus en taille et nombre de simulations. Toutefois, les outils actuels de post-traitements, d’analyses et d’exploration des données générées ont atteint leur limite et il y a un besoin fort d’en développer de nouveaux capables de gérer la taille et la complexité croissantes des simulations et des résultats. Les simulations à l’échelle exascale nécessitent de nouveaux outils scalables pour générer, gérer et exploiter ces simulations et leurs résultats pour en extraire les informations pertinentes préparant les prises de décisions adaptées. Le principal objectif de ce projet est de développer une plate-forme permettant d'exécuter de grands ensembles de simulations basés sur une série de modèles cohérents, de manipuler les jeux de données complexes et volumineux produits, de faciliter l’évaluation et la validation de ces modèles et tout cela à différentes résolutions. Nous nous proposons de rassembler des compétences interdisciplinaires pour concevoir un environnement de programmation adaptés et efficaces pour les simulations et les analyses sur supercalculateurs. Nous utiliseront une approche dite de développement par composante, en incluant de nouvelles techniques de déploiement adaptées aux systèmes de calcul haute performance. CONVERGENCE, en rassemblant des experts en informatique et en calcul haute performance, permettra à la communauté nationale de recherche en climatologie de contribuer et de tirer avantage des innovations en sciences de l’information. Notre méthodologie consiste à développer un ensemble d’éléments génériques nécessaires pour faire tourner, de façon sûre et efficace, les modèles de climat français avec des maillages et des résolutions variés, pour gérer de grands volumes de données et pour permettre l’analyse des résultats et l’évaluation précise de ces modèles. Ces éléments incluent la définition des structures de données, la gestion des Entrées/Sorties, le couplage de codes ainsi que les environnements d’exécution et de pre/post traitements. Une structure de données et de méta-données commune permettra de garder la cohérence des informations échangées entre les différents éléments. Les modèles climat développés sont déjà impliqués dans de nombreux projets internationaux. Nous participons, par exemple, au projet CMIP (Coupled Model Intercomparison Project) très exigeant mais jouissant d’un très grande visibilité : ses résultats sont très largement utilisés au niveau international et notament synthétisés dans les rapports du GIEC (Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat). Le projet CONVERGENCE constituera une étape inestimable pour la communauté française de recherche climatique pour préparer et contrinuer à la prochaine phase du projet CMIP.

La reconnexion magnétique est un phénomène universel transférant l’énergie magnétique en énergie cinétique et thermique du plasma, tout en changeant sa connectivité magnétique, ayant ainsi des conséquences importantes sur son transport. Parmi de nombreux systèmes dans l’univers, la magnétopause terrestre, proche et “facilement” atteignables par des missions spatiales, constitue un laboratoire fantastique pour étudier le processus de reconnexion en détail, en plus d’être, en elle seule, un vecteur important d’activité géomagnétique. Lorsqu’elle s’y produit, la reconnexion couple en effet de manière critique le vent solaire à notre magnétosphère. La magnétopause est une frontière magnétique tri-dimensionnelle et non collisionnelle séparant le vent solaire du plasma magnétosphérique et à travers laquelle le champ magnétique tourne, de l’orientation interplanétaire à celle donnée par le dipôle Terrestre. Bien qu’il soit connu que la reconnexion à la magnétopause soit fortement influencée par l’orientation du champ interplanétaire, nous ne comprenons pas comment ce paramètre impacte la microphysique locale dont résulte notre vision globale. De plus, l’asymétrie de la magnétopause la distingue de la majorité des modèles de reconnexion, se basant d’avantage sur des couches de courant symétrique, qui, strictement parlant, sont plutôt singulière même si elles guident cependant notre intuition. Ce projet de trois ans propose de s’attaquer au problème crucial de l’impact des propriétés environnementales méso-échelle sur la reconnexion magnétique non collisionnelle, en ce concentrant sur l’impact i) d’une variation de l’angle de cisaillement magnétique, ii) d’une variation lente du degré d’asymétrie et iii) de variations tri-dimensionnelles. Nous utiliserons des simulations 2D cinétiques et hybrides cinétiques, plus tard confrontées à des simulations 3D cinétiques et fluides, et toujours en proche relation avec des observations multi-missions, de la magnétopause terrestre et du vent solaire, faisant une utilisation intense des outils à l’état de l’art développés à l’IRAP, les améliorant et en développant de nouveaux. En octobre 2014, la NASA va lancer la mission d’envergure “Magnetospheric Multiscale” (MMS) pour étudier la microphysique de la reconnexion jusqu’aux échelles électroniques. Notre projet ambitieux et compétitif est très cohérent avec les objectifs scientifiques de la mission. Ceux-ci seront atteints via le rassemblement de forces complémentaires de la communauté plasmas spatiaux Française en théorie, modélisation numérique et observations spatiales, avec les experts mondiaux en théorie et modélisation de la reconnexion magnétique, dans une nouvelle et forte collaboration internationale sur un sujet largement reconnu comme l’un des plus importants de la physique expérimentale, spatiale et astrophysique, des plasmas. Ce projet sera réalisé à l’IRAP, mais impliquera également des chercheurs du Laboratoire de Physique des Plasmas (LPP) et NASA Goddard Space Flight Center (GSFC). Si ce dernier, construisant les quatre satellites de MMS, est évidemment fortement engagé dans la mission, le l’IRAP et le LPP y sont également fortement impliqués en participant à son instrumentation. Ce projet est au coeur des objectifs scientifiques du groupe Géophysique Planétaire et Plasmas Spatiaux, auquel il apportera, ainsi qu’à la communauté plasma Française, une expertise très désirable en modélisation numérique de la reconnexion magnétique non collisionnelle. Il sera découpé en cinq tâches basées sur une forte synergie observations/théorie/simulation, conçues pour aboutir à des résultats clé sur la physique de la reconnexion, et pour offrir à la communauté des bases des données originales et des codes innovants d’analyse de données.

Le stockage d'énergie est l'un des plus grands défis sociétaux de ce siècle. Malgré les progrès réalisés, ses dernières années, par la technologie lithium-ion basée sur l’utilisation d’un électrolyte liquide, leur instabilité intrinsèque pose des problèmes de sécurité indéniable. L’utilisation d’électrolytes polymères secs est une solution parfaite en termes de sécurité, d’intégration et d'amélioration de la densité d'énergie. Toutefois, comme pour les électrolytes liquides, la fraction de charge portée par Li+ est faible (<20%), ce qui limite les performances électriques. En outre, les électrolytes polymères secs fonctionnent à 80 ° C, à une température où les propriétés mécaniques sont insuffisantes et leur fenêtre de stabilité électrochimique est limitée. Le lithium métal est l'électrode négative de plus forte capacité et est le seul choix pour profiter des capacités élevées des positives des technologies lithium-air et lithium-soufre. Dans ce contexte, les principaux objectifs de notre projet est de développer une batterie « lithium métal polymère » (LMP) capable de fonctionner à 40 ° C sur un grand nombre de cycles (> 1000). Nous avons développé, dans le cadre de COPOLIBAT, des copolymères à blocs (BCE) à conduction cationique, comprenant des blocs polystyrène avec des fonctions bistrifluorométhanesulfonyl imidure de lithium (TFSILi) greffées et un bloc central PEO. Ils permettent de répondre à la plupart des limitations indiquées ci-dessus, avec un transport cationique, d'excellentes propriétés mécaniques et une fenêtre de stabilité électrochimique jusqu’à 5 V vs Li+/Li. Les batteries réalisées présentent des performances supérieures à l’état de l’art, notamment en offrant de très bonnes performances à 60 ° C. Ce projet COPOLIBAT2 vise à poursuivre notre effort sur ces familles d’électrolyte très prometteuses et à développer des prototypes pré-industriels. Deux aspects principaux seront étudiés pour répondre aux objectifs du projet: 1 - Diminution de la température de fonctionnement, amélioration des performances en termes de puissance, limitation de la croissance dendritique: ? Nous envisageons la modification du bloc POE central afin d’obtenir un caractère amorphe à température ambiante permettant un fonctionnement des batteries à 40 ° C. L’addition d’une faible quantité de plastifiants sera également étudiée. ? Nous voulons développer de nouveaux monomères anioniques permettant d’augmenter la dissociation et ainsi augmenter la conduction. En outre, nous voulons analyser l’effet de la position des anions sur le squelette macromoléculaire sur les propriétés physico-chimiques et notamment le transport ionique. ? Ces électrolytes à conduction cationique évitent la formation de gradient de concentration lors du fonctionnement, ce qui est très bénéfique pour les performances en puissance, de plus ils devraient empêcher la germination des dendrites de lithium. Ces aspects sont essentiels pour le développement des LMP. L'interface lithium/polymère sera tout particulièrement étudiée pour analyser la nature des dépôts de lithium et calculer le rendement faradique et ainsi évaluer le nombre de cycles pouvant être atteint. 2 – Réaliser un démonstrateur pré-industriel pour qualifier les nouvelles formulations de BCE en fonctionnement réel: ? Les premiers prototypes utiliseront LiFePO4 comme matière active de positive en utilisant les copolymères développés au cours de COPOLIBAT. Le procédé industriel d'extrusion sera utilisé pour obtenir les BCE en film mince et des électrodes composites. Cela permettra une comparaison directe avec la technologie actuelle du partenaire industriel. ? Au cours du projet, de nouvelles chimies de BCE seront disponibles et directement utilisables pour réaliser des prototypes ? Enfin, du fait du greffage des anions, les BCE semblent stables jusqu'à 5 V vs Li+/ Li, les prototypes seront étudiés en utilisant un matériau actif possédant un potentiel plus élevé (4-4,2V vs Li+/Li)

L’entérocolite ulcéronécrosante (ECUN) est une pathologie digestive préoccupante touchant les grands prématurés et prématurissimes avec une morbi-mortalité élevée. Malgré de nombreuses études sa physiopathologie reste mal connue. Néanmoins, la colonisation intestinale bactérienne anormale de l’enfant prématuré est reconnue comme un facteur de risque. L’implication des bactéries intestinales dans le développement de l’ECUN est étayé par la survenue d’épidémies, l'isolement fréquent d’agents infectieux, ou encore la diminution de l'incidence de l’ECUN résultant d'une antibiothérapie préventive. La fermentation du lactose non digéré dans l’intestin grêle en raison de l’immaturité intestinale du prématuré (déficience en lactase intestinale) par bactéries coliques conduiraient à une hyper-production de métabolites impliqués dans la genèse des lésions. Si aucun agent spécifique n’a été à ce jour incriminé, les signes cliniques de l’ECUN sont cohérents avec une étiologie clostridienne. Parmi les clostridies, Clostridium butyricum, Clostridium perfringens et Clostridium paraputrificum ont été isolés à partir d’échantillons biologiques provenant de prématurés souffrant d’ECUN. En modèle animal de l’ECUN, l’implication de ces espèces dans la genèse des lésions digestives a été spécifiquement montrée. Ces lésions ont été reliées à l’hyperproduction d’acide butyrique, produit majeur de fermentation du lactose. Dans ce contexte nous nous proposons de confirmer l’implication biologique des clostridium dans l’étiologie de l’ECUN et de rechercher des biomarqueurs de pathogénicité specifique à ce micro-organisme. Dans cet objectif, nous associerons à une étude clinique à une approche fondamentale. L’étude clinique s’appuiera sur un réseau français de 15 centres de Néonatologie créé dans le cadre du projet EPIFLORE. Nous nous proposons d’inclure sur une période de 1 ans tous les prématurés avec un diagnostic d’ECUN confirmée (stade II ou III de Bell) appariés avec un groupe contrôle de prématurés sains. Les données cliniques seront renseignées de la naissance jusqu’à la sortie du service. L’analyse microbiologique des échantillons des cas d’ECUN et du groupe contrôle sera effectuée par culture et par pyroséquençages du gène codant l’ARN 16S. Elle permettra l’isolement et la quantification des principaux micro-organismes aérobies du microbiote intestinal dominant et sous-dominant. Cette étude cas-témoins nous permettra de réunir un nombre significatif de cas d’ECUN afin de valider l’interprétation des données cliniques et microbiologiques. Nos résultats permettront de confirmer l’implication bactérienne dans la physiopathologie de l’ECUN et d’incriminer un microorganisme en particulier, i.e clostidies. L’étude fondamentale consiste à construire des mutatnts d’isolats cliniques de C. butyricum, C. perfringens, et C. paraputrificum incapablent de produire du butyrate. Nous utiliserons le système de mutagenèse dirigée Clostron qui a été récemment développé pour fonctionner chez les clostridia. La pathogénicité des mutants et des souches parentales sera évaluée dans notre modèle animal d’ECUN, i.e. caille gnotobiotique. Ce travail nous permettra de vérifier l’hypothèse de l’implication des Clostridium dans l’ECUN via la production de métabolites issus de la fermentation du lactose. Ce travail sera complété par une caractérisation phénotypique et une analyse par protéomique des souches cliniques isolées précédemment en vue de mettre en évidence un biomarqueur de pathogénicité. Si différentes stratégies de prévention ont été proposées, l’absence de connaissance exacte de la physiopathologie de cette maladie, participe à l’absence d’un consensus. Le projet proposé apportera de nouvelles informations cliniques et mécanistiques susceptible de mieux comprendre l’ECUN. En particulier, la mise en évidence de marqueurs biologiques associés à l’ECUN contribuera à l’amélioration de sa prise en charge et de sa prévention.

L’objectif du programme de recherche DECRET est double et vise à : • apporter une solution nouvelle, spécifique et de sensibilité améliorée à la détection des éléments radioactifs : césium et uranium, • assurer une décontamination efficace de toutes surfaces contaminées par ces métaux radioactifs, notamment par application sur les surfaces contaminées d’une composition sous forme de mousse contenant des nanoparticules magnétiques fonctionnalisées par des agents séquestrants hautement spécifiques et élimination de ces nanoparticules par moisson magnétique au moyen d’un électroaimant industriel, ou par utilisation de substrats poreux fonctionnalisés par ces mêmes agents séquestrants. Ce programme de recherche a pour objectifs : 1) de construire deux systèmes de détection rapide pour le césium et l’uranium. Ces systèmes seront fondés sur des dispositifs microfluidiques équipés d’un détecteur spécifique pour chacun des deux métaux. Ces dispositifs seront à base de calixarènes fluorescents. 2) d'élaborer de nouvelles molécules susceptibles de complexer ces métaux en explorant deux pistes technologiques : (a) séquestrants à ossature d'acides pulviniques (sous-unités de la norbadione, séquestrant naturel du césium dans certains champignons) et (b) calixarènes (complexants à structure cyclique) 3) de sélectionner les plus performantes vis-à-vis de la complexation du césium et de l’uranium. 4) de les greffer sur des matériaux supports tels que des nanoparticules magnétiques (matériaux doublement fonctionnalisés) ou matériaux mésoporeux (type éponge et/ou feutrine). 5) d’intégrer ces nanoparticules magnétiques dans la formulation d’une base moussante de décontamination des surfaces, à haut pouvoir mouillant favorisant le contact entre les nanoparticules et les sédiments contaminés par le césium ou l’uranium ; on vérifiera que les différents composants de cette mousse aqueuse sont compatibles, tout en assurant la dispersion stable et le maintien en suspension des nanoparticules greffées. La forme mousse permettra une utilisation facile sur le terrain en cas de contamination accidentelle. 6) de récupérer les éléments radioactifs, par passage d’un électroaimant sur la mousse chargée de nanoparticules magnétiques. 7) parallèlement au greffage sur nanoparticules magnétiques, les molécules élaborées en (2) seront greffées sur la surface des substrats mésoporeux préalablement modifiés, en utilisant le monomère méthacrylate fonctionnalisé par un groupe calixarène ou par un dérivé d’acide pulvinique. Ces structures permettraient notamment de réaliser des filtres ou éponges éliminant de manière efficace et sélective les radioéléments césium et uranium potentiellement présents en milieu aqueux. A ce stade, les essais seront réalisés sur des métaux « froids ». Les essais de génération de mousse seront menés sur un pilote conçu par le CEA-DEN (Marcoule). Les essais de décontamination seront réalisés d’une part à l’aide des nouvelles molécules chélatantes et d’autre part à l’aide de formulations complètes et opérationnelles dérivées de ces molécules. Ces formulations intègreront les solvants, additifs et supports appropriés pour faciliter l’extraction du métal à partir du substrat contaminé. En application sur le terrain, les deux systèmes suivants seront combinés : • un système comprenant un matériau mésoporeux à métaux obtenu en greffant les brosses de polymère fonctionnalisées par ces nouveaux chélatants. • et un système de génération de mousses chargées de nanoparticules magnétiques permettant une décontamination rapide par « moisson magnétique ». Le premier système est plus adapté à la décontamination d’effluents (par filtrage) ou de surfaces dures et faiblement poreuses (par épongeage) et le second à la décontamination opérationnelle de grandes surfaces (bâtiments, terrains).

Le projet vise à la détection et l’identification précise de composés présents à l’état de traces sur des surfaces en associant la spectrométrie de masse avec ionisation chimique pour déterminer les signatures moléculaires et la désorption par microjets de plasma pour faire passer en phase gazeuse les substances présentes sur la surface à analyser. Les points clés sont de permettre une analyse haut débit grâce à la spectrométrie de masse, de préserver l’information moléculaire grâce à l’ionisation chimique et d’aller décoller les substances prohibées sans endommager les surfaces grâce aux plasma froids Le projet se situe dans la thématique « recherche de rupture en sécurité » ainsi que dans la thématique « protéger le citoyen et les infrastructures » car la mise en évidence, avec une grande précision et une grande sensibilité, des composés présents à l’état de trace sur des surfaces peut être un élément clé pour détecter des actions malveillantes, lutter contre la criminalité, le terrorisme ou le trafic de stupéfiants. Il est souvent difficile, après avoir manipulé des substances prohibées comme des explosifs ou des narcotiques, de ne pas en laisser des traces sur des surfaces. La faible volatilité de ces substances les rend difficiles à détecter mais assure aussi qu’elles restent présentes assez longtemps. Notre projet associe pour réaliser ses objectifs une équipe spécialiste des plasmas froids, une autre spécialisée en chimie des ions et développement expérimentaux en spectrométrie de masse et une start-up qui commercialise des spectromètres haute performances ainsi qu’un instrument de désorption thermique. Un des objectifs du projet est d’optimiser les différents éléments de la chaine analytique pour aboutir à un instrument précis sensible et compact : prélèvement, mode d’ionisation et analyse. Le mode de prélèvement est crucial. Les avantages que présentent les plasmas froids pour réaliser une désorption douce et peu couteuse énergétiquement font que leur utilisation dans le domaine de l’analyse est en croissance très rapide. Notre système devra permettre l’analyse haut débit de surfaces assez grandes. Le mode d’ionisation ne doit pas détruire l’information par une technique trop brutale. Il faut ioniser sans dissocier et c’est ce que permet l’ionisation chimique. Elle permet, de plus, d’ioniser spécifiquement les analytes recherchés sans ioniser le gaz porteur ce qui est essentiel pour avoir une bonne sensibilité. Une source originale sera développée pour la formation des ions précurseurs, à base de MHCD (Micro Hollow Cathode Discharge). La réaction avec le gaz prélevé aura lieu dans des conditions de pression et de renouvellement assurant sensibilité et temps de réponse rapide et un dispositif radiofréquence assurera une bonne transmission des ions produits de réaction L’analyse doit permettre d’identifier précisément les substances prohibées recherchées, sans risque de confusion. Pour cela la masse nominale n’est pas une information suffisante. La mesure de la masse exacte est une façon d’identifier précisément et de différencier suivant des molécules de formules chimiques différentes. Mais les instruments « haute résolution » ne se prêtent pas à une miniaturisation. C’est pourquoi nous développerons un analyseur basé sur un piège radiofréquence dans lequel nous mettrons en œuvre la fragmentation d’ions sélectionnés (technique MS/MS) pour identifier précisément les molécules.