Projets

La disponibilité de bases de données climatologiques de propriétés optiques spectrales de fonds de sol constitue un enjeu important dans de nombreuses thématiques tant civiles (réchauffement climatique, prédiction météorologique, processus écophysiologiques, hydrologie de surface ou évaluation de catastrophes naturelles) que militaires (traficabilité, préparation de mission ou surveillance stratégique). En effet, les indicateurs biogéophysiques caractéristiques de l'état de la surface peuvent être reliés à ces propriétés optiques, permettant in fine d'améliorer nos connaissances sur les processus régissant les interactions entre la surface (sol, végétation, mer) et l'atmosphère. Il existe des bases de données de réflectances de fonds de sol à couverture mondiale élaborées à partir de mesures satellitaires. Elles sont construites à partir de plusieurs années de données et permettent d'accéder à une bonne représentativité climatologique des propriétés optiques des fonds de sol, par contre leur couverture spectrale se limite au visible et à l'infrarouge jusqu'à 3 µm au maximum. Dans le cadre du PEA MIRA, une nouvelle base de données de propriétés optiques de fonds de sol couvrant le globe a été développée à partir d'une année de données MODIS. Cette base de données de réflectances et d'émissivités comporte 9 bandes spectrales entre 0.6 et 12.3 µm, pour un échantillonnage temporel de 8 jours et une résolution spatiale de 500 m (réflectances) et de 1 km (émissivité). En raison de sa couverture spectrale non continue, de son manque de représentativité climatologique et de sa taille importante, cette base est aujourd'hui difficilement exploitable. Cependant, elle constitue la première étape vers la génération d'une base de données globale de propriétés optiques de fonds de sol, couvrant l'ensemble du spectre entre 0.4 et 14 µm et climatologiquement représentative. L’objet du projet ECLIPS est donc de développer les méthodologies permettant de générer une climatologie spectrale de propriétés optiques de fonds de sol représentative des variabilités spatiale, temporelle et spectrale, à l'échelle du globe et à des résolutions compatibles des besoins à la fois civils et défense. Ces méthodologies seront appliquées à une portion du globe terrestre afin de démontrer la faisabilité du projet. Le produit final devra pouvoir être exploité par un code de transfert radiatif comme le code MATISSE développé à l'ONERA, ce qui implique un travail important sur le dimensionnement de la climatologie.

Ce projet se situe au carrefour de l'arithmétique et de la géométrie algébrique. Il vise à faire avancer de pair les aspects arithmétiques et géométriques de la théorie de Hodge $p$-adique en se concentrant sur deux grandes questions, parmi les plus ouvertes et les plus profondes, le programme de Langlands $p$-adique pour le côté arithmétique et la correspondance de Simpson $p$-adique pour le côté géométrique. Le programme de Langlands $p$-adique a vu le jour au tournant des années 2000 avec pour objectif de comprendre comment la théorie de Hodge $p$-adique côté représentations de Galois pouvait s'incarner côté représentations de $GL_n$ (elle est en effet essentiellement absente du programme de Langlands classique). Plus précisément, il s'agit de comprendre les représentations de $GL_n$ d'une extension finie de $Q_p$ portées par la cohomologie étale $p$-adique complétée d'une tour de variétés de Shimura. Ces représentations devraient au moins ``contenir'' la théorie de Fontaine des représentations galoisiennes $p$-adiques locales associées aux formes automorphes algébriques liées aux variétés de Shimura considérées (mais aussi à des formes automorphes $p$-adiques). Ce programme $p$-adique n'en est qu'à ses débuts (il est bien compris seulement pour $GL_2(Q_p)$) mais a déjà eu des applications profondes à des théorèmes de modularité. Notre objectif est de le développer et de le généraliser, en particulier de dégager des énoncés (éventuellement conjecturaux) qui vont largement au delà des résultats actuels. La correspondance de Simpson $p$-adique, initiée récemment par Faltings, vise à décrire toutes les représentations $p$-adiques du groupe fondamental d'une variété (propre et) lisse sur un corps $p$-adique en terme d'algèbre linéaire (modules de Higgs). La théorie en est encore à ses premières phases de développement, mais elle apparaît déjà comme une avancée théorique importante, ayant de nombreuses applications potentielles profondes aussi bien arithmétiques que géométriques (représentations galoisiennes $p$-adiques, cohomologie des variétés de Shimura, uniformisation $p$-adique,...). Notre projet vise à développer la correspondance $p$-adique sur le modèle de la théorie de Simpson complexe dont elle est inspirée. Nous nous proposons, en particulier, d'étendre son champ d'applications et de décrire le plus explicitement possible son image (ce qui correspond à la partie difficile des résultats de Simpson dans le cas complexe).

MEMOVE est un projet multi- et inter-disciplinaire qui a pour objectif de développer de nouveaux outils de modélisation mathématique et numérique, ainsi que de nouveaux protocoles expérimentaux pour la compréhension de l'électroperméabilisation par micropulses, de la cellule au tissu. Le consortium est composé de quatre partenaires aux compétences complémentaires: l'équipe projet INRIA MC2, qui est l'équipe porteur de projet et le Laboratoire de Mathématiques de Versailles ont acquis une grande expérience en modélisation ainsi qu'en analyse mathématique et numérique des équations aux dérivées partielles (EDPs), tandis que l'équipe Vectorologie et thérapies anticancéreuses UMR8203 (VAT lab) à l'Institut Gustave Roussy et le laboratoire de bioingénierie Ampère à Lyon ont une grande compétence en électroporation expérimentale ainsi que dans l'étude biochimique et numérique de l'influence des champs électromagnétiques sur les cellules et les vésicules. La modélisation de l'électroporation sera effectuée grâce à une forte interaction réciproque entre les expériences et les simulations numériques: les premières donnant les informations préliminaires à l'élaboration de modèles qui permettront de mettre en évidence les phénomènes prépondérants sur lesquels se focaliseront les nouvelles expériences. Le paramétrage des modèles d'EDP est le coeur du projet. Il sera effectué grâce à des techniques d'assimilation de données actuellement développées par MC2. A l'échelle de la cellule, il s'agira d'obtenir de nouveaux modèles cellulaires décrivant à la fois la perméabilisation membranaire par micropulses et les changements électrophysiologiques à l'intérieur de la cellule pendant le processus d'électroporation (flux ioniques, gonflement de la cellule...). De plus une analyse asymptotique rigoureuse sera effectuée pour étudier l'électropermeabilisation de cellules proches, tandis que parallèlement l'homogénéisation des modèles cellulaires fourniront un premier pas dans la compréhension de l'électroporation de populations de cellules en suspension de densité différentes. Du point de vue expérimental, de nouveaux microsystèmes seront développés, de façon à effectuer à la fois l'électroporation de vésicules et sa quantification en temps réel. Ces expériences mettront en évidence les particularités de l'électroporation cellulaire comparée à celle des vésicules. A l'échelle du tissu, MEMOVE propose de développer un modèle non-linéaire de conductivité tissulaire qui sera paramétré avec les expériences sur les pommes de terre et les foies de souris, grâce à des techniques d'assimilation de données basées sur la méthode POD. L'objectif final du projet, une fois que les outils de modélisation auront été obtenus, est de développer des outils de simulation numérique qui permettent l'optimisation de l'application du pulse sur de géométries réalistes de tissus, afin de proposer un code qui puisse être utile aux cliniciens traitant par électrochimiothérapie. Le maillage complet du corps humain développé par le laboratoire Ampère sera utile pour obtenir une optimisation robuste et fiable qui donne les meilleurs paramètres d'application des pulses. Les résultats in silico seront donnés aux expérimentateurs de VAT lab afin de les tester sur les petits animaux.

Le but de ce projet est l'obtention d'estimations spectrales, microlocales ou semi-classiques pour des opérateurs principalement non-autoajoints, et l'application de ces estimations à des problèmes dynamiques et d'évolution. Cela comprend en particulier des estimations de resolvantes, spectrales, pseudospectrales, numériques, de type loi de Weyl, ou sur les résonances. Les problèmes d'évolution peuvent être de type diffusion, dissipation, amortissement, propagation ou retour à l'équilibre, apparaissant en supraconductivité, en océanographie, en relativité, en théorie cinétique des gaz et plus généralement en physique mathématique. L'idée centrale du projet est de favoriser les interactions entre les chercheurs qui travaillent à l'obtention de ces estimations et ceux qui étudient ou modélisent des problèmes d'évolution.

Les câbles sont présents dans les systèmes électriques ou électroniques, de manière discrète car considérés comme peu importants : leur rôle est pourtant fondamental, (alimentation électrique ou transmission d’information). Cependant la maintenance est négligée et aucun système n’existe pour en fournir un diagnostic rapide et précis. L’exemple des transports : la course à plus de sécurité et de confort, plus les contraintes du développement durable, entraîne une augmentation de la part de l'électronique dans l'automobile. En trente ans, la longueur des câbles d’automobile a décuplé, passant à plus de 4000 mètres : le réseau d’interconnexion est considéré par les constructeurs comme un maillon faible pour les véhicules modernes. L’augmentation de complexité s’accompagne de l’augmentation du taux de pannes. Pour aider à la maintenance, les calculateurs embarqués dans les véhicules sont équipés de fonction d’autodiagnostic. Ceci a permis de voir que 70% des équipements renvoyés aux constructeurs étaient en état de fonctionnement. La panne venait d’autre chose… le faisceau de câbles et la connectique. L’exemple du secteur automobile n’est pas isolé. Les bâtiments et infrastructures ont des ordres de grandeurs supérieurs : 1000 km de câbles dans une centrale nucléaire, 5000 km dans un bâtiment moderne, et 50000 km le long des voies ferrées en France. Un domaine d’application est en train d’apparaître : les smart grids, réseaux d'électricité intelligents qui utilisent des technologies informatiques pour optimiser la production et la distribution ainsi que l'offre et la demande entre producteurs et consommateurs. Le diagnostic de câbles est fondamental dans ce domaine, pour le réseau principal de distribution et les réseaux secondaires. De quoi donner des cauchemars aux agents chargés de la maintenance. Car c’est bien de maintenance qu’il s’agit dans un premier temps : déceler les signes précurseurs d'un défaut de connexion filaire, localiser précisément l’endroit du défaut pour le réparer en un temps minimum, si possible sans interrompre le service. Le besoin d’un système de diagnostic – détection, localisation et caractérisation – de défauts dans un réseau de câbles est aujourd’hui présent pour de nombreuses applications. Ce besoin a été identifié il y a quelques années et a conduit au lancement de plusieurs projets, financés par l’ANR ou EUREKA : le projet SEEDS suivi de 0-DEFECT dans l’automobile, INSCAN pour les câbles le long des voies ferrées, VECADIS pour les câbles HTA enterrés... Ces travaux coopératifs ont permis de jeter les bases des méthodes de diagnostic de câbles – avec une preuve de faisabilité dans le cas des défauts francs (court-circuit, circuit ouvert) – et quelques résultats théoriques sur les problèmes inverses associés dans le cas des défauts non francs. Ils ont aussi permis d’en identifier les limites. Une des principales limites des méthodes, basées sur le principe de la réflectométrie, est la difficulté à détecter des défauts non francs (tels que rupture de brins, usure localisée de l’isolant, blindage percé) qui sont souvent les signes avant-coureurs de problèmes plus fâcheux. S’il était possible de détecter et localiser précisément ces défauts, cela aiderait à la maintenance préventive ou le pronostic. En effet, si l’information de défaut est importante, prévenir de l’apparition prochaine du défaut peut se révéler très avantageux. C’est le pronostic : détecter les prémisses de l’apparition d’un défaut pour prévenir la maintenance ou le superviseur afin d’augmenter la durée de vie et la fiabilité du système. L’objectif du projet SODDA est d’étudier, en alliant théorie et expérimentation, les signatures des défauts non francs et de concevoir des méthodes innovantes et adaptées à ces signatures a priori très difficiles à déceler. Le projet sera mené par un consortium académique, en proche contact avec un comité industriel chargé d’orienter les travaux vers des préoccupations réalistes et pertinentes.

La détection des ondes gravitationnelles primordiales est l’un des défis les plus importants de la physique expérimentale actuelle. Une manière d’y arriver est la mesure des modes B de polarisation du fond diffus cosmologique. Cependant, un manque important de certains composants limitent notre capacité à détecter ce signal. En effet, cette détection nécessite une grande immunité aux effets systématiques instrumentaux en plus de la sensibilité de la détection. Cette immunité peut être atteinte en considérant un assemblage particulier de composants très efficaces pour réaliser des architectures de détection avancées. La technologie planaire associée aux métamatériaux peut nous fournir des solutions précieuses pour pouvoir résoudre des problèmes allant de la miniaturisation des composants (pour les matrices de détecteurs) à la fabrication de composants très large-bandes pouvant réaliser des fonctions de couplage, de filtrage ou de modulation très rapide du signal. C’est la raison pour laquelle nous mettons un effort particulier sur une activité de Recherche et Développement en synergie avec trois laboratoires de recherches présentant des savoir-faire distincts et complémentaires. En effet, l’expertise de l’Institut d’Electronique Fondamentale dans le domaine des métamatériaux et des technologies de dépôt de couches minces constitue le point de départ de cette collaboration. Le laboratoire AstroParticule et Cosmologie possède des facilités de caractérisation vectorielle à des fréquences millimétriques et à 4K. Ces facilités de tests sont inévitables pour l’aboutissement du projet. De plus, ce même laboratoire constitue le lien avec la cosmologie observationnelle à travers son implication dans le projet QUBIC (Q and U Bolometric Interferometer for Cosmology). L’Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS) possède lui une expertise non moins nécessaire dans le domaine des détecteurs bolométriques. Ces derniers sont les plus sensibles dans les longueurs d’onde qui nous intéressent (1mm). L’IAS a donc le savoir faire nécessaire pour étudier, améliorer et caractériser le couplage entre les composants micro-ondes basés sur les métamatériaux et les bolomètres.

Ce projet vise à étudier expérimentalement plusieurs aspects des ondes non linéaires et de la turbulence en fluides stratifiés ou en rotation. L’objectif principal consiste à développer des expériences simples et bien contrôlées destinées à explorer et caractériser certains des principaux mécanismes physiques mis en jeux dans les écoulements géophysiques impliquant le transport, le mélange et/ou la turbulence dans l’océan. Les configurations idéalisées proposées dans ce projet comprennent l’auto-interaction d’un faisceau d’ondes inertielles ou internes, la génération d’écoulement moyen pouvant en résulter, le mélange induit par le déferlement d’ondes, et enfin la transition à la turbulence d’ondes. Le mélange et le transport de polluants, de composants biochimiques et de chaleur, et leur rôle dans l’équilibre thermique global de l’océan sont parmi les questions clefs concernées par ce projet. Le projet est mené par deux laboratoires partenaires, Fluides Automatique et Systèmes Thermiques - FAST (Université Paris-Sud, Orsay) et le Laboratoire de Physique de l’Ecole Normale Supérieure de Lyon. Ces deux laboratoires sont reconnus pour leur compétence dans les écoulements de fluides tournants et stratifiés, respectivement, ainsi que dans les méthodes expérimentales de pointes servant à étudier ces écoulements, comme la Vélocimétrie par Imagerie de Particules (PIV), La Fluorescence Induite par Laser (LIF) et la méthode de Schlieren Synthétique. Un ensemble d’expériences de laboratoire, fondées sur la plate-forme tournante « Gyroflow » à Orsay et sur le générateur d’ondes innovant dans les cuves stratifiées à Lyon, est proposé dans ce projet pour étudier les phénomènes physiques mis en œuvre dans certains écoulements géophysiques. Les ondes se propageant dans les fluides tournants ou stratifiés (respectivement ondes inertielles et ondes internes) sont gouvernées par une relation de dispersion anisotrope similaire. Il en résulte qu’elles ont en commun un certain nombre de propriétés, en ce qui concerne leur génération, leur propagation et leur réflexion. Cependant, ces deux systèmes d’ondes montrent certains comportements non linéaires très différents, comme par exemple le transport moyen ou certaines instabilités. Ces points communs et ces différences donnent une perspective originale à l’étude combinée que nous proposons, où la complémentarité de nos compétences respectives formera la base de notre collaboration. En considérant les systèmes tournants et stratifiés séparément et en les comparant, nous pensons pouvoir développer une meilleure compréhension des processus élémentaires mis en jeu dans l’atmosphère et l’océan. L’approche expérimentale présente plusieurs avantages pour ce projet : (i) les simulations numériques sont très exigeantes, à cause de la grande gamme d’échelles temporelles mises en jeu, entre les ondes rapides et les effets non linéaires lents ; (ii) les avancées récentes en techniques de mesures optiques, comme par exemple en PIV, ont rendu les expériences de laboratoire particulièrement performantes en termes de résolution spatiale et temporelle. Dans le cas des fluides en rotation, un système de PIV stéréoscopique sera développé dans le cadre de ce projet, permettant de sonder les caractéristiques 3D propre à ce système. Dans le cas des fluides stratifiés, les combinaisons PIV/Schlieren et PIV/LIF permettront de mesurer simultanément les champs de vitesse et de densité, dont l’interaction est au cœur de nombreux processus physiques dans les domaines de la géophysique et de l’environnement. La résolution spatiale de nos dispositifs permettra d’avoir accès aux grandeurs turbulentes, comme par exemple les viscosités et diffusivités turbulentes et les spectres spatio-temporels. En s’appuyant sur ces outils, nous pourrons étudier plusieurs aspects de l’interaction entre ondes inertielle/interne et turbulence, un sujet encore largement inexploré à ce jour.

La recherche sur la croissance, les propriétés physiques et l’intégration dans des dispositifs fonctionnels de nanofils (NF) ferromagnétiques (FM) s’est intensifiée ces dernières années. Leur aspect (diamètre de 10-100 nm, longueur pouvant dépasser 1 micron) confère aux NF des propriétés magnétiques originales, dominées par des effets de forme. Ces nano-objets pourraient ainsi être utilisés comme briques de base dans des dispositifs de stockage de l’information. Ils sont également intéressants dans le domaine de la spintronique : la structuration le long de leur axe (NF Co/Cu/Co, par exemple) a permis de mettre en évidence des effets de magnéto-résistance géante (GMR). Malgré les perspectives offertes par de tels objets, il reste encore des verrous à lever en vue de leur utilisation dans des dispositifs, comme par exemple leur intégration dans des hétérostructures fonctionnelles épitaxiales. Franchir une telle étape permettrait d’envisager des études originales en nano-spintronique. Des progrès peuvent également être réalisés sur la réduction de taille des NF, par le choix de la technique d’élaboration. Les méthodes utilisées le plus couramment permettent difficilement de réduire leur diamètre en dessous de ~5-7 nm. L’étude des propriétés magnétiques dans la gamme de dimensions 1-5 nm est novatrice et s’avère très excitante. Les méthodes courantes utilisées pour élaborer des assemblées de nanofils consistent à remplir les pores d’un gabarit avec un matériau ferromagnétique. Le gabarit est constitué de polymères ou d’alumine poreuse et le remplissage des pores s’effectue le plus souvent par électro-déposition. Ces techniques d’élaboration permettent notamment d’obtenir des assemblées de nanofils relativement ordonnées, des longueurs de fils élevées (supérieures au micron) ainsi que des nanofils hybrides, constitués d’empilements alternés de deux métaux (e.g. Co/Cu pour la GMR). Cependant, elles présentent certaines limitations : le diamètre des fils est supérieur à ~5-7 nm ; la densité des fils est assez élevée ; l’intégration épitaxiale est difficile. Nous avons démontré récemment la possibilité d’obtenir des assemblées de nanofils ferromagnétiques de diamètre très faible (3 nm). Ces NF se forment spontanément durant la croissance de couches épitaxiales de CeO2 contenant du cobalt déposées par ablation laser pulsée (PLD, pulsed laser deposition) sur SrTiO3(001). Ces résultats préliminaires prometteurs constituent le point de départ de ce projet. Etant donné ce contexte, les objectifs poursuivis par ce projet sont : -Elaborer des nanofils ferromagnétiques de diamètre compris entre 1 et 5 nm et étudier leurs propriétés électriques et magnétiques. Dans cette gamme de dimensions, le diamètre des nanofils est comparable ou plus petit que des longueurs physiques caractéristiques comme le diamètre critique de retournement par rotation cohérente ou la largueur des parois de domaine. Ceci fait des NF des objets très intéressants pour des études originales de nanomagnétisme. -Valider des stratégies d’intégration des nanofils dans des hétérostructures épitaxiales en vue de leur utilisation ultérieure en nano-spintronique. Ceci impliquera à la fois des études de croissance et de traitements post-croissance, comme par exemple : déterminer la stabilité des NF sous traitement oxydant et modifier leur aspect par des traitements thermiques (transformation d’un fils en chaîne de clusters via l’instabilité de Rayleigh ?).

L'objectif principal de ce projet est un développement majeur de la théorie de la transition entre états cohérents et états incohérents dans les systèmes quantiques fermés, et son application à un certain nombre de systèmes d'intérêt actuel en physique des solides. Une meilleure compréhension des ces systèmes est importante pour un certain nombre d'applications pratiques. Notre projet part d'une avancée théorique récente dans laquelle nous avons développé la méthode de cavité pour résoudre le problème de la formation et la destruction des états cohérents dans un modèle quantique extrêmement simplifié. Ce modèle peut être considéré comme un modèle simple de la transition supraconducteur-isolant induite par le désordre. La solution de ce modèle montre que , lorsque le désordre augmente, la supraconductivité est détruite. L'état qui en résulte est un `isolant faible' dans lequel les excitations de basse énergie sont cohérentes tandis que celles de hautes énergies ne le sont pas. Si on augmente encore le désordre, on rencontre une seconde transition de phase où toutes les excitations deviennent cohérentes (`isolant fort'). Une question ouverte essentielle, importante pour l'application de cette théorie aux systèmes de matière condensée, est de savoir si des versions plus élaborées de ce modèle conduisent à un diagramme des phases différent. En particulier, dans quel cas peut-on attendre une transition directe entre l'état ordonné et l'isolant fort, ou bien, à l'opposé, quand doit-on attendre la transition directe vers un état où toutes les excitations sont incohérentes, y compris celles de basse énergie. Un certain nombre de résultats expérimentaux semblent indiquer que les trois scénarios pourraient être possibles, et réalisés dans des systèmes physiques différents. Notre recherche, du côté théorique, va porter sur des développements de notre approche analytique récente, la simulation numérique de petits systèmes, et le développement de nouvelles approches théoriques. Nous allons appliquer la théorie que nous développerons à la description des données de spectroscopie tunnel sur des films de TiN obtenues par l'un d'entre nous, ainsi qu'à l'analyse de nouvelles données sur les réseaux de jonctions Josephson, actuellement en cours dans le groupe du Prof. Gershenson à Rutgers. Ce volet de notre recherche sera donc effectué en collaboration étroite entre les théoriciens et les groupes expérimentaux, il s'appuiera sur une combinaison de techniques analytiques et numériques. Un des objectifs de la théorie est d'arriver à décrire les caractéristiques courant-tension fortement non-linéaires observées, ce qui demande d'estimer de grands ordres de la théorie de perturbation et de la resommer. Un autre aspect de notre projet consistera en l'évaluation des temps de relaxation des systèmes à deux niveaux situés sur les surfaces isolantes des supraconducteurs. Ces systèmes à deux niveaux limitent les facteurs de qualité des résonateurs et le temps de cohérence des qubits supraconducteurs, la compréhension de cet effet est donc importante pour ces applications. Cette recherche sera aussi effectuée en contact étroit avec les groupes expérimentaux.

Les mouvements browniens contraints à ne pas se croiser, ou marcheurs aléatoires répulsifs, sont au coeur d'un certain nombre de modèles fondamentaux de mécanique statistique. Ils permettent une description unifiée du mouvement Brownien matriciel, de modèles de croissance stochastiques, de polymère dirigé en milieu aléatoire ou de facettes de cristaux. Dans ce projet WALKMAT nous proposons d'étudier ces modèles de marcheurs répulsifs dans deux nouvelles directions dont les objectifs sont : (i) de fournir une approche physique, utilisant les outils de la physique théorique, aux problèmes de fluctuations rares et extrêmes dans différents modèles statistiques, notamment dans le contexte des matrices aléatoires, et (ii) d'exploiter et de comprendre en détail les connexions entre ces modèles de marcheurs répulsifs et les théories de champ de jauge bi dimensionnelles, que les membres de notre projet ont récemment mises en évidence.

Le projet ADVICE (ADVanced applications of dIamond NV color CEnters) vise au développement de composants innovants dont les performances sont fondées sur les propriétés physiques uniques des centres colorés NV. Partant de leur fabrication dans le diamant monocristallin ultra-pur synthétisé par croissance CVD, le projet a trois objectifs principaux : l’implantation de centres NV uniques avec une résolution spatiale de 10 nm pour l’information quantique, la production d’ensembles de centres NV avec des temps de cohérence longs pour la magnétométrie, et la nanostructuration de cristaux de diamant de haute pureté pour réaliser des pointes AFM et des sources efficaces de photon unique. Le projet comporte deux partenaires académiques (LPQM / CNRS et ENS Cachan ; LSPM / CNRS et Université Paris-XIII) et deux partenaires industriels (Thales Research and Technology: TRT ; CEA LIST). Un partenaire allemand (Ruhr Universität Rubion) participera au projet sans être financé. Ensemble, les partenaires maîtrisent toute la chaine, de la production des centres NV dans le diamant CVD ultrapur par implantation ionique et allant jusqu'à leur utilisation pour des applications déterminées. Le LPQM coordonnera le projet. Il sera en charge de la tâche sur la magnétométrie de haute précision et s'impliquera dans d’autres tâches du projet telles que l’implantation des centres NV uniques et leur caractérisation par microscopie STED. Le LSPM sera en charge de la tâche sur la synthèse et la fourniture d’échantillons de diamant CVD avec des propriétés contrôlées et optimisées. De plus, le LSPM testera des techniques originales de croissance afin d’obtenir des densités élevées de centres NV ayant de longs temps de cohérence de spin. Thales sera en charge de l’implantation déterministe des centres NV uniques, obtenue grâce à la réalisation de masques par lithographie électronique. Thales contribuera aussi activement au développement du magnétomètre à haute sensibilité. Le CEA LIST sera en charge de l’ingénierie du diamant nano-structuré et du contrôle des effets de surface. Rubion est le spécialiste de l’implantation d’ions azote dans le diamant et il réalisera des irradiations variées pour optimiser le processus de création des centres NV par implantation. ADVICE est un projet de recherche fondamentale orientée vers les applications. Les propriétés uniques de cohérence de spin des centres NV, préservées à température ambiante, sont très prometteuses pour les capteurs "cohérents". Les tâches menées dans ce projet peuvent donner des résultats directement exploitables par les partenaires développant des applications industrielles : Thales et le CEA. Le magnétomètre de haute précision pourrait être intégré dans les détecteurs d’anomalies magnétiques , servir à l’imagerie 2D en spintronique ou pour le suivi d’échanges ioniques dans des cellules. Le projet peut aussi avoir des retombées dans d’autres domaines d’application liées à l’amélioration de la croissance CVD du diamant. Le silicium sur diamant est une technique qui permet de réduire les problèmes de chauffage rencontrés dans les microprocesseurs modernes, et les filtres à ondes de surface sur substrat de diamant ont des propriétés inégalées en termes de qualité et de bande-passante. Les résultats obtenus par les membres du consortium seront présentés dans des revues scientifiques et des conférences internationales. En parallèle, une attention particulière sera apportée à leur protection. Aucune publication ne sera faite sans l’accord préalable des partenaires et une recherche de brevetabilité. Ce point sera entériné au travers de l’accord de consortium que les partenaires signeront. En conclusion, le succès d’ADVICE conduira à un progrès majeur dans la compréhension et le contrôle des propriétés fondamentales des centres NV dans le diamant ultrapur ainsi que dans leurs applications. Le projet représente un investissement stratégique dans un domaine très prometteur de la technologie d’aujourd’hui.

Ce projet, d’une durée de 3 ans, vise à réaliser, en régime femtoseconde, le premier laser à rayons XUV par recombinaison dans la gamme du nm. Les récents progrès réalisés dans le domaine de la production de faisceaux lasers XUV par injection d’harmonique permettent en effet aujourd’hui d’envisager la démonstration du schéma d’inversion de population par recombinaison le long de transitions 3l-2l’ dans un plasma de néon lithiumoïde. Toutefois les difficultés expérimentales à surmonter pour mener à bien cette étude sont nombreuses et une approche multi-tâches est proposée pour les lever progressivement. L’originalité du projet, et son caractère ambitieux, réside en particulier dans la mise au point d’une véritable « chaine laser » dont le milieu amplificateur est créé par l’interaction et le guidage, sur plusieurs centimètres, d’un laser intense (doublé et/ou triplé en fréquence) avec un jet de gaz laminaire de densité proche de 1021 cm-3. Ceci implique un certain nombre de développements numériques et techniques mettant en jeu des technologies et des connaissances théoriques sophistiquées, pour la plupart développées et maîtrisées par les partenaires du projet. Le succès du projet repose en effet sur la mise en place d’une collaboration solide et durable entre cinq laboratoires français, internationalement reconnus en interaction laser-matière à haute intensité : le LOA, le CEA-Saclay, l’ISMO, le LPGP et le LULI, qui permet de réunit, outre des moyens techniques (codes numériques, accès privilégié aux installations SLIC et LOA, diagnostics IR et X….), des expertises uniques dans le domaine des lasers X et de leurs applications.

QUBIC est un concept instrumental novateur dédié à la recherche de la polarisation B du fond diffus cosmologique (CMB). Ce rayonnement est prédit dans le cadre des théories d'inflation comme résultant des perturbations tensorielles de la métrique (ondes gravitationnelles primordiales). Sa découverte serait une avancée considérable en cosmologie, ouvrant une nouvelle fenêtre sur l'Univers primordial. Le niveau des modes-B est directement relié au rapport tenseur/scalaire dont la valeur permet de distinguer entre le modèles d'inflation compatibles avec les données actuelles. La quête des modes B est l'un des défis de la cosmologie observationnelle moderne et plusieurs équipes, en particulier aux USA proposent des instrument (des imageurs). QUBIC est le seul projet européen de recherche de modes-B. QUBIC sera le premier interféromètre bolométrique, combinant les avantages des bolomètres en termes de sensibilité (limitée par le bruit de photons) à ceux de l'interférométrie en termes de contrôle des effets systématiques. Dans sa version finale, QUBIC comportera 6 modules de 400 cornets primaires. Un module comprend 400 cornets en configuration carrée, situés derrière la fenêtre d'un cryostat, servant à sélectionner les lignes de base (modes de Fourier) de l'interféromètre. C'est donc l'équivalent millimétrique de l'interféromètre de Fizeau avec 400 ouvertures. Le signal de ces cornets est réémis via des cornets secondaires vers un combineur optique situé dans le cryostat. Une lame demi-onde rotative module la polarisation. Finalement, une grille polarisante sépare le signal en ses deux polarisations qui se focalisent chacune sur un plan focal équipé de bolomètres. En interférométrie traditionnelle, l'observable est la visibilité dont la TF inverse est l'image synthétique. Notre observable est directement l'image synthétique, pour les paramètres de Stokes Q et U (après démodulation de la rotation de la lame-demi onde). Notre instrument peut donc être utilisé comme un imageur synthétique, en scannant le ciel (et en récupérant ainsi le paramètre de Stokes I), en fabricant des cartes et en reconstruisant les spectres angulaires polarisés à partir de ces dernières. Notre lobe est cependant significativement différent de celui d'un imageur (formé par les cornets et le telescope) puisqu'il est le résultat des modes de Fourier selectionnés par les cornets d'entrée. La sensibilité d'un tel instrument est comparable à celle d'un imageur alors que le contrôle des effets systématiques sera amélioré par sa nature interférométrique. Le lobe synthétique peut être connu très précisément grâce à deux techniques. La première st classique: observer une source ponctuelle (un calibrateur externe) et reocnstruire des cartes de lobes. La seconde est spécifique à notre instrument et se base sur sa nature interférométrique: on observe la source de calibration avec chacune des paires de cornets possibles (en utilisant des interrupteurs en guide d'onde pour fermer alternativement certains cornets) et on utilise la redondance de nos lignes de base pour reconstruire les paramètres des effets systématiques (gains, couplages de polarisation, position des cornets) pour chaque canal (cornet et bolomètre) séparément. Ces paramètres sont alors pris en compte dans l'analyse de données, qui bénéficie donc d'un niveau supplémentaire de contrôle des effets systématiques par rapport aux imageurs. La présente demande vise à financer la contribution française au premier module de QUBIC (permettant de contraindre un rapport tenseur/scalaire de 0.05 à 95% C.L. en un an) qui comportera 400 cornets primaires à 150 GHz et deux plans focaux de 1024 TES. La France est leader du projet et nous sommes impliqués dans la simulation et l'analyse de données, la chaîne de détection, la fabrication des cornets et interrupteurs de guide d'onde et dans l'intégration finale.

Il est aujourd’hui bien établi que la fonction des protéines est intimement liée à leur dynamique structurale. Cette dynamique trouve sa source dans des changements structuraux locaux de la protéine, dont les temps caractéristiques sont ceux des vibrations des molécules. Ces échelles de temps ne sont pas accessibles par les techniques usuelles de détermination de structure que sont la RMN ou la diffraction de rayon X. Et, parce qu’elle permet d’observer la dynamique vibrationnelle ultra-rapide des molécules lors de processus chimiques ou biologiques, la spectroscopie femtoseconde à 2 dimensions s’est imposée lors de la dernière décennie comme une technique puissante d’observation de ces phénomènes. En parallèle, des méthodes de façonnage d’impulsions dans l’infrarouge moyen ont été développées, ouvrant la voie à des techniques de contrôle direct des vibrations moléculaires, offrant ainsi de nouvelles perspectives d’étude de dynamique structurale des protéines. Par ailleurs, de récents modèles théoriques, basés sur des mélanges de calculs quantiques et classiques, permettent aujourd’hui de sonder des processus dynamiques complexes, prenant en compte un environnement riche d’un grand nombre d’atomes et d’interactions multiples. L’objectif de cette proposition de projet est de parvenir au contrôle cohérent vibrationnel d’un ligand diatomique comme le monoxyde de carbone (CO), au sein de différentes hémoprotéines. Une telle technique permettra d’investiguer la surface d’énergie potentielle de liaison de ces protéines, encore mal connue, et impliquera alors une meilleure compréhension de la dynamique vibrationnelle. Atteindre ce but n’est envisageable qu’à condition d’une collaboration conjuguant des efforts théoriques, expérimentaux, et technologiques. Afin de mener à bien ce projet, il sera en effet nécessaire de disposer d’une technologie de façonnage d’impulsion femtoseconde dans le moyen-infrarouge performante au point de rendre possibles les expériences de contrôle cohérent envisagées. Puis, de nouveaux modèles théoriques devront être élaborés, incluant d’une part la nature quantique du système, et d’autre part la dynamique moléculaire classique de molécules complexes comme les hémoprotéines. Ces méthodes seront alors confrontées aux résultats expérimentaux, obtenus en régime perturbatif à l’aide de la spectroscopie multidimensionnelle tout d’abord, puis issus d’expériences de contrôle cohérent vibrationnel en forte intensité à l’aide d’impulsions façonnées. La molécule CO, comme ligand lié aux hémoprotéines, constituera le système expérimental à partir duquel nous élaborerons notre méthodologie. En effet, malgré leur complexité, les protéines présentent des environnements plus homogènes pour l’activité dans le moyen-infrarouge que des systèmes plus simples. De plus, les ligands des hémoprotéines peuvent être facilement dissociés à l’aide d’impulsions visibles, impliquant que la molécule CO peut également être un sujet d’étude de l’environnement protéinique en d’autres points intéressants, comme le site d’accueil. En résumé, l’objet de cette proposition, via la compréhension profonde et détaillée de la dynamique de l’interaction ligand-protéine, est l’étude approfondie du fonctionnement des protéines. Notre proposition de recherche est une collaboration impliquant quatre partenaires : le Laboratoire d’Optique et Biosciences (LOB), de l’école Polytechnique, à Palaiseau, le Laboratoire Collisions, Agrégats et Molécules (LCAR) de l’université Paul Sabatier de Toulouse, l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay (ISMO) de l’université Paris-Sud 11 à Orsay et la société FASTLITE dont le laboratoire de recherche est aussi situé à Orsay.

Le but de ce projet est le développement de nouvelles familles d’acides de Brønsted chiraux pour des applications en organocatalyse asymétrique. Les structures originales ciblées sont des acides phosphoriques possédant comme source de chiralité une chiralité plane, à savoir un Ferrocénophane tétrasubstitué ou un paracyclophane. A notre connaissance, des acides de Brønsted à chiralité plane n’ont jamais été utilisés en organocatalyse. Ces nouveaux acides vont pouvoir être synthétisés selon des approches synthétiques simples et efficaces, qui permettront une modification rapide de leurs propriétés stéréo-électroniques. Des études théoriques prédictives vont être utilisées dans ce projet pour guider les synthèses des nouveaux squelettes et pour mieux rationaliser le lien entre les excès énantiomériques obtenus dans des réactions tests et la structure tridimensionnelle des catalyseurs. Notre premier objectif est donc de trouver et de mettre en œuvre des méthodes synthétiques efficaces afin de synthétiser une petite librairie de nouveaux acides phosphoriques chiraux. Dans une deuxième partie, ces acides seront testés dans des réactions d’organocatalyse modèles afin de pouvoir comparer nos nouveaux catalyseurs avec ceux déjà existants, tant au niveau de l’activité catalytique que de l’enantiosélectivité. Nous les utiliserons ensuite dans des réactions qui ne sont pas encore maitrisées, et qui pourtant possèdent un fort potentiel synthétique, telles que certaines réactions de Friedel-Crafts ou les cyclisations de type Nazarov. Durant toute la période d’optimisation des réactions précitées, des calculs DFT viendront supporter la conception des nouveaux catalyseurs, ainsi que l’étude de leurs modes d’activation et des mécanismes des réactions envisagées.

Certaines phycotoxines marines (spirolides et gymnodimines) produites par des dinoflagellés peuvent être transférées et concentrées dans les fruits de mer puis, par transport vectoriel, atteindre les animaux marins et les êtres humains. En 2005, les spirolides ont été détectés dans les huîtres et les moules du bassin d'Arcachon en France, ce qui a conduit les autorités sanitaires à interdire leur commercialisation provoquant ainsi de fortes pertes économiques pour la filière conchylicole (350 entreprises). Jusqu’à présent ces toxines marines étaient détectées par l’injection d’extraits de crustacés ou d’huîtres à des souris de laboratoire, la mort des souris traduisant la présence de toxines. Ce test, très controversé du fait de sa spécificité et sa sensibilité modestes, a été abandonné en janvier 2010. De plus, aucune étude toxicologique n’a été réalisée à ce jour afin de déterminer l’impact à long terme des spirolides sur la santé humaine. Une des raisons à cela est la difficulté à isoler les spirolides naturels avec des rendements suffisants pour en permettre leur étude. En raison de leurs structures chimiques complexes et de leurs propriétés biologiques, certains spirolides et une gymnodimine font l’objet d’intenses recherches en chimie fondamentale. Récemment il a été montré que le 13-desmethyl spirolide C était le composé le plus actif de la famille des spirolides et qu'il présentait des propriétés d'antagoniste des récepteurs nicotinique de l'acétylcholine avec une faible spécificité pour un sous type de récepteur. Des fragments de spirolides ont été synthétisés, mais aucune synthèse totale de spirolide n’a encore été décrite. L'objectif de ce programme de recherche est de réaliser la synthèse totale du 13-desmethyl spirolide C en utilisant une stratégie de synthèse originale tout en développant des stratégies innovantes convergentes et efficaces pour construire les fragments nord et sud. Le fragment nord qui comporte un motif spiroimine sera synthétisé selon un approche basée sur une réaction d'allylation asymétrique décarboxylative ainsi que sur une réaction de cycloaddition [3+2] d'un azide avec une double liaison. Le fragment sud caractérisé par un motif bis-spirocétal sera synthétisé en utilisant une réaction de sila-Setter. Les fragments nord et sud seront assemblés grâce à un couplage de Nozaki-Hiyama-Kishi. Le macrocycle sera formé en utilisant une réaction de fermeture de cycle par métathèse. Les résultats obtenus au cours de ce programme contribueront à l'élaboration de nouvelles méthodes en synthèse organique pour accéder à des squelettes originaux. Ils devraient fournir un accès à de plus grandes quantités de complexes macrocycliques marins rares et fournir notamment du 13-desmethyl spirolide C aux biologistes, pour réaliser des études toxicologiques. Finalement, comme objectif à long terme, ils permettront de contribuer au développement d'un nouveau test, plus sensible, précis et pratique que ceux utilisés précédemment pour détecter les spirolides dans les échantillons de fruits de mer.

Le but de ce projet de recherche est de développer la chimie des complexes NHC-composés du groupe principal de manière significative. L'objectif est de mettre au point des nouveaux réactifs et catalyseurs pour des transformations de chimie organique. • Nous désirons renforcer notre compréhension de la chimie des complexes NHC-borane. Ces derniers posent encore des problèmes sans solution, par exemple leur hydroboration. De même, leurs réactivités ionique et organométallique sont restées au stade de la preuve de concept. Elles méritent donc qu'on y apporte plus d'attention. Nous rechercherons également d'autres classes de carbènes que les NHC pouvant complexer le bore. • Il existe quelques articles épars traitant de la chimie des complexes NHC-Si, principalement en chimie des polymères. Cependant, l'analyse systématique de l'interaction NHC-Si n'a à notre connaissance pas été faite. C'est l'un des objectifs de ce projet. Le fait que Si soit un élément du groupe 14 pouvant conduire à des espèces hypervalentes pourrait ouvrir la voie à des processus organiques catalytiques. • Enfin, les silaboranes combinent les deux éléments précédemment étudiés. Il nous apparait important d'étudier leur réactivité vis-à-vis des NHCs afin de déterminer si les réactivités de chacun des éléments peuvent également être combinées pour conduire à de nouvelles réactions.

Le projet BIOOPOM consiste en l’élaboration d’une nouvelle classe de matériaux moléculaires multifonctionnels comportant des entités polyoxométallates (notées POMs et définies comme des oxydes moléculaires contenant des polyèdres {MOx}, où M = V(IV,V), Mo(VI), W(VI)…) sur lesquels sont greffés de manière covalente des ligands organiques fonctionnels. Cette classe de molécules offre l’opportunité d’accéder, et ce à partir d’une même famille de composés hybrides, à deux propriétés fondamentales : le photochromisme d’une part et l’activité anticancéreuse d’autre part. Ce projet est né de résultats récents et particulièrement prometteurs basés sur l’étude d’un composé POM Mo(VI)/bisphosphonate dont les propriétés optiques et biologiques ont été publiées à la fin de l’année 2010 (Chem. Commun. 2010, 46, 7733 et Chem. Eur. J. 2010, 16, 13741 respectivement). Premièrement, il doit être souligné qu’à l’état solide les performances des POMs dans le domaine du photochromisme, en termes de vitesse de coloration comme de contraste, peuvent rivaliser avec celles des composés photo-actifs purement organiques. Dans le cas des POMs, le mécanisme impliqué a pu être rationalisé en termes de transfert d’électron intramoléculaire, couplé à un transfert de proton entre un groupement organique et le POM. Mais à ce jour, les seuls composés efficaces consistent en des systèmes comportant des contre-ions organoammoniums (COAs) dont le rôle est fondamental. Ainsi, ces composés ioniques peuvent être considérés comme extrinsèquement photochromes dans le sens où la propriété photochromique ne dépend pas exclusivement du bloc POM, mais est profondément dépendante de l’interface POM/COAs, difficilement contrôlable lors des processus d’auto-assemblages. Nous proposons ici de développer une famille de composés POMs intrinsèquement photochromes. Notre stratégie consiste à greffer de façon covalente un groupement organique donneur de proton sur le cœur inorganique. Une telle approche doit permettre d’optimiser le transfert de proton. De plus, de façon importante, cela doit permettre l’élaboration de matériaux comportant des contre-ions organiques fonctionnels comme des spiropyranes cationiques, une famille de composés photochromes, et d’ainsi accéder à des systèmes multi-couleurs. Des dérivés de ligands bisphosphonates (BPs) de formule générale [O3PC(OH)(R2)PO3]4-, où R2 est un groupement amino capable de former des liaisons hydrogènes, seront synthétisés et leur réactivité avec des ions Mo(VI) étudiée. Le but ultime de cette partie du projet est d’élaborer la famille de POM photochrome la plus performante, c’est à dire possédant de grandes vitesses de coloration et une large palette de couleurs. Par ailleurs, les POMs sont depuis longtemps étudiés pour leurs propriétés biologiques. Néanmoins, il n’existe à ce jour aucune étude médicale impliquant des POMs sur lesquels sont greffés des ligands eux-mêmes actifs biologiquement. La seconde partie du projet est basée sur l’étude de composés associant au sein de la même molécule des ligands BPs, une classe de médicaments largement utilisée dans des traitements anticancéreux, et des entités POMs, qui peuvent également posséder une activité biologique. D’un point de vue chimique, la famille de composés à développer est donc extrêmement proche de celle décrite ci-dessus. Les composés BPs les plus actifs décrits dans la littérature seront synthétisés et leur réactivité avec les ions Mo(VI), mais également W(VI) et V(IV,V), étudiée. Leur activité vis-à-vis de trois types de cellules cancéreuses sera testée de façon systématique. Un des buts de ce projet sera la mise en évidence d’un éventuel effet synergétique entre le POM et le BP, ainsi que la compréhension des mécanismes impliqués. Mais le but final est de déterminer la combinaison POM/BP possédant l’activité la plus forte, ceci en affinant la composition des espèces considérées en fonction des résultats obtenus par les différents groupes impliqués dans ce projet.

Ces dernières années, des efforts importants ont été consacrés à la mise au point de nouvelles méthodes de délivrance de médicaments précisément au niveau de l’organe atteint. Une stratégie prometteuse consiste à déclencher le relargage du médicament sous l’action de la lumière. La drogue peut être liée à une molécule porteuse pour donner une prodrogue, ou encapsulée dans une nanoparticule poreuse. L’irradiation de la prodrogue au niveau de l’organe cible doit conduire rapidement à la coupure de la liaison entre la drogue et la molécule porteuse. Dans le cas des nanoparticules, la lumière doit déclencher rapidement l’ouverture des nanoparticules, et donc la diffusion du principe actif. La liaison chimique impliquée dans l’assemblage de ces objets détermine la difficulté de synthèse ou de préparation, mais aussi les propriétés de relargage. Les méthodes chimiques décrites à ce jour pour la fabrication de tels systèmes rendent les synthèses complexes, ou sont caractérisées par une cinétique de libération non optimale. Récemment, l’IBL a mis au point une nouvelle stratégie appelée click-unclick (CC) qui permet dans un premier temps la liaison contrôlée de la drogue à la molécule porteuse (un peptide) et par la suite la libération rapide du principe actif. La stratégie CC met en jeu d’abord une nouvelle réaction de chimie « click » qui permet l’assemblage contrôlé, chimiosélectif, de la prodrogue. La réaction click étant chimiosélective, l’assemblage de la prodrogue est grandement simplifié comparativement aux méthodes existantes. Cette même liaison sert dans un deuxième temps à séparer (unclick) le principe actif de l’élément porteur. A ce jour, la stratégie CC a été validée en utilisant un déclencheur biochimique (endopeptidase) ou chimique (changement de pH). L’objectif de ce projet est de déclencher l’étape « unclick » par photochimie, et d’utiliser cette méthode pour concevoir de nouveaux systèmes de prodrogue et de nanovalves contrôlées photochimiquement. Les nanovalves vont être assemblées en fermant les pores des nanoparticules à l’aide de dendrimères. Dans ce cas, la chimie click-unclick va servir dans un premier temps à boucher les pores des nanoparticules, pour emprisonner le principe actif, et dans un deuxième temps à couper le lien dendrimère-nanoparticules pour permettre au principe actif de diffuser localement. Le projet demande le développement de nouvelles chimies pour faciliter l’obtention des éléments à assembler. Ce projet très innovant sous différents aspects doit être considéré comme une preuve de concept. Une fois les systèmes assemblés et validés, nous demanderons des financements pour pourvoir étudier leurs propriétés biologiques (les essais biologiques pertinents sont déjà maîtrisés par l'équipe IBL).

Les produits naturels ont toujours été une source de médicaments ou de candidats-médicaments. En particulier dans le traitement contre le cancer, de très importantes molécules ont pu voir le jour suite à leur découverte à partir du milieu naturel. Les exemples les plus connus en France sont les taxoïdes et les alcaloïdes de Vinca isolés respectivement de l’if et de la pervenche de Madagascar (ex : Taxotere et Navelbine). En parallèle de la recherche de produits naturels d’origine terrestre qui continue d’être une source majeure de nouveaux candidats médicaments, des produits naturels d’origine marine montrant des diversités fonctionnelles variées sont également à l’origine de médicaments notamment anticancéreux (Cytarabine ou Yondelis). Les écosystèmes fragiles et complexes dans lesquelles sont isolés ces produits d’origine marine ne permettent pas une culture intensive pour l’extraction. La seule solution envisageable est la synthèse totale mais la tache est malaisée du fait de la complexité structurale de ces molécules, ce qui signifie que l’obtention de ces produits naturels d’origine marine doit s’inscrire dans un programme de recherche ambitieux. Les amphidinolides sont un groupe de produit naturels d’origine marine isolés des dinophlagellés Amphidinum sp. Kobayashi et al. ont caractérisé plus de 30 membres de cette famille depuis 1986, la plupart montrant une cytotoxicité potentielle contre des lignées de cellules humaines cancéreuses. Les synthèses de plusieurs membres de cette classe ont été rapportées, dont plusieurs ont permis une réattribution de leur stéréochimie. L’amphidinolide C est l’un des membres les plus cytotoxiques de cette famille, montrant des cytotoxicités in vitro de 5.8 et 4.6 ng/ml contre le lymphome murin L1210 et les cellules KB de carcinomes epidermoïdes respectivement alors que ses congénères de structures très semblables, les amphidinolides C2 et F ont une activité 1000 fois réduite sur ces mêmes cellules. Déjà plusieurs travaux rapportant les efforts dans la synthèse des amphidinolides C, C2 et F ont été publiés, sans que leurs synthèses totales n’aient été toutefois accomplies. L’objectif principal de ce projet est de synthétiser les amphidinolides C, C2 et F à travers une stratégie convergente à 3 fragments dont un a été récemment préparé. Les motifs THF présents dans ces molécules seront notamment synthétisés par des méthodologies développées au laboratoire. Au delà de cet objectif prioritaire, d’autres objectifs secondaires seront abordés. Nous devrons élaborer une stratégie efficace pour être capable de préparer les amphidinolides C, C2 et F en grande quantité pour mieux évaluer leur potentiel anticancéreux. Une évaluation biologique d’intermédiaires avancés et d’analogues sera réalisée. Des études RMN permettront de confirmer ou non la structure des produits naturels et de déterminer leur conformation en solution.

La construction d’édifices moléculaires de complexité croissante par assemblage contrôlé de briques moléculaires et/ou la création contrôlée de liaisons C-C et C-hétéroatome est l’un des défis majeurs de la chimie du XXIème siècle. Le chimiste-architecte de la matière dispose d’un outil puissant, moteur d’innovations au cœur des enjeux sociétaux et de la stratégie nationale d’innovation et de recherche : la catalyse. Si les évolutions émergeantes de la catalyse comme la catalyse combinée ou l’association de systèmes catalytiques apportent de nouvelles solutions, d’importants verrous scientifiques restent à contourner pour générer une coopérativité accrue entre les systèmes catalytiques au sein d’une même séquence réactionnelle. Le projet P2MOC cible la conception de nouveaux systèmes catalytiques multitâches, polyvalents, comportant de multiples sites d’activation différents au sein du même système catalytique et combinant les avantages et bénéfices de l’organo- et de la métallo-catalyse. Le défi principal consiste à développer une plateforme de promoteurs uniques basée sur le motif pyridylmethylamine. Dans ce contexte, les critères multiples de sélectivité, efficacité et créativité seront associés au principe de robustesse général pour l’élaboration de cette famille de promoteurs. Ces derniers sont susceptibles d’activer un substrat ou de coordiner un métal afin de réaliser une succession de réactions organo- et/ou métallo-catalysées, de façon séquentielle ou en tandem. L’intérêt du choix de la famille des pyridylalkylamines ciblées réside dans le grand nombre de modulations accessible aisément. Ainsi, hormis les classiques modulations de contraintes stériques par des groupements de taille variable (aromatiques, aliphatiques cycliques ou non) et le jeu des stéréochimies relatives entre substituants, des sites acides, basiques, chélatants ou non, pourraient être modifiés permettant un habillage à la carte de la famille de promoteurs. L’un des avantages au développement de promoteurs bi- (ou poly-)fonctionnels azotés est qu’ils permettent de pallier l’utilisation de 2 catalyseurs distincts, amine primaire – amine secondaire par exemple, en intégrant les 2 fonctionnalités sur le même promoteur. Le rôle de chaque fragment peut être modulé et même inversé en passant simplement par la forme acide ou basique des fonctions présentes sur la plateforme. Plusieurs réactions et/ou associations inédites de réactions sont ciblées pour illustrer le concept. Ainsi, la formation d’aziridines suivie de leurs utilisations et ouverture à l’aide du même système catalytique, les combinaisons d’une réaction de type Friedel-Crafts ou de Heck et d’une réaction de Henry au sein de la même séquence sont des exemples envisagés. Les différentes méthodologies mises au point seront appliquées à la préparation de molécules plus complexes, bioactives ou à application pharmaceutique potentielle en série indolique, diazépine ou à motif biarylique.

Les imogolites sont des nanotubes d'aluminosilicate naturels de 2 nm de diamètre et jusqu'à plusieurs microns de longueur. Depuis peu, il est possible de produire de grandes quantités d'imogolites synthétiques ayant un diamètre de 2 à 4 nm, des morphologies différentes (simple ou double paroi) et une longueur de 10 à plus de 1000 nm. Ces nanotubes de synthèse sont parfaitement dispersés dans une solution et il est possible d'envisager de nombreuses modifications physico-chimiques de leur surfaces externes et internes ainsi que de leur parois. Dans le projet HIMO2 nous prévoyons i) d'étudier les modifications des imogolites pour produire des nanotubes hybrides (hydrophobes, magnétiques ...) et ii) d'utiliser une réaction de couplage bout-à-bout originale permettant d'obtenir des hybrides multi-blocs. Les propriétés physico-chimiques de ces imogolites hybrides seront ajustées dans l'optique de parvenir à leur auto-assemblage sous la forme d'une membrane dans laquelle les nanotubes sont orientés perpendiculairement à la surface. La production d'une telle membrane à base d'imogolites est actuellement un défi. En cas de succès, ces membranes trouveront sans aucun doute des applications très prometteuses pour la nanofluidique, la nanofiltration, les cellules solaires nanostructurées ou encore les membranes de pile à combustible. Les laboratoires impliqués dans le projet ont récemment obtenu plusieurs résultats importants dans le domaine de la recherche sur les imogolites (synthèse en grande quantité, découverte des nanotubes à double paroi, forme des précurseurs de synthèse, mécanisme et modélisation cinétique de la croissance...). Nous avons également développé une plateforme de caractérisation et une expertise sur les imogolitesau cours des dernières années. Nous avons l’ambition d'adapter ce savoir-faire au cas des imogolites hybrides et des membranes à base d'imogolites. Ce projet résulte de la volonté de notre consortium de développer les connaissances fondamentales utiles pour l'auto-assemblage des nanotubes d'imogolites. C'est également l'opportunité de soutenir la création d'un leadership international reconnu dans ce domaine.

Les propriétés physiques originales des mousses liquides en ont fait un sujet d’étude fondamentale très riche ces trente dernières années. Des progrès rapides ont été réalisés concernant la structure, la stabilité, le drainage et la rhéologie des mousses. L’importance de la composition physico-chimique de la mousse s’est révélée très importante. Cela est particulièrement vrai pour les propriétés dynamiques des mousses, quand la nature des agents stabilisants confère des propriétés de visco-élasticité aux interfaces gaz/liquide. Cette visco-élasticité de surface est couplée aux écoulements de liquide dans le squelette de la mousse, ce qui rend le comportement mécanique de la mousse très complexe. Essayer d’établir le lien entre la physico-chimie des mousses et leurs propriétés dynamiques est actuellement un domaine de recherche très actif dans la communauté internationale. Les applications industrielles des mousses liquides sont de plus en plus nombreuses et touchent les domaines les plus variés, des produits alimentaires à la récupération du pétrole. En outre, la plupart des mousses solides, dont la production atteint des millions de tonnes chaque année, sont fabriquées à partir de mousses liquides. Grâce à la compréhension et au contrôle accrus des propriétés physiques et physico-chimiques des mousses liquides, de nombreuses applications connaissent de profonds changements, dans le domaine médical ou militaire par exemple. Cette situation amène les industriels à chercher de nouveaux outils pour contrôler et analyser ces nouveaux produits. Les techniques actuelles ne satisfont pas à tous les besoins, et la plupart sont trop lentes. Les mondes industriels et académiques font donc face à un besoin croissant de nouvelles techniques, versatiles et rapides, pour sonder les mousses liquides. C’est la raison pour laquelle le projet SAMOUSSE propose de développer une sonde acoustique pour les mousses liquides, en menant en parallèle les études fondamentales et technologiques nécessaires. Les techniques acoustiques offrent de nombreux avantages pour la caractérisation des matériaux puisqu’elles procurent une multitude d’informations tout en étant rapides, transportables, peu chères et non intrusives. Des sondes acoustiques pour certains milieux diphasiques, tels que les émulsions, sont déjà répandues. Cependant, contrairement aux émulsions, les mousses liquides ont des propriétés acoustiques encore mal connues. Si des indications bibliographiques et nos expériences préliminaires se montrent très prometteuses quant au développement d’une sonde acoustique, une étude fondamentale détaillée reste nécessaire et elle est une part importante de ce projet. Le projet SAMOUSSE est un projet ambitieux qui nécessite de réunir des compétences dans de nombreux domaines : production et analyse des mousses liquides, rhéologie interfaciale, acoustique des milieux multiphasiques. Ces compétences, reconnues internationalement, sont toutes réunies dans les trois laboratoires de recherche académique partenaires du projet. Le quatrième partenaire est un industriel déjà présent sur le marché de l'instrumentation pour les mousses. Ce partenariat entre le milieu académique et industriel garantira le transfert technologique et le développement industriel de la sonde acoustique. SAMOUSSE nous paraît intervenir à un moment approprié au vu non seulement des besoins croissants dans le monde industriel, mais également de la question centrale des propriétés dynamiques des mousses, encore mal cernées à hautes fréquences, et qui sont l’objet d’une intense activité de recherche actuelle. L'acoustique est un angle privilégié pour aborder cette question. Un financement par l’ANR sur 4 ans donnerait au partenariat impliqué dans ce projet les moyens de se structurer pour à la fois mener les études fondamentales sur les propriétés acoustiques des mousses liquides et les appliquer pour aboutir à la conception du premier prototype de sonde acoustique des mousses liquides.

La compréhension des processus d’inflammation de combustibles demeure une question fondamentale et pratique de la recherche en combustion. Bien que le principe de l’allumage par étincelle ou de l’autoallumage soit couramment utilisé dans l’industrie automobile, l’utilisation de décharges par plasma peut être très bénéfique, notamment dans le cas de mélanges pauvres ou dilués, ou encore d’écoulements à grande vitesse de mélanges combustible/air basse pression (par ex. écoulements supersoniques). Le projet PLASMAFLAME est dédié à l’étude fondamentale, expérimentale et numérique, de l’effet d’un plasma hors-équilibre basse-température sur les processus de combustion. L’incidence d’un plasma hors-équilibre sur l’inflammation et la propagation de flamme est due à l’interaction de phénomènes physico-chimiques complexes. La description détaillée des processus de combustion assistée par plasma nécessite des connaissances approfondies en physique des décharges plasma, hydrodynamique et cinétique chimique. Le projet s’appuie sur la mise en place d’expériences dédiées à l’obtention de données quantitatives sur les concentrations espèces actives produites par la décharge et sur les délais d’inflammation et à la compréhension de l’impact de l’hydrodynamique sur l’interaction flamme/plasma, en s’appuyant notamment sur des simulations numériques détaillées. Les expériences seront réalisées dans des réacteurs de décharge plasma nanoseconde et des machines à compression rapide permettant de couvrir un domaine de « basse » température (max de l’ordre de 1000K) et de haute pression (5-40 bars). L’analyse de la décharge et de la combustion sera résolue en temps ; la durée totale de la décharge est de plusieurs ordres de grandeur plus courte que le délai d’inflammation. Les mesures seront réalisées in situ avec une haute résolution spatiale et temporelle (échelle de temps de la ns à la ms). La cinétique chimique de la décharge et de l’inflammation assistée par plasma sera analysée en détail. Des codes numériques décrivant l’inflammation assistée par décharge et l’interaction hydrodynamique plasma/flamme dans un domaine basse température/haute pression seront développés. Enfin, l’ultime finalité du projet concernera la mise en place du processus de décharge-plasma dans un moteur réel, en vue de l’étude de son impact sur la combustion. En plus de son ambition scientifique fondamentale, l’impact du projet proposé devrait être important dans d’autres domaines. En particulier, la meilleure connaissance des principes de l’inflammation et de la combustion assistée par plasma seront bénéfiques pour promouvoir la recherche sur les plasmas haute pression en France, ouvrant ainsi un large éventail d’applications comme l’inflammation et la stabilisation de flamme dans des réacteurs à écoulement, le contrôle de la combustion en régime pauvre, l’autoinflammation dans les moteurs HCCI (Homogeneous Charge Compression Ignition) etc. La dissémination des résultats à l’échelle internationale sera garantie par une participation active des partenaires du projet (chercheurs, doctorants etc) à des congrès nationaux et internationaux.

Les cellules betavoltaïques sont des sources électriques prometteuses pour les systèmes micro-electro-mécaniques (MEMS), les capteurs environnementaux embarqués, les stimulateurs cardiaques et les implants biomédicaux, les applications spatiales et tout système électronique où la taille, et/ou l’accessibilité sont un problème. Les cellules betavoltaïques autorisent de fortes densités de puissance (400 mW/cm3 ou 3.80 mW/kg pour 63Ni), peuvent résister à des conditions extrêmes et avoir une durée de demi-vie très longue (100 ans pour 63Ni). Ces cellules sont équivalentes, en terme de puissance par unité de volume, aux piles alcalines et peuvent fonctionner de façon continue et sans danger sur des périodes de plusieurs dizaines d’années sans recharge. Les sources?betavoltaiques sont réalisées à partir d’une structure p-i-n équivalente à une cellule photovoltaïque, à la différence près que ce sont des radiations beta (électrons de forte énergie résultant de la désintégration des neutrons en électrons et photons) qui sont absorbées par la jonction p-i-n. Ces électrons induisent de nombreuses ionisations conduisant à la génération de nombreuses paires électrons-trous qui sont collectées. La profondeur de pénétration des radiations beta dans les matériaux solides n’étant que de quelques microns, ces radiations peuvent être aisément confinées dans des boitiers sécurisés. Plusieurs isotopes produisent des radiations betas pures sans émission de radiations gamma difficiles à confiner, et sans émission de particules alpha, ces dernières étant faciles à confiner mais pouvant dégrader les jonctions p-n des semi-conducteurs. La France, étant donnée sa position de leader dans les programmes nucléaires, est bien placée pour mener le développement de ces batteries, d’autant plus que les déchets nucléaires produits par les réacteurs nucléaires peuvent produire des isotopes à radiations beta à l’échelle industrielle. En revanche, à notre connaissance, la France ne mène pas actuellement de recherches dans ce secteur et la plupart des progrès récents viennent des États-Unis. Le projet BATGAN rassemble des chercheurs expérimentés de la communauté scientifique française dans le but d’essayer d’établir la voie d’une production industrielle pour les composants beta voltaïques. Les partenaires dans ce projet ont des compétences complémentaires, en croissance par épitaxie des matériaux semi-conducteurs à grand gap (UMI GT-CNRS), en procédés technologiques des matériaux semi-conducteurs (LPN/CNRS), en dépôt des matériaux beta nucléaires pour leur utilisation dans des composants (CEA-LIST), et en dépôt des couches minces de ZnO par la startup Française Nanovation reconnue mondialement pour son expérience dans ce domaine. Le but de ce projet Beta piles est de démontrer la faisabilité d’une pile betavoltaique à partir de diodes à jonction p-i-n à base de GaN. alimentés en puissance par une source en Nickel-63. Le GaN et ses composés sont connus pour leur résistance aux radiations et leur efficacité énergétique. Le nickel 63 est un isotope qui a une demi-vie de 100 ans, qui émet des radiations beta d’énergie moyenne de 17 keV avec une longueur de pénétration ne dépassant pas 1.5 micron dans GaN. L’objectif du projet BATGAN est de déveloper une nouvelle génération de piles betavoltaiques constituées d’un empilement de deux jonction p-i-n autour d’une couche de nickel 63 qui pourront ouvrir la voie à la réalisation de nouveau capteurs ou composants très compacts. Ce projet étant basé sur la démonstration du concept physique en utilisant des bases technologiques éprouvées, il a une grande probabilité de succès.

Pour de nombreuses applications dans le domaine des plasmas froids, il est préférable d’avoir peu d’électrons résiduels, voir aucun. En microélectronique par exemple, le procédé de gravure peut-être perturbé par des phénomènes de charges de surface liés aux électrons chauds du plasma. Les électrons nécessaires à la neutralisation du faisceau d’ions d’un propulseur à plasma sont en partie à l’origine de la charge du satellite qui peut conduire à des dégâts irréversibles. Les plasmas « sans électron », c'est-à-dire composés uniquement d’ions positifs et négatifs, sont communément appelés plasmas ion-ion. De tels plasmas peuvent être créés soit dans la post-décharge d’un plasma électronégatif (qui contient certes de nombreux ions négatifs mais reste riche en électrons) soit par un filtrage magnétique continu des électrons. Dans ce dernier cas, une ségrégation se produit au sein du plasma entre le cœur électronégatif et la région magnétisée où existe le plasma ion-ion. Une fois créés, les ions de différente polarité peuvent être extraits du plasma et accélérés vers un substrat ou bien dans le vide, pour graver un motif ou générer une poussée. L’objectif du projet EPIC est d’étudier les mécanismes fondamentaux mis en jeu dans les processus physiques suivants : (i) formation d’un plasma ion-ion par filtrage magnétique, (ii) extraction et accélération des ions vers un substrat ou une électrode, (iii) extraction et accélération au moyen d’un système à grilles pour la création d’un faisceau. Ce projet implique trois équipes dont les compétences sont parfaitement complémentaires. Les travaux seront à la fois expérimentaux, théoriques et numériques.

Les ondes de spin constituent les excitations élémentaires d’un matériau ferromagnétique. Ces excitations ont des fréquences caractéristiques dans le domaine des GHz et elles gouvernent la dynamique de l’aimantation dans le régime temporel correspondant. L’importance fondamentale des ondes de spin en magnétisme est reconnue de longue date, mais leur utilisation en tant qu’éléments de base pour de nouvelles technologies n’est envisagée que depuis peu. C’est aujourd’hui un sujet d’intenses recherches, rassemblées dans un domaine naissant baptisé « magnonique ». Les échelles spatiale et temporelle associées aux ondes de spin (nanomètre et picoseconde) sont précisément celles de l’électronique moderne ce qui laisse entrevoir la possibilité de concevoir avec elles des dispositifs extrêmement petits, dédiés au traitement analogique ou digital du signal et qui combineraient les avantages des dispositifs magnétiques (non-volatilité) et ondulatoires (flexibilité de l’architecture). Deux obstacles majeurs devront toutefois être surmontés avant que la magnonique ne donne naissance à des technologies viables. Tout d’abord, une technique performante permettant de mesurer précisément la propagation des ondes de spin de courte longueur d’onde (100 nm ou moins) n’existe pas. D’autre part, un fort taux d’atténuation limite la cohérence spatiale des ondes de spin se propageant dans les matériaux ferromagnétiques itinérants (les métaux de transition Fe, Co, Ni et leurs alliages) qui sont les matériaux de choix pour les applications. L’objectif principal du projet NanoSWITI est de contribuer à surmonter ces deux obstacles en développant des méthodes entièrement électriques de détection et de manipulation des ondes de spin, à l’échelle nanométrique. Pour la détection, nous procéderons en deux étapes. Dans un premier temps, la technique d’antennes inductives développée récemment par l’un des partenaires du projet et actuellement adaptée aux longueurs d’onde de l’ordre de 1 µm sera miniaturisée davantage pour atteindre 200 nm, aux moyens de procédés de nano-fabrication à l’état de l’art. Dans un deuxième temps, des longueurs d’onde encore plus courtes, jusqu’à 30 nm, seront obtenues en accélérant localement les ondes de spin par conversion de mode à la jonction entre deux media possédant différentes relations de dispersion pour les ondes de spin. Pour la manipulation des ondes de spin, nous intégrerons directement sur les circuits de propagation des nano-piliers magnétorésistifs permettant de générer et/ou d’amplifier les ondes par effet de transfert de spin. Ces nano-piliers seront également utilisés comme détecteurs en exploitant les effets de magnétorésistance géante et tunnel. Nous évaluerons le potentiel applicatif de ce type de dispositifs pour le traitement du signal dans la gamme hyperfréquence. Un élément clé pour le développement de la magnonique est de mieux comprendre les processus physiques régissant la dynamique des ondes de spin dans les matériaux métalliques. Le second objectif du projet NanoSWITI est d’utiliser les méthodes expérimentales développées dans son cadre pour aborder des questions ouvertes concernant les fondements du nanomagnétisme, en particulier la question de la relation complexe entre le transport polarisé en spin et la dynamique de l’aimantation dans les métaux de transitions. Pour ce faire, nous étudierons des systèmes de couches minces modèles (permalloy polycristallin et fer monocristallin) dans différentes conditions expérimentales (températures de 4 à 300 K, champ magnétique appliqué jusqu’à 5 T, fréquences jusqu’à 50 GHz) dans le but de tester les théories récentes sur les ondes de spin de très courte longueur d’onde dans les ferromagnétiques itinérants. Combiné aux avancés technologiques que nous envisageons de réaliser, cet aspect fondamental du projet nous permettra d’évaluer précisément les potentialités de l’intégration, à moyen terme, de dispositifs magnoniques dans l’électronique conventionnelle.

Le déplacement de parois magnétiques induit par un courant électrique à travers l’effet de couple de transfert de spin (STT) a attiré beaucoup d’attention ces dernières années, de par ses possibles applications dans la logique magnétique et l’enregistrement magnétique mais aussi par les riches phénomènes physiques associés. Au sein d’un projet ANR précédent (DYNAWALL-PNANO 2007) les partenaires ont fait des progrès remarquables aussi bien dans la compréhension du STT que dans l’amélioration des propriétés des matériaux utilisés pour le déplacement de parois. Notamment, des vitesses de déplacement de plusieurs centaines de mètres par seconde – les plus hautes reportées dans la littérature - ont été obtenues pour des nanostructures de Pt/Co/AlOx et dans des vannes de spin NiFe/Cu/Co où le STT est particulièrement efficace. Dans ce projet, les phénomènes physiques nouveaux mis en lumière par DYNAWALL seront explorés dans le but de mieux les comprendre et d’optimiser les matériaux utilisés pour le STT. D’un coté, des papiers théoriques ont montré qu’un fort taux de spin-flip des électrons de conduction conduit à une efficacité du STT importante. Dans le volume, la source principale de spin-flip est l’interaction spin-orbite (SOI). Nous étudierons des matériaux où cette SOI est plus grande que dans les matériaux magnétiques classiques, en dopant des métaux ou en utilisant des oxydes de façon à ce que les électrons de conduction soient plus de symétrie p ou d, avec une SOI plus importante que des s purs. Un autre moyen d’augmenter le taux de spin-flip, démontré dans DYNAWALL pour le système Pt/Co/AlOx, est d’utiliser une couche ultramince magnétique en sandwich entre deux matériaux différents (un système à asymétrie d’inversion structurale). Dans ce cas, un champ électrique non nul est présent dans la couche magnétique donnant lieu à une interaction Rashba. Cette interaction interfaciale conduit à un terme spin-orbite et donc à un spin-flip important. Néanmoins, l’interaction Rashba agit aussi directement sur l’aimantation de la couche magnétique, de par le couplage s-d entre les électrons de conduction et l’aimantation locale. Un but important de ce projet est de mieux comprendre l’effet de cette interaction Rashba sur la dynamique de l’aimantation et le déplacement des parois, par des expériences de transport et de microscopie ainsi que par des calculs et des simulations micromagnétiques sur des nouveaux matériaux optimisés. Un autre effet important que nous avons mis en évidence est l’influence de la géométrie du courant sur l‘efficacité du STT dans des tricouches NiFe/Cu/Co. D’une part, une composante du courant perpendiculaire aux couches peut donner une contribution supplémentaire très efficace au déplacement de parois. D’autre part, un champ magnétique (Oersted) non nul transverse aux nanostructures agit sur l’aimantation du NiFe. Nous étudierons séparément l’influence de ces deux phénomènes sur l’efficacité élevée du STT dans ces tricouches. L’injection d’un courant purement perpendiculaire aux couches sera effectuée dans des systèmes en vannes de spin ou des jonctions tunnel magnétiques. L’effet du champ Oersted seul sera étudié dans des nanostructures de bicouches de NiFe avec un métal non-magnétique de différentes épaisseurs, permettant de modifier le champ Oersted pour un courant et donc un STT donné. Le succès de DYNAWALL a été bâti sur nos compétences complémentaires dans la fabrication des matériaux, les mesures de transport et de microscopie, les calculs et les simulations micromagnétiques. L’utilisation de microscopies à haute résolution spatiale permettra d’observer directement l’effet du STT, de l’interaction Rashba et/ou du champ Oersted sur l’aimantation pendant les impulsions de courant. L’étude de systèmes montrant une physique originale avec des outils de caractérisation et de simulation uniques permettra aux partenaires de rester sur le devant de la scène internationale.

Ce projet de recherche porte sur l’étude des propriétés mécaniques de nano-objets (nanofils, ilots) semi-conducteurs (GaAs, GaN) ou bien métalliques (Cu, Au). Il s’agit d’étudier – en fonction de la taille des objets – le comportement élastique et plastique en sollicitant les nanostructures à l’aide d’une pointe AFM et en enregistrant in situ la figure de diffraction X cohérente en utilisant un faisceau synchrotron focalisé. L’AFM est utilisé en mode contact et les propriétés mécaniques de l’objet sont obtenues à partir de la courbe force-déplacement. La combinaison des deux techniques (AFM et diffraction X) in situ permet – de façon non destructive – d’enregistrer une carte de déformation du nano-objet sous sollicitation mécanique. Les figures de diffraction contiennent non seulement l’information sur le champ de déformation interne mais aussi sur les défauts du réseau (dislocations, fautes d’empilement, etc). Les partenaires de ce projet (IM2NP, SIMaP, INAC, ESRF-ID01, LPS and MPI Stuttgart) sont des experts reconnus dans les domaines de la nano-mécanique, la diffraction cohérente des rayons X, la croissance des nanostructures et la simulation numérique. Au-delà de son intérêt académique un tel projet devrait apporter des informations très précieuses sur le comportement mécanique aux échelles nanométriques. De telles informations sont indispensables pour la maîtrise de la fiabilité et la conception des micro et nano-systèmes.

Le contrôle des propriétés magnétiques par des voies purement électriques est actuellement un enjeu important en physique du solide et pour la mise au point de futurs nano-dispositifs spintroniques. Parallèlement aux stratégies exploitant le transfert de spin de nouvelles approches basées sur l'application d'un champ électrique à travers un isolant et donc intrinsèquement peu consommatrice d’énergie ont été proposées. Par exemple on peut citer celles visant à contrôler l’anisotropie magnétique par la piézoélectricité dans les composites magnétoélectriques, à manipuler la température de Curie (Tc) dans les canaux ferromagnétiques via des grilles ferroélectriques, ou celles exploitant l’effet magnétoélectrique existant dans les multiferroïques. Malgré de nombreux efforts à l’échelle internationale, il n'a toujours pas été possible d’obtenir un contrôle reproductible des propriétés dépendant du spin par application d’un champ électrique à température ambiante. L'objectif du projet NOMILOPS est de résoudre ce problème et d’obtenir un contrôle électrique non-volatile des propriétés magnétiques et de spin dans des jonctions tunnel magnétiques à barrière ferroélectrique (appelées «jonctions tunnel multiferroïques artificielles" ou MFTJs). Nous proposerons, explorerons et exploiterons plusieurs nouveaux mécanismes de couplage magnétoélectrique de nature purement interfaciale dans des combinaisons de couches ultraminces ferroélectriques et de matériaux magnétiques. Notre projet s’appuie sur notre démonstration récente d’un contrôle ferroélectrique de la magnétorésistance tunnel reflétant le contrôle de la polarisation de spin à basse température dans des MFTJs de La2/3Sr1/3MnO3/BaTiO3/Fe. Ici, nous visons spécifiquement un fonctionnement à température ambiante dans des MFTJs alliant des ferroélectriques et des matériaux magnétiques de Tc supérieures à 300K. Nous proposons trois types d'interfaces magnétoélectriques entre un film ultra-mince ferroélectrique et plusieurs systèmes magnétiques qui devraientt permettre un contrôle électrique non-volatile de: 1. l’ordre magnétique (ferro / antiferro ou ferro / para) 2. la Tc sur une plage de plus de 50K autour de 300K 3. l'amplitude et du signe de la polarisation de spin Pour chaque type d’interface nous réaliserons des calculs ab initio afin de prévoir les interfaces les plus prometteuses et leur réponse attendue (changement de leur densité d’états dépendant du spin, transmission tunnel une fois intégrés dans jonctions tunnel). Cette activité théorique orientera la croissance d'hétérostructures dans un système de bâtis de croissance couplés (ablation laser et pulvérisation cathodique). La structure des différentes couches et de leurs interfaces sera caractérisée à l'échelle atomique par plusieurs techniques complémentaires telles que la microscopie électronique en transmission (STEM), la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) et la spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS). Un effort important sera également fourni pour évaluer la réponse des films ultra-minces ferroélectriques en fonction de la contrainte, de l'épaisseur, des conditions aux limites électriques, de la température et de la fréquence. Nous caractériserons les propriétés magnétiques des interfaces élément par élément via des mesures de dichroïsme magnétique circulaire des rayons X (XMCD). Ces hétérostructures seront nanostructurées par lithographie optique et électronique afin de définir des MFTJs et des dispositifs permettant de sonder in situ l'influence de la polarisation ferroélectrique sur la réponse XMCD. Notre consortium rassemble des experts de classe mondiale en théorie, caractérisation, croissance et mesures magnétiques et magnétotransport, ainsi qu’un acteur industriel majeur. Les liens déjà solides entre les partenaires attesté par leur liste de publications communes, constituent un atout garantissant une synergie intense, essentielle à la réussite du projet.

L'Univers visible est fortement structuré. La plupart des étoiles s'organisent en galaxies, qui à leur tour se regroupent à grande échelle le long de filaments cosmiques séparés par de grands vides, définissant une structure complexe 3-D appelée la "Toile Cosmique". Au croisement de ces filaments, les noeuds de la toile cosmique, se trouvent les amas de galaxies. La formation et l'évolution de cette structure est une question centrale de la cosmologie moderne. Ces dernières années, la cosmologie a fait des progrès spectaculaires, de la mesure concordante des paramètres cosmologiques, montrant que nous vivons dans un Univers dominé par la matière et l'énergie noire, à la caractérisation des fluctuations de densité primordiales. Nous avons désormais un modèle robuste de la structuration de la matière noire, à partir de ces fluctuations, sous l'effet de la gravitation. Cependant nous disposons de très peu d'observations directes. Nous comprenons aussi très mal l'évolution de la composante baryonique de l'Univers, qui est sujette à de nombreux processus physiques complexes comme le refroidissement radiatif ou la rétro-action de la formation des galaxies sur le milieu intergalactique, via e.g., l'injection d'énergie liée aux explosions stellaires ou l'accrétion sur les trous noirs centraux. Par ailleurs, plus de la moitié des baryons, en masse, échappe à toute détection dans l'Univers local et est soupçonnée se trouver dans les structures filamentaires. Les observations et les modèles actuels indiquent que la formation des structures baryoniques à différentes échelles est fondamentalement connectée: la formation des galaxies dépend de l'environnement à grande échelle et des conditions physiques du gaz intergalactique à partir duquel elles se forment ; ce gaz est affecté par la rétro-action de la formation des galaxies. Avec ce projet, nous allons apporter une vision nouvelle de la physique de formation des structures par une approche multi-échelle testant l'évolution de la matière à grande échelle, des premiers assemblages de galaxies autour des sur-densités du champ initial de densité, à la population des amas de galaxies, et aux filaments qui les lient. A partir de nouvelles données multi-longueurs d'onde (e.g avec XMM, Herschel, Planck, ALMA), et de simulations numériques de la formation des structures, et en développant des méthodes statistiques originales, nous nous focaliserons sur les objectifs intimement liés suivants : 1. Tester notre compréhension de l’effondrement de la matière noire à l'échelle des amas à partir de l'évolution de leurs profils de matière noire obtenus grâce au suivi XMM d'amas massifs détectés dans le relevé Planck. 2. Séparer et comprendre le rôle des processus gravitationnel et de chacun des processus non gravitationnel (refroidissement du gaz et la rétroaction de la formation des galaxies) sur les propriétés du gaz intra-amas en quantifiant l'évolution de ses propriétés structurelles et d'échelle en SZ et en X, comparées aux prédictions des simulation numériques. 3. Caractériser la distribution des baryons diffus à grande échelle et fournir de nouvelles contraintes observationnelles sur les champs de vitesses aux grandes échelles, signature de la formation et de l'évolution des grandes structures, à partir de corrélations croisées entre les cartes Planck du rayonnement fossile et les grands relevés de galaxies. 4. Entreprendre la première recherche et l’étude systématique de la population des progéniteurs des amas de galaxies dans le relevé Planck via l’émission IR/sub-mm de leur galaxies à flambée d’étoiles. Comparer leur propriétés à celles des galaxies d’amas massifs. Cette population méconnue d’objets reste un chaînon manquant dans le contexte de la formation des halos massifs. Les produits attendus de notre projet seront aussi hautement pertinents pour des études cosmologiques comme les contraintes sur l’équation d’état de l’énergie noire ou l’étude de cosmologies alternatives.

L'objectif du projet SUBGLACIOR est de concevoir, de réaliser et de mettre en oeuvre un ensemble de forage glaciaire capable de réaliser certaines mesures géochimiques in situ dans les calottes de glace (mesures réalisées dans l’ensemble de forage en même temps que la perforation de la glace) par le biais d’un spectromètre laser embarqué dans l’ensemble de forage. Il n’est plus question ici de carottage, mais plutôt de forage destructif rapide, dont une partie seulement de la glace sera récupérée directement dans le trou de forage pour être analysée par détection laser dans l’engin permettant la perforation. L’ensemble de forage sera constitué : • de l’engin de forage qui inclura un spectromètre laser (selon la technique OFCEAS brevetée par le LIPhy (anciennement LSP) de Grenoble) et l’électronique embarquée permettant la transmission des données en surface ; • une longue tubulure spéciale qui permettra de relier l’engin de forage à la surface, de transmettre la puissance électrique à l’engin de forage, d’amener un fluide (de forage ou caloporteur) de la surface jusqu’à l’engin de forage, et d'évacuer les copeaux (dans une des options du design d'ensemble) ; • un treuil permettant à l’engin de monter ou descendre dans le trou (par l’intermédiaire de la tubulure auquel il est relié). Cet ensemble de forage doit pouvoir être mis en oeuvre pour forer jusqu’à 3000/4000 mètres de profondeur dans la calotte de glace Antarctique en une seule saison de terrain, soit moins de 90 jours. Il doit aussi être transportable par une petite traverse terrestre ou par avion de taille moyenne (Dash 7, BT 67,…). L’appareil doit permettre de mesurer en continu deux signaux extrêmement importants : isotopes de l’eau (climat antarctique), teneur en méthane (proxy du climat boréal). Il constituera un élément technologique central pour la reconnaissance efficace de futurs sites de forages internationaux, pour la quête de glace vieille de 1,5 millions d'années. Cette quête représente la première priorité de la communauté internationale travaillant sur les carottes de glace, regroupant 25 nations dans le cadre du projet IPICS. Plusieurs retombées à long terme sont attendues suite à la construction de cette sonde, pour des applications à la fois glaciologiques et biogéochimiques.

CLIMSLIP-France (Climate impacts of short-lived pollutants in the polar region) constitue la contribution française au projet CLIMSLIP de l'ESF. L'objectif est d'améliorer notre compréhension de l'impact des polluants à courte durée de vie (PCV), notamment l'ozone et les aérosols, mais également du méthane, sur le changement climatique arctique. Un lien est également envisagé entre l'augmentation du réchauffement et la diminution des émissions de soufre, qui contrebalançaient le réchauffement global en raison d'un effet refroidissant dû aux aérosols sulfatés. En raison de leur durée de vie courte relativement au CO2, une réduction des PCV pourrait offrir une solution plus rapide au réchauffement en Arctique où des augmentations importantes des températures de surface et des réductions de la quantité de glace de mer en été ont déjà été observées. CLIMSLIP cherche à comprendre le forçage radiatif en Arctique lié aux PCV et au méthane de manière suffisamment précise pour guider de façon fiable les politiques climatiques. De telles décisions ne peuvent toutefois s'appuyer que sur des bases scientifiques sûres. CLIMSLIP vise à réduire les incertitudes sur les estimations du forçage radiatif dû à l'ozone, au méthane et aux aérosols en prenant en compte l'impact du dépôt de suie sur les surface de neige/glace. Les résultats seront intégrés directement aux estimations du GIEC. La proposition constituera également une contribution importante répondant aux objectifs de l'Observatoire Scientifique de l'Arctique qui a vu le jour récemment à la suite d'une initiative coordonnées par le CNRS/INSU. Elle contribuera également au nouveau Laboratoire International Associé (LIA) CNRS YAK-AEROSIB. La proposition, qui s'appuie sur le projet POLARCAT-France et le prolonge, vise à tirer profit de la richesse des données collectées au cours de l'Année Polaire Internationale (IPY) sur la composition atmosphérique arctique. CLIMSLIP est un projet sur 3 ans (2012-2014) divisé en 7 tâches. Cinq partenaires sont impliqués dans cette proposition mais, outre le LaMP et le LGGE, trois groupes (LATMOS, LMD et LSCE) ont des activités intégrées au sein de l'IPSL sur les données analysées et la modélisation. Nous proposons d'utiliser une approche de modélisation pour mieux quantifier l'impact radiatif de l'aérosol, les interactions aérosols-nuages, le dépôt de suie sur la neige, la prise en compte des feux boréaux et le bilan d'ozone troposphérique. Nous demandons donc des moyens pour financer des postdocs qui réaliseront des analyses de données détaillées et des études de modélisation diverses : études lagrangiennes pour le suivi des panaches pollués, modélisation des nuages et des surfaces de neige, modèles régionaux pour étudier les propriétés des aérosols et leur impact radiatif, paramétrisations réalistes du dépôt de suie sur la neige, modélisation globale/régionale du méthane (modélisation inverse des sources), de la composition atmosphérique et prise en compte des émissions de feux. Nous proposons également de tirer profit de campagnes de mesure existant ou planifiées pour recueillir des données originales qui seront utilisées afin de réduire les incertitudes sur les processus influençant le changement climatique en Arctique. Nous proposons d'effectuer de nouvelles mesures de carbone suie dans l'air et dans la neige, et sur les interactions aérosols-nuages en collaboration avec les groupes du projet ESF à Ny Alesund (Norvège). Nous envisageons une nouvelle campagne avec l'avion YAK en Sibérie pour des mesures supplémentaires de méthane au niveau des sources boréales et pour effectuer de nouvelles observations des distributions verticales en aérosols en installant un micro-lidar sur cet avion. Cela fournira un des premiers jeux de données in-situ sur la distribution verticale en les panaches de feux boréaux. Nous demandons par conséquent des financements pour une campagne avec l'avion franco-russe YAK et une campagne de terrain au printemps à Ny Alesund.

The projet MONOPOL vise à recueillir et analyser des séries sédimentaires déposées avec de très forts taux de sédimentation dans la Baie du Bengale et les Maldives, afin de reconstruire la variabilité passée de la Mousson Indienne et sa sensibilité à différents types de forçages (aux échelles multi-décadales à multi-milléniales), depuis l’Holocène supérieur (derniers milliers d’années) jusqu’à plusieurs cycles climatiques. L’aspect le plus important et le plus novateur des études envisagées porte sur l’utilisation du couple d18O-Mg/Ca pour reconstruire les changements du d18Osw de l’eau de surface et contraindre ainsi les changements de précipitations associés à la mousson indienne et les apports des deux systèmes fluviaux principaux (Ganges-Bramhapoutre et Irrawady) qui se déversent en Baie du Bengale. Les reconstructions paléocéanographiques et paléoclimatiques seront basées sur une approche multi-traceurs, comprenant des traceurs biologiques (ex. études des assemblages de nannofossiles et de pollens), sédimentaires et géochimiques (ex. Ti/Al, d18O, Mg/Ca). Un effort tout particulier sera fait pour assurer une excellente contrainte temporelle aux différentes échelles d’âges étudiées (datations 210Pb et AMS-14C, stratigraphie d18O et calage magnétique (inversions, excursions, intensités)). Le second objectif prioritaire concerne l’estimation des changements passés d’altération de l’Himalaya en relation avec les variations de la mousson. Cette étude sera basée sur l’analyse de traceurs sédimentaires (argiles) et géochimiques (isotopes du Nd, du Sr et du Pb). Afin de répondre à ses objectifs, une campagne océanographique de carottage sera organisée dans le cadre du projet MONOPOLE, à bord du N/O Marion Dufresne II. Ce navire est le seul navire au monde capable de recueillir, en routine, des séries sédimentaires de près de 70m de long à l’aide de son système de carottier large-diamètre à piston CALYPSO. De telles longueurs sont nécessaires pour permettre l’analyse de plusieurs cycles climatiques dans des zones à forts taux de sédimentation (quelques dizaines de cm/ka à quelques mètres/ka) et permettre ainsi – au sein des mêmes séries sédimentaires - de couvrir plusieurs échelles de variabilité (multi-décadales à multi-milleniales) et tester ainsi la réponse à des phénomènes comme ENSO dans plusieurs types de conditions aux limites (ex. période interglaciaire-période glaciaire). Le projet de campagne a été présenté à la Commission Flotte en janvier 2009 et septembre 2010 et classée P1. Depuis quelques années, cependant, l’IPEV ne peut plus assurer le financement intégral du coût des campagnes à la mer et un financement de 318,630 euros est donc demandé dans le cadre de l’ANR pour aider au montage de la campagne MONOPOL. L’analyse des carottes et l’interprétation des résultats feront l’objet de 5 tâches : 1/ variabilité Holocène de la mousson indienne, 2/ variabilité au dernier glaciaire, 3/ variabilité aux échelles orbitales, sur plusieurs cycles climatiques, 4/ altération de l’Himalaya. L’intégration des donnés et la synthèse du projet se feront au sein de la tâche 6. Le projet regroupe 6 laboratoires qui ont acquis une réputation à l’échelle internationale dans le domaine des études paléoclimatiques et dans l’utilisation des traceurs biologioques, sédimentaires, physiques et géochimiques permettant de reconstruire les environnements passés (LSCE, CEREGE, EPOC, IPGP, MNHN and IDES). Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une collaboration à l’échelle internationale au sein du programme IGBP/PAGES – IMAGES (International Marine Global Changes Study). Des collaborations seront établies pour une participation à la campagne et une étude concertée du matériel recueilli avec des équipes de l’université de Kiel, Germany (PI : Pr. Ralph Schneider), de Shanghai (PI : Dr Zhimin Jian); du Woods Hole Institute, USA (PI: Dr. V. Galy), et de l’Université de Brown, USA (PI : Dr Steve Clemens).

Le projet CIMMES a pour but d’étudier l’évolution de la matière cosmique froide dans le contexte de l’étude de la matière interstellaire dans le domaine de longueur d’onde infrarouge lointain et submillimétrique (FIR/submm). Les observations dans la gamme FIR/submm tracent la poussière froide, nous permettant ainsi de détecter les nuages pré-stellaires avant leur effondrement, et donc d'étudier les premières étapes de formation des étoiles ainsi que d'estimer la masse de poussière dans les nuages interstellaires. Une bonne connaissance des propriétés physiques, chimiques et optiques de la poussière, ainsi que de son émission thermique est donc nécessaire pour une bonne interprétation des données de l’observation. L'émission de la poussière froide dans le milieu interstellaire (MIS) s’exprime habituellement comme une loi de puissance du type (?/?0)-ß où ß est l’indice spectral d’émissivité et ? la longueur d’onde. Selon les modèles simples semi-classiques de l'absorption, dans le FIR/submm, l’indice spectral ß a une valeur asymptotique ß = 2 indépendante de la température, valeur couramment utilisée dans les études astrophysiques. Avant le lancement de la satellites Herschel et Planck, certaines observations ont montré que l’émission FIR/submm de la poussière n’est facile à interpréter. Les principales énigmes observationnelles sont l'excès d’émission submillimétrique observée par l’instrument FIRAS à bord du satellite COBE (Cosmic Background Explorer) et l’ anti-corrélation ß(T) entre l'indice spectral ß et la température T de la poussière, anticorrélation déduite des observations des missions ballon PRONAOS et ARCHEOPS. Les premiers résultats des missions Herschel et Planck confirment ces variations d'émissivité de la poussière et indiquent qu'elles sont omniprésentes. Ils illustrent la richesse des informations disponibles dans ces observations pour l'étude de la poussière et du MIS dans notre Galaxie et dans les galaxies externes. Toutefois, ils soulignent également le manque criant de données de laboratoire sur les analogues de la poussière cosmique, pourtant nécessaires pour interpréter les observations et modéliser l’émission FIR de la poussière. Pendant ces 15 dernières années, seules quelques études de laboratoire ont été dédiées à la plage spectrale FIR/submm et à l’effet de la température. Par conséquent les propriétés optiques de la poussière à ces longueurs d'onde sont souvent extrapolées à partir de celles mesurées à plus courtes longueurs d'onde, et elles ne sont presque certainement pas valides. Dans ce contexte, nous avons mis au point une approche à la fois observationnelle, théorique et expérimentale visant à étudier l'évolution de la poussière froide dans le MIS. Le projet CIMMES rassemble des instituts d’astrophysique (IRAP et IAS) ayant l'expertise dans l'interprétation des données de l’observation et dans l'astrophysique de laboratoire (à travers le dispositif expérimental ESPOIRS basé à l’IRAP) et des instituts de chimie et de physique (LPCNO et UMET) ayant l'expertise dans la synthèse et la caractérisation de nanograins et de la matière extraterrestre. Dans cette collaboration interdisciplinaire entre astrophysiciens, chimistes et minéralogistes, véritable cœur de ce projet, nous allons synthétiser des analogues de poussières (silicates, poussière carbonée et glaces) et caractériser leurs propriétés optiques dans le domaine FIR/ submm à basse température. Les propriétés physico-chimiques de la poussière cosmique et les processus/conditions locales qui déterminent ces propriétés seront contraintes par l'interprétation des observations Herschel et Planck dans les programmes dédiés, programmes où l’IRAP et l’IAS sont impliqués. L'interprétation des données utilisera les modèles développés au sein de notre équipe. Cela comprend un nouveau modèle physique de l’émission FIR/submm et des modèles concernant les propriétés des poussières et leur évolution.

Les lobes terminaux du cône sous-marin profond du fleuve Congo sont une particularité unique dans tout l’océan mondial. En effet, ils sont approvisionnés quasiment en continu par des turbidites contenant une forte proportion de matériel organique récent charrié par le fleuve Congo (le 2eme plus grand fleuve du monde par son débit liquide), qui se poursuit après son embouchure par un canyon sous marin directement connecté au fleuve. Cette connexion est unique pour les grands fleuves à l’échelle mondiale, les autres grands fleuves (Amazone, Yangtze, Mississippi) ayant été déconnecté de leur canyon lors de la remontée des niveaux marins pendant les interglaciaires. Cette zone des Lobes est le réceptacle de tout le matériel canalisé par le canyon sous-marin du Congo, et couvre une surface de 3000 km2. La sédimentation de matière organique fraîche dans une zone située à 750 km des côtes et 5000 m de profondeur qui présente toutes les caractéristiques d’un delta fluvial (forte sédimentation, matière organique labile) permet le développement d’un écosystème luxuriant dont les manifestations visibles en surface sont des agrégats de bivalves, des tapis bactériens et des amas de polychètes, jamais encore observés hors de zones particulières telles que les zones d’émissions actives de fluides froids. Malgré ces particularités, la zone des lobes terminaux n’a fait l’objet que d’observations très préliminaires de son écosystème (quelques images et quelques prélèvements par carottage en aveugle), ce qui n’a permis d’en préciser ni la composition réelle, ni l’extension, ni le fonctionnement. Le projet CongoLobe a pour principal objectif l’étude de ces écosystèmes profonds des lobes terminaux de l’éventail sous-marin du Congo qui constitue donc un « hot spot » pour la biologie et la biogéochimie. En plus de la description biologique de ces écosystèmes en terme de biodiversité, nous souhaitons tester une hypothèse concernant le fonctionnement de cet écosystème dont la composition biologique s’apparente aux écosystèmes chimiosynthétiques. Notre hypothèse vise à établir le lien entre les apports organiques par le système canyon/chenal du Congo, leur diagenèse dans les premiers mètres de sédiment (ou plus en profondeur), l’éventuelle genèse de fluides riches en sulfure et du méthane et la présence de faunes chemo-autotrophe et de tapis bactériens dans la zone des lobes. Dans le contexte géologique particulièrement hétérogène des lobes, une approche pluridisciplinaire associant géologues spécialistes de ce cône sous-marin, géochimistes capables de caractériser l’origine et la réactivité de la matière organique, ainsi que le recyclage et la préservation des composés biogènes, microbiologistes précisant la nature et l’activité des bactéries et des archées du sédiment, et biologistes étudiant la biodiversité et le fonctionnement de la faune à toutes les échelles de taille sera nécessaire. L’approche de travail choisie est basée sur des campagnes hauturières telles que les partenaires, et notamment l’IFREMER, savent en organiser. Une campagne préliminaire est déjà programmée en Février 2011 avec 5 jours dans la zone des Lobes (WACS-leg2) et effectuera la reconnaissance biogéochimique et biologique en utilisant le ROV Victor. La deuxième campagne (Congolobe) a été acceptée en 2010 par la CNFE et caractérisera les écosystèmes dans leur diversité ainsi que la biogéochimie. Les résultats obtenus lors du programme reposeront sur des techniques de pointe : l’utilisation du ROV Victor 6000 de l’IFREMER permettra de visualiser les structures biologiques et géologiques et d’effectuer de prélèvements et des mesures sur des structures précises et bien décrites ; les technologies de mesure in situ seront employées à plein puisque 3 landers (manipulables par le ROV) seront utilisés pour effectuer des mesures par micro-électrodes standard ou polarographiques ou en utilisant des chambres benthiques capables de mesurer les flux d’échange à l’interface eau-sédiment.

Dans le contexte d’une attention croissante portée aux institutions dans le champ des sciences humaines et sociales (économie, droit, sociologie, histoire…) et d’un intérêt renouvelé pour le thème des origines de la croissance et de la domination européennes à l’échelle du système monde, il apparaît crucial de s’intéresser à une institution, celle des privilèges, qui a structuré pendant toute l’époque moderne l’activité économique dans l’ensemble des territoires et des États européens. Le privilège, entendu comme attribution temporaire d’un espace d’action dans le domaine économique, apparaît comme une ressource pour les États, les collectivités et les individus, un cadre à l’intérieur duquel se sont affirmées des réalités diverses, des corporations de métiers aux grandes compagnies de commerce, des premières formes de propriété intellectuelle de l’inventeur aux entreprises capitalistes industrielles ou de services. De fait, si la capacité des souverains à édicter des normes générales et abstraites pour l’ensemble des sujets est le trait par lequel s’affirme les États modernes, le processus d’assujettissement à une loi générale et un jus commune est loin d’être achevé et général. Dans l’Europe de l’Ancien Régime, celle des sociétés d’ordres, il n’existait, en fait, pratiquement pas de statut général, mais une multiplicité de droits particuliers portés par le privilège, qui ne saurait donc être juridiquement une exception, et ne sera perçu comme tel, jus singulare par opposition au jus commune, qu’à la faveur de la montée en puissance de la notion d’égalité en droit et d’une conception de la loi comme ensemble de normes abstraites applicables à tous. Or, aucun recensement quantitatif n’a jamais été tenté de ces privilèges économiques, que ce soit à une échelle nationale ou européenne. Le but de ce projet est de combler cette lacune, en repérant, comptabilisant et classant les privilèges dans un certain nombre de territoires européens considérés comme significatifs : la France, l’Angleterre, les aires germanique et italienne. Dans ces deux derniers espaces, un choix d’entités politiques et économiques significatives a été fait : la Saxe et Augsbourg pour l’aire germanique, la République de Venise, l’Etat florentin, le Piémont et le duché de Mantoue pour l’aire italienne. La période prise en compte va du XVe au premier XIXe siècle : l’ancienneté des privilèges et leur ancrage dans les réalités socio-politiques médiévales, ainsi que l’acte de naissance du privilège d’invention en 1474 à Venise justifient la délimitation amont du projet. En aval, la permanence des privilèges dans une partie de l’aire germanique après l’épisode napoléonien, en France où le droit issu de la Révolution en assume la réalité sous certaines figures et conditions, en Angleterre où les Patents ne font l’objet d’une réforme qu’en 1852, dans les différents Etats italiens enfin, justifie l’enjambement de la période révolutionnaire et l’inclusion du premier XIXe siècle dans le projet. C’est là un point important de ce projet : ne pas considérer que la Révolution française introduit de facto et de jure une rupture brutale dans les processus et les institutions économiques, mais en explorer la nature et la réalité. L’enjeu du projet PRIVILEGES est clair : il s’agit de comprendre, dans la longue durée de l’existence de cette institution, la manière dont celle-ci contribue à la mobilisation et l’allocation des ressources, à quelles attentes et buts poursuivis elle répond du côté des acteurs et du côté de la puissance publique, et quelles dynamiques économiques, entrepreneuriales, spatiales, elle a contribué à impulser ou à porter.

La découverte récente de la reprogrammation de cellules adultes en cellules souches pluripotentes (iPS), semblables aux cellules souches embryonnaires, a ouvert le défi de savoir rediriger ces cellules vers des destins cellulaires précis puis de contrôler leur différenciation. Des études in vitro montrent que les iPS répondent aux signaux agissant dans l’embryon. Ce domaine nouveau reste néanmoins largement à explorer, notamment pour des lignages complexes. Nos recherches se focalisent sur les étapes les plus précoces du programme de développement de la crête neurale (CN), une population multipotente et migratoire, spécifique des embryons de vertébrés. La CN émerge du tube neural dorsal par une transition épithélium-mésenchyme et forme, entre autres, le système nerveux périphérique, les cellules pigmentées, et le squelette craniofacial. Les mécanismes moléculaires et cellulaires de la migration et de la différenciation de la CN sont étudiés depuis de longues années et relativement bien compris. En revanche, c’est seulement au cours des dernières années que les mécanismes d’induction de la CN au cours de la gastrulation et au tout début de la neurulation ont été abordés. Notre équipe a largement participé à cet aspect et produit de nombreuses données expérimentales, qui ont démontré le rôle essentiel du facteur de transcription Pax3 dans l’initiation du programme donnant la CN in vivo. Nous avons donc activement contribué à la construction du premier réseau génique putatif régissant l’émergence de la CN. Un défi majeur de ce domaine de recherche est de transformer ce premier réseau, basé sur des relations épistatiques, en un réseau de régulations directes. Nous avons développé outils et approches complémentaires pour rechercher les cibles et les régulateurs de pax3, durant l’initiation de la CN, en combinant des approches génomiques et leur validation in vivo. Notre premier objectif comprend ainsi des analyses du transcriptome (puces ADN et séquençage nouvelle génération RNAseq) et de l’hybridation in situ, pour réaliser le profil moléculaire des progéniteurs de la CN. Il comprend également la recherche à l’échelle du transcriptome des cibles directes potentielles de pax3, ainsi que l’analyse des régions régulatrices du gène pax3 pour identifier des régulateurs directs. Nous construirons ainsi un nouveau réseau de régulations géniques directes, centré sur pax3, et porterons une attention particulière aux gènes intervenant dans la multipotence des cellules et dans la transition épithélium-mésenchyme. Notre deuxième défi est d’appliquer le savoir accumulé dans les organismes-modèles à la biologie des cellules souches humaines. Nous avons développé des stratégies utilisant des cellules souches d’amphibien et des cellules iPS humaines, pour analyser l’induction du lignage de la CN puis la différenciation de ces cellules, dans des conditions totalement définies in vitro, en comparant à l’induction de cellules souches neurales. Notre hypothèse est que les inducteurs embryonnaires de CN, Wnt et Pax3, pourraient diriger les cellules souches vers une destinée CN. Nous rechercherons des conditions expérimentales permettant d’obtenir des cellules de CN multipotentes, capables de se différencier en plusieurs types de dérivés, dans des conditions controlées. Les quatre équipes du consortium CrestNet ont des expertises complémentaires, en biologie de la CN et des cellules souches, en génomique et en bioinformatique. Nous avons déjà produit de nombreuses données préliminaires pour les deux objectifs de ce projet, en développant des recherches communes. Nous pourrons donc efficacement coopérer pour fournir, d’une part, le réseau de régulations en amont du programme de développement de la CN, liant ainsi la polarisation médio-latérale de la plaque neurale à l’induction de la CN, et, d’autre part, utiliser ce savoir pour contrôler expérimentalement la formation de CN multipotente et fonctionnelle à partir de cellules souches reprogrammées.

Les cellules de plantes sont entourées d’une matrice complexe, dynamique, constituée de polysaccharides qui jouent un rôle majeur au cours du développement de la plante notamment au cours de l’expansion cellulaire, dans le contrôle de la forme des cellules et participe à l’architecture globale de la plante, sa protection contre les agressions extérieures et représente une source de biomasse considérable. La paroi primaire est constitué d’un réseau de microfibrilles de cellulose connecté aux hemicelluloses (xyloglucanes) baignant dans une matrice de pectine et de divers protéines structurales et d’enzymes. Au cours de la croissance, la paroi est constamment remodelée pour maintenir son extensibilité et permettre l’intégration de composé pariétal néosynthétisé. La croissance est controlée par des hormones, parmi lesquelles l’auxine qui joue un rôle clé dans l’expansion cellulaire. Cependant, on connaît mal les mécanismes via lesquels l’auxine influence les modifications pariétales ayant lieu au cours de la croissance. Des données préliminaires produites par les partenaires suggèrent que le récepteur de l’Auxine ABP1 est impliqué dans le contrôle des modifications des hémicelluloses en particulier des xyloglucanes. ABP1 semble donc être un composant essentiel impliqué dans les modifications pariétales contrôlées par l’Auxine. Dans ce projet, nous proposons d’étudier la dynamique d’évolution de la structure des xyloglucanes au cours de l’élongation cellulaire et de déterminer l’influence de l’Auxine dans ce phénomène. L’analyse de la dynamique des modifications des xyloglucanes sera notamment effectuée via l’utilisation d’une approche d’empreinte enzymatique assistée par Maldi-TOF à haut débit et haute résolution spatiale in situ, mise en place récemment par le partenaire 1. Une meilleure compréhension de la dynamique du métabolisme des xyloglucanes sera aussi permise via l’utilisation de monosaccharide activé utilisé dans une approche de « Click chemistry » permettant une visualisation in vivo du métabolisme des xyloglucanes. Les plantes présentant une perte de fonction conditionnelle d’ABP1 montrant des xyloglucanes modifiés seront combinées avec des mutants disponibles chez Arabidopsis thaliana (mutants affectés dans la voie de signalisation de l’auxine et mutants affectés dans la synthèse de xyloglucanes) afin de comprendre comment l’auxine contrôle la structure des xyloglucanes et comment la structure comment la structure de ces polymères affecte l’élongation cellulaire.

Les techniques de microscopie de fluorescence jouent un rôle croissant en sciences du vivant. Ces dernières années, le développement le plus spectaculaire a concerné la microscopie super-résolution (nanoscopie), qui permet d'obtenir des images à une résolution d'environ 20 nm. Rendant possible l'observation de la cellule vivante à l'échelle de macromolécules individuelles, la nanoscopie ouvre un vaste champ de recherche, intégrant biologie structurale et biologie cellulaire. Il est pressenti que la technique, bien qu'encore immature, aura un impact majeur en médecine et santé humaine. Les méthodes de nanoscopie par localisation de molécules uniques (PALM/STORM) sont les plus polyvalentes et les plus prometteuses. Elles sont presque entièrement fondées sur la manipulation des propriétés photophysiques des marqueurs fluorescents, typiquement des sondes photoactivables pouvant être activées sélectivement d'un état éteint à un état allumé au moyen d'une illumination laser adéquate. Les protéines fluorescentes (FPs) photoactivables de la famille GFP sont ainsi des acteurs fondamentaux en microscopie PALM. Ces dernières années nous avons acquis une expertise reconnue dans le domaine de la photophysique des protéines fluorescentes. Nous avons développé et caractérisé de nouvelles FPs photoactivables en utilisant une combinaison de cristallographie cinétique, spectroscopie in cristallo, et modélisation, dans le contexte de notre précédent projet ANR "DSPF". Un problème majeur des FPs concerne leur grande susceptibilité au photoblanchiment, ie, leur perte rapide et non réversible de fluorescence suite à leur illumination. Le problème du photoblanchiment affecte pratiquement toutes les techniques de microscopie de fluorescence et limite sérieusement la résolution atteignable en nanoscopie PALM. Pourtant, les mécanismes qui gouvernent le photoblanchiment chez les FPs restent largement méconnus. Nous proposons ici d'étendre notre recherche sur les protéines fluorescentes à la question du photoblanchiment, afin de caractériser les mécanismes impliqués, de comprendre le rôle de facteurs environnementaux (potentiel redox, pH, oxygène), et de mettre au point des variants photorésistants. Photoblanchiment et photoactivation étant intimement liés, nos études combineront l'analyse des deux phénomènes. Nous utiliserons une vaste palette de techniques allant du monocristal jusqu'à la molécule unique. Les réactions impliquant des transferts de charge (électron, proton), au cœur des mécanismes de photoblanchiment, seront étudiées en détail. En plus d'études à l'échelle moléculaire effectuées par cristallographie, spectroscopie optique et modélisation, nous donneront une grande importance aux investigations sur molécules uniques in vitro et in cellulo. Des cellules "tests" nous permettront de valider les performances de nos protéines fluorescentes pour l'imagerie PALM. Nous tenterons de proposer des variants mis au point de façon rationnelle, possédant des propriétés de photoactivation et de photoblanchiment améliorées. En plus de servir le développement de la microscopie super-résolution et d'améliorer notre connaissance de la photophysique des protéines fluorescentes, cette recherche fondamentale pourrait trouver des applications en biotechnologie et mener au développement de nouveaux senseurs. Ce projet sera conduit dans le cadre d'une nouvelle équipe de recherche appelée "Pixel". Cette équipe lie d'une manière unique deux instituts grenoblois, l'IBS et l'iRTSV, avec le but de développer la microscopie de fluorescence super-résolution à la frontière entre la biologie structurale et la biologie cellulaire. Ce projet accompagne un élargissement majeur des activités du coordinateur vers l'imagerie et la biologie structurale intégrée. La position stratégique de l'équipe Pixel sera idéale pour que les résultats de notre recherche bénéficient directement à la communauté de biologie cellulaire.

Ce projet a pour objectif de concevoir, fabriquer et valider un nouveau type de capteur micro-fluidique sans marqueur à base de matériaux organiques qui sera adapté à des applications chimiques et biologiques, notamment d’une part pour des études en temps réel de la dynamique de protéines particulières et d’autre part pour la détection de faibles concentrations d’ions lourds dans l’eau. Nous prêterons une attention particulière à l’intégration de plusieurs fonctionnalités (injection et détection du signal optique) à même la puce, afin de combler le fossé entre les démonstrateurs de laboratoire (très limités en termes d’intégration) et la miniaturisation nécessaire pour une production de masse et une utilisation à grande échelle en médecine et dans les études environnementales. Les deux facettes de ces applications reposent sur l’extrême sensibilité de la réponse spectrale de micro-résonateurs à une modification de l’indice de réfraction dans leur proche environnement (liquides) ou de la composition de leur interface avec le milieu extérieur. Les techniques génériques développées pour l’élaboration et les méthodes de caractérisation adaptées à des composants polymères ouvrent des perspectives intéressantes en termes de production de masse à bas coût, offrant la possibilité de puces jetables utilisables sur des équipements portatifs. Nous proposons un capteur chimique et/ou biologique original et sans marqueur, reposant sur un système opto-fluidique polymère (ou sol-gel), qui peut présenter une haute sensibilité en présence d’ions lourds, et une réponse temporelle intrinsèque de l’ordre de la milliseconde, ce qui permettra de réaliser un contrôle en continu et/ou d’étudier les cinétiques d’interactions macro-moléculaires. Un tel laboratoire sur puce sera au cœur des futurs instruments portatifs destinés aux mesures in-situ. Le choix des matériaux polymères pour ce capteur micro-fluidique est motivé par les vastes possibilités d’intégration offertes avec divers matériaux inorganiques, permettant ainsi une construction simple d’un laboratoire sur puces. De plus de nombreuses surfaces polymères peuvent être facilement fonctionnalisées pour attacher des molécules cibles permettant une détection spécifique. La cellule opto-fluidique élémentaire est composée d’un micro-résonateur polymère, inclus dans un circuit d’optique intégrée comprenant essentiellement des guides monomodes « entré-sortie » permettant un coulage vertical avec le microrésonateur.. Le canal micro-fluidique est ensuite placé sur la surface supérieure du circuit optique, formant ainsi le système micro-fluidique. Le principe de détection repose sur un décalage spectral de la réponse optique du micro-résonateur induit par le changement d’indice effectif du micro-résonateur lui-même (état de surface) ou de son environnement. La forme du résonateur (en «hippodrome ») permet d’assurer une grande longueur de couplage avec les guides d’entrée/sortie, tandis que le couplage vertical avec le guide d’onde adjacent permet de transmettre et de détecter facilement sa réponse. Cette architecture combine trois avantages : grande sensibilité liée au processus physique fondamental, amélioration de l’intégration par le couplage vertical au guide d’onde du micro-résonateur et insertion du composant dans un circuit micro-fluidique. La sensibilité du dispositif aux changements de conformation moléculaire sera évaluée avec des micro-résonateurs à la surface fonctionnalisées par une couche de reconnaissance bio-moléculaire. Quant à la sensibilité à la concentration d’ions lourds, elle sera caractérisée dans le but d’atteindre la limite de l’état de l’art (100 ng/L) accessible seulement avec des dispositifs non-intégrés et difficilement déplaçables. Les développements futurs porteront sur l’élaboration de réseaux de puces pour une analyse simultanée d’ions ou de protéines sur le même composant.

Lors de la méiose, la recombinaison homologue entre séquences d'ADN joue un rôle essentiel : elle permet la formation d'au moins un crossover (CO) par paire de chromosomes homologues; ce crossover est essentiel à la ségrégation ordonnée des chromosomes homologues lors de la première division méiotique. Chez toutes les espèces dans lesquelles cela a été étudié, y compris, la plante modèle Arabidopsis thaliana, la distribution des crossovers n'est pas homogène le long des chromosomes. Ces variations de distribution de COs ont un impact majeur pour la sélection des plantes et des animaux d'élevage, en impactant l'efficacité d'introgression des gènes d'intérêts. Des progrès considérables ont été faits au cours des dix dernières années sur la compréhension de la formation des COs. Cependant, les facteurs qui contrôlent la distribution non-homogène des COs sont encore mal connus. Cependant, un certain nombre d'observations laisse supposer que la séquence d'ADN et la structure de la chromatine joue très probablement un rôle important. Au cours de ce projet, nous allons étudier l'impact de la méthylation, une marque épigénétique sur la fréquence et la distribution des COs chez Arabidopsis thaliana. Pour cela, nous allons utiliser une population de de lignées épigénétiques recombinantes (EpiRIls) qui sont identiques sur le plan génétique mais qui diffèrent sur leur paysage de méthylation de l'ADN à de nombreux loci. Les epiRIls serviront de parents dans une série de croisements pour étudier l'impact de de la méthylation d'ADN sur la recombinaison méiotique Les objectifs principaux de ce projet sont (i) de tester l'effet de l'hypométhylation de l4ADN sur la fréquence et la distribution des COs en méiose mâle et en méiose femelle (ii) d'étudier et de distinguer les effets locaux et à distance de l'hypométhylation de l'ADN (iii)d'analyser les effets d'une méthylation ciblée sur un point chaud de recombinaison sur la fréquence et la distribution des COs, et des NCOs. A notre connaissance, ce projet est pionnier sur ce type de problématique et devrait donc produire des connaissances uniques et essentiel sur le contrôle de la formation des COs par la structure de la chromatine. Ce projet devrait donc permettre d'améliorer les stratégies de sélection basées sur la modulation des fréquences et des positions des COs en ciblant des modifications de méthylation de l'ADN

Le RNA silencing est un mécanisme de régulation conservé, qui fait partie intégrante des mécanismes de contrôle des acides nucléiques invasifs endogènes (répétitions et transposons) ou exogènes (virus et bactéries) visant à préserver l’intégrité et le fonctionnement du génome. Le RNA silencing est également essentiel au contrôle de l’expression des gènes codant des protéines au cours du développement ou en réponse à des stimuli environnementaux. Le RNA silencing est guidé par des petits RNAs, qui sont principalement produits par une classe d’enzymes RNaseIII appelées Dicer. Les petits RNAs sont eux-même régulés. Ainsi, des long RNAs séquestrant les petits RNAs, ou des nucléases dégradant spécifiquement les petits RNAs ont récemment été identifiés. Toutefois, la liste complète des enzymes qui régulent la vie des petits RNAs ou des précurseurs de petits RNAs est loin d’être connue. Dans ce projet, nous examinerons des enzymes RNaseIII jusqu’à présents non caractérisées et étudierons leur rôle dans la régulation des petits RNA de plantes. Ces enzymes possèdent des domaines RNaseIII et de fixation aux RNA double-brin (DRB) mais ne possèdent pas de domaine RNA helicase ou PAZ, contrairement aux enzymes Dicer. Ces enzymes ressemblent donc aux RNaseIII bactériennes ou fongiques et sont appelées RTL (pour Rnase Three Like). Des résultats moléculaires, génétiques et bioinformatiques obtenus par le Partenaire 1 et le Partenaire 2 indiquent que les enzymes RTL1 et RTL2 de la plante modèle Arabidopsis limitent et stimulent l’accumulation des petits RNAs, respectivement, tandis que des données biochimiques obtenues par le Partenaire 3 indiquent que RTL2 clive des longs RNAs. Le Partenaire 1 a également observé que la modulation de l’expression des enzymes RTL conduit à des modifications épigénétiques héritables. Plus spécifiquement, RTL1 supprime les fonctions associées aux siRNAs de 21 et 24-nt. Des suppresseurs exogènes et endogènes de siRNAs de 21-nt avaient déjà été décrits. Toutefois, des suppresseurs de siRNA de 24-nt n’ont jamais été décrits. Etant donné que les siRNA de 24-nt circulent à travers la plante pour établir des marques épigénétiques à distance des cellules où ils sont produits, et étant donné que RTL1 est exprimé seulement dans les racines, qui sont des censeurs essentiels de l’environnement des plantes, il est particulièrement intéressant d’étudier le rôle de RTL1. Par ailleurs, la surexpression de RTL2 augmente la production de siRNA à certains loci et génère des nouvelles marques épigénétiques. Etant donné que ces marques peuvent être héritées après élimination du transgène RTL2 qui a permis de les induire, on peut penser que l’induction spécifique de RTL2 dans des conditions particulières pourrait jouer un rôle important dans la réponse adaptative des plantes au stress. Au final, nos données suggèrent que RTL1 and RTL2 suppriment et accroissent les marques épigénétiques, respectivement, contribuant ainsi à l’établissement de l’épigénome. Ce projet vise à comprendre le fonctionnement et le rôle biologique des enzymes RTL par une combinaison d’approches génétiques, bioinformatiques et biochimiques. Nous caractériserons l’activité de RTL1 et RTL2 in vitro et in vivo afin de définir la spécificité de leurs domaines RNaseIII et DRB, et nous identifierons leurs RNA substrats et leurs partenaires protéiques. Nous tenterons également de caractériser RTL3, un gène qui ressemble à la fusion de RTL1 et RTL2 mais qui n’est pas exprimé dans des conditions de laboratoire, afin de déterminer si RTL3 contribue aussi à l’épigénome. Nous étudierons les conséquences physiologiques d’une dérégulation des RTL en analysant le transcriptome et le méthylome de plantes qui ont hérité les modifications phénotypiques après élimination du transgène RTL qui a permis de les induire, et nous cartographierons sur le génome les modifications les plus stables et clonerons les loci correspondants.

Compte tenu de l'impact socio-économique des végétaux et les animaux et de l'explosion récente de la capacité de séquençage des génomes, il est essentiel de développer des outils pour gérer ce qui va devenir une énorme quantité d'informations de séquence génomique hétérogène dans leur qualité. Le projet PAGE vise à développer des outils pour comparer les génomes afin de mieux comprendre l’évolution des plantes et des animaux depuis leurs ancêtres communs en termes d'organisation du génome (gènes et séquences répétées) et de développer les outils applicables à des fins de génomique translationnelle, c'est à dire le transfert d'information (candidat gènes, marqueurs moléculaires) à partir de génomes séquencés à ceux non-séquence, en particulier pour les approches de cartographie génétique / physique et du futur séquençage de ces génomes complexes. Le programme PAGE mettra au point des ressources et des approches de génomique comparative afin de fournir des outils publics applicables pour la communauté scientifique. Le programme comporte six partenaires académiques français de l'INRA (4 groupes de recherche) et le CNRS (2 groupes de recherche) reconnues par leurs dossiers de publication et de collaborations en cours en tant que groupes pionniers dans le domaine de la génomique évolutive végétale et animale. Le projet PAGE vise à fournir, pour la première fois, une vision claire de l'évolution des génomes de plantes et d’animaux par une approche globale et robuste de génomique comparative. Ce projet permettra de fournir des connaissances fondamentales (basé sur l'élucidation des mécanismes moléculaires clés de l'évolution des génomes) et les outils appliqués (basée sur la génomique translationnelle pour élucider les caractères majeurs dans les génomes complexes non séquencés) qui seront rendues accessibles à la communauté scientifique.

Les arbres constituent une composante majeure de l’écosystème. Ce sont des espèces dominantes dans de nombreuses régions du monde, présentent sous diverses formes : des forêts naturelles aux plantations industrielles, en passant par des forêts gérées de façon plus extensives. La famille des Fagacées tient une place particulière. Elle comprend environ 1000 espèces, réparties sur l'ensemble de l'hémisphère nord et dont la moitié appartient au genre Quercus. Ces chênes sont des espèces à fort intérêt culturel et social et jouent un rôle important au niveau économique, assurant des fonctions de production de bois pour de nombreuses filières industrielles et offrant des aménités souvent non marchandes. Comme les autres formations forestières, les forêts de chêne présentent également une fonction écologique, qu’il s’agisse de son rôle de protection de la biodiversité (en offrant un habitat voire un refuge pour la faune et la flore), ou de son rôle dans le cycle du carbone (séquestration du CO2 et régulation de l’effet de serre) dans la purification de l’eau et la protection des sols. Enfin les chênes constituent d’excellents modèles d’étude des mécanismes d’adaptation aux contraintes biotiques et abiotiques qui sont notamment associées aux changements climatiques. La communauté scientifique internationale s’est récemment fédérée afin de coordonner les efforts de la recherche pour séquencer le génome de plusieurs espèces de Fagacées. Ces ressources génomiques permettront d’accélérer l’identification des gènes impliqués dans l’adaptation des ces organismes à leur environnement, et plus particulièrement d’étudier le potentiel adaptatif des arbres dans le cadre des changements climatiques. En Europe, de nombreuses ressources génomiques ont été développées pour le chêne dans le cadre du réseau d’excellence EVOLTREE. Aux Etats-Unis, ces développements ont surtout concernés le châtaignier (genre Castanea), dont le génome est maintenant en cours de séquençage. Enfin, en Chine, ces efforts portent sur les genres Lithocarpus et Castanopsis. Ce projet vise à soutenir la participation française au décryptage du code génétique de ces espèces. Il s’appuie sur une collaboration entre six unités de recherche de l’INRA et le Genoscope (CEA). Il présente trois objectifs majeurs. Il s’agira tout d’abord d’obtenir une séquence de référence du génome du chêne pédonculé (Quercus robur). L’utilisation des nouvelles technologies de séquençage et des méthodes bioinformatiques associées permet de relever ce défit à un coût raisonnable, d’autant plus que la taille physique du génome du chêne est relativement modeste (740 Mb/C). Dans un second temps, l’ensemble du code génétique sera annoté puis mis à disposition de la communauté scientifique. Enfin, le reséquençage de plusieurs individus du complexe d’espèces des chênes blancs Européens (pédonculé, sessile, voire tauzin et pubescent) permettra d’identifier les gènes soumis à la sélection naturelle et impliqués dans leur divergence écologique, et de développer des outils moléculaires permettant de quantifier le potentiel adaptatif de ces espèces via l’analyse de leur diversité nucléotidique.

Les organismes vivants intègrent des informations environnementales biotiques et abiotiques (pathogènes, nutrition, stress) pour ajuster leur croissance et leur développement. Chez les eucaryotes, un des systèmes de signalisation majeur connectant la croissance à l’information environnementale est connu sous le nom de « voie de TOR » d’après le nom de la protéine « Target of Rapamycin » présente chez tous les eucaryotes. TOR est une protéine kinase de très grande taille, impliquée dans plusieurs complexes, et qui agit de façon directe ou indirecte sur de nombreux processus cellulaires et particulièrement sur l’activité de synthèse des protéines au niveau de la biogenèse des ribosomes et de la traduction des ARNm. La voie de TOR chez les plantes est moins bien connue que chez d’autres organismes alors que les plantes, organismes immobiles, ont une nécessité de d’ajuster continuellement leur développement, qui est particulièrement plastique, aux conditions environnementales et à la présence de pathogènes. Ce projet concerne donc l’étude de la voie TOR chez la plante modèle Arabidopsis thaliana. L’objectif principal est d’intégrer la signalisation TOR dans le contrôle de la traduction en conditions de stress et de l’intégrer dans le schéma conceptuel de l’adaptation des pantes à l’environnement. Nous proposons d’identifier et d’étudier les cibles de la voie TOR liées à la synthèse protéique en utilisant la purification des complexes d’initiation de traduction, des ribosomes et polysomes et, plus spécifiquement, les interactions entre TOR et la traduction à travers le facteur d’initiation de la traduction eIF3. En effet l’un des partenaires du projet a montré qu’un protéine virale (TAV) capable de stimuler la reinitiation de la traduction, normalement réprimée chez les eucaryotes, recrute à la fois la protéine TOR et eIF3. Nous explorerons également les interactions entre TOR et les phytohormones acide abcissique (ABA) et acide salicylique (SA) toutes deux impliquées dans la propagation des réponses de stress. Le consortium d’équipes a été pionnier dans le défrichage de la voie TOR des plantes et possède une expertise reconnue à la fois dans l’étude des régulations traductionnelles des ARN cellulaires et viraux et dans les voies de signalisation.

Du fait des changements globaux et d’une demande alimentaire mondiale croissante, il devient crucial de bien comprendre comment les plantes absorbent et utilisent l’eau du sol. Le projet HydroRoot propose d’utiliser une combinaison originale d’approches chez la plante modèle Arabidopsis thaliana afin d’accroître notre connaissance fondamentale du transport racinaire d’eau. Des mesures biophysiques de haute précision, couplées à des approches de génétique inverse et quantitative, fourniront une vision intégrative de l’hydraulique des racines de plantes. Les aquaporines sont des protéines canal à eau qui contribuent au transport de l’eau au travers des membranes cellulaires. La différentiation des parois cellulaires et des vaisseaux du xylème peut aussi influer sur l’hydraulique des racines. Une approche de génétique inverse sera développée pour déterminer les divers composants moléculaires impliqués. Une autre approche visera à identifier des QTL (Quantitative Trait Locus) et à cloner de nouveaux gènes contrôlant la capacité de transport racinaire d’eau. Cette approche innovante et techniquement délicate est rendue possible par le développement récent par un partenaire d’un appareil semi-automatique de phénotypage hydraulique. De plus, une variation significative de l’hydraulique racinaire a récemment été établie parmi diverses accessions naturelles d’Arabidopsis. Une approche complémentaire de modélisation mathématique sera développée, afin d’interpréter convenablement les divers phénotypes de transport racinaire d’eau identifiés dans les études génétiques. La modélisation permettra ainsi d’intégrer au niveau de la racine entière la fonction des aquaporines et des autres composants moléculaires impliqués dans les transports axial et radial d’eau. Pour cela, on associera des données expérimentales de transport d’eau à des modèles théoriques et on intégrera des équations de flux d’eau dans une représentation anatomique de la racine. En particulier, un modèle composite local du transport radial d’eau sera intégré dans l’architecture racinaire, afin d’identifier des propriétés émergentes de l’hydraulique du système racinaire entier. Hydroroot impliquera trois équipes ayant chacune réalisé des avancées exceptionnelles dans trois champs d’expertise distincts et complémentaires, et partageant un même intérêt pour le statut hydrique des plantes et/ou les fonctions de la racine. Le groupe dirigé par C. Maurel est reconnu internationalement pour son travail sur la physiologie moléculaire du transport d’eau et sur les réponses des plantes aux stress abiotiques. Ce groupe a développé un ensemble original d’approches biophysiques afin de mesurer le transport d’eau dans la racine d’Arabidopsis. Ces techniques seront cruciales pour phénotyper l’hydraulique des différents matériels génétiques identifiés. Le groupe d’O. Loudet a une réputation de premier rang en génétique quantitative et s’intéresse aussi aux mécanismes de tolérance des plantes aux stress abiotiques. Ce groupe apportera son expertise pour cloner efficacement le ou les gènes associés aux QTL d’intérêt. Le groupe de C. Godin a réalisé des études remarquables sur la modélisation de l’anatomie et de la croissance des racines. Il incorporera des propriétés hydrauliques dans ses modèles afin d’obtenir une représentation fonctionnelle intégrée de la racine. HydroRoot permettra donc d’explorer des aspects inconnus du transport racinaire d’eau. Il mènera à une vision intégrée de la racine, considérant à la fois les propriétés hydrauliques des tissus et l’architecture racinaire, et expliquant comment ces composants sont contrôlés au niveau moléculaire par des facteurs physiologiques ou environnementaux. Du fait de ses fortes composantes physiologiques et génétiques, ce type de recherche pourra aussi concerner des programmes de sélection variétale, afin de produire des plantes optimisées pour leur utilisation de l’eau et leurs réponses aux stress.

L’épidémiologie des maladies infectieuses, en particulier des maladies émergentes, peut bénéficier d’approches écologiques et évolutives, notamment lorsqu’elles concernent les mécanismes de réponses développés par les populations d’hôtes. D’un autre coté, une réponse au parasitisme telle que le transfert d’anticorps de la mère au jeune a des implications potentiellement très importantes en écologie évolutive. Cela va notamment du questionnement sur la valeur adaptative des effets maternels à celui sur le rôle d’une plasticité transgénérationnelle dans la dynamique des interactions hôte-parasite. Des contributions récentes ont abordé des éléments clefs tels que les facteurs environnementaux affectant la quantité d’anticorps transférés et si les anticorps d’origine maternelle peuvent affecter le développement de la réponse immunitaire du jeune, mais peu de choses sont encore connues sur les facteurs affectant l’évolution du transfert maternel d’anticorps et sur ses implications éco-épidémiologiques. Dans le cadre de ce projet, nous proposons d’aborder une série de sujets clefs sur ces thèmes en utilisant des approches complémentaires: (1) tout d’abord, en développant des approches théoriques afin d’aborder conceptuellement les questions évolutive et éco-épidémiologiques soulevées par le transfert maternel d’anticorps. En parallèle, nous proposons (2) des approches expérimentales pour étudier la variabilité entre espèces et au sein d’une espèce de traits lié à la transmission maternelle d’immunité, avec notamment la mise en place d’un plan de sélection expérimentale à mener chez des volailles afin d’explorer la base génétique potentielle de la propension à transférer des anticorps de la poule au poussin et de la persistance temporelle de ces anticorps chez le poussin, (3) une approche expérimentale nouvelle afin d’évaluer spécifiquement les effets potentiels d’anticorps maternels sur des composants de la valeur adaptative des individus dans un système hôte-parasite naturel, et (4) une approche expérimentale et de terrain sur les implications de la structure sociale et spatiale des populations pour l’évolution et l’écologie du transfert d’anticorps. Ces dernières approches seront menées respectivement sur un modèle mammifère et sur des oiseaux sauvages. L’expérience permettra de tester si, comme il a été suggéré, l’allosuckling est susceptible de permettre un passage significatif d’anticorps à des jeunes d’autres portées que celle de la mère biologique. L’approche sur le terrain permettra de plus d’évaluer la possibilité d’utiliser la quantification des anticorps maternels dans les oeufs pour étudier la dynamique de circulation d’organismes pathogènes agents de zoonoses. Ceci sera notamment testé avec le cas des virus de l’Influenza aviaire chez une espèce de Goéland commune sur le pourtour de la Méditerranée et en forte interaction avec les activités humaines. Le projet repose donc sur l’utilisation d’une combinaison unique de systèmes biologiques d’étude permettant de mener ces approches dans les meilleures conditions et en parallèle de développements conceptuels. L’intégration des approches permettra une meilleure efficacité des travaux et elle ouvre des perspectives comparatives très intéressantes. L’obtention de données préliminaires sur les différentes questions abordées permet de garantir le succès du projet. Par sa position à l’intersection entre l’écologie des populations, la science des productions animales, la médecine vétérinaire et l’épidémiologie, ce projet souligne comment la recherche développée dans le cadre naissant de l’immuno-écologie se doit de combiner des approches fonctionnelle et évolutive tout en gardant en tête les contextes écologiques dans lequel sont observés les processus étudiés.

Le projet présenté vise à l’étude de la signification écologique du phénomène de quorum quenching (QQ), qui par définition s’oppose au quorum sensing (QS). Le QS est un mode de régulation qui couple chez les bactéries l’expression génique à la densité cellulaire. Il repose sur la synthèse et la perception de molécules signal par la population bactérienne concernée. Deux phénomènes de quenching peuvent être distingués. Le premier, de nature enzymatique conduit à la dégradation des signaux ; le second, chimique, implique des molécules dites « QS inhibitors » (QSI) qui interfèrent avec la reconnaissance des signaux par les récepteurs bactériens. Le projet est centré autour de 3 axes. Le premier concerne la capacité qu’ont plusieurs plantes de la famille des légumineuses de dégrader certains signaux QS possédant un groupement lactone, et en particulier ceux de leur symbiote bactériens de la famille des Rhizobiaceaea, par le biais d’une activité de type lactonase. Il s’agira essentiellement de confirmer la nature d’une activité enzymatique candidate et d’identifier son rôle écologique exact. Pour cela, le spectre des légumineuses présentant cette activité sera recherché. Des mutants, où les variétés végétales exprimant un RNAi affectant la production de l’enzyme candidate seront utilisées. Le second axe concerne une Rhizobiaceae voisine, Agrobacterium, chez laquelle le transfert du plasmide Ti, principal élément pathogène de la bactérie est régulé par QS. Le projet visera à évaluer dans quelle mesure ce processus de transfert conjugatif peut être affecté par la capacité à dégrader le signal QS d’Agrobacterium que présentent des végétaux, ou des bactéries et des consortia bactériens naturellement présents dans l’environnement d’Agrobacterium. Compte tenu de la durée du projet, et de l’obtention probable de mutants végétaux à la fin de celui-ci, seul des plantes modèles exprimant ou non une activité lactonase dirigée contre les signaux QS d’Agrobacterium – et déjà disponibles au laboratoire – seront utilisées. Le troisième axe vise à rechercher des molécules de type QSI au sein de chimiothèques constitué de molécules de synthèse, ou d’extraits semi-purifiés, principalement d’origine végétale. Le criblage de ces chimiothèques sera réalisé en présence de signaux QS purifiés, au moyen de bactéries bio indicatrices déjà disponibles, incapables de produire leurs propres signaux QS, mais capables d’y répondre par la production de chromophores ou d’’activités enzymatiques facilement détectables quantifiables. L’identification des composés actifs parmi les extraits des extraits semi purifiés donneront lieu la purification des molécules. Le pouvoir d’inhibition du QS de celles-ci, ainsi que celui des molécules d’origine synthétique, sera étudié plus avant au moyen de bio-essais, tels le transfert conjugatif du plasmide Ti d’Agrobacterium, où l’expression du pouvoir pathogène de Pectobacterium sur tubercules de pommes de terre. Ce dernier volet d’étude pourrait contribuer à l’identification de molécules nouvelles, dont plusieurs d’origine biologique et actives contre les bactéries phytopathogènes. Il présente donc un potentiel d’application évident.

L’aridification prédite en Afrique australe entrainera une augmentation de l’incertitude sur la disponibilité des ressources (eau de surface et fourrage), dans l’espace et dans le temps, ainsi qu’une diminution de la production primaire. La matrice d’occupation des sols devrait évoluer vers plus de pastoralisme, et le rôle des aires protégées pourrait s’avérer crucial comme l’une des options d’utilisation des sols. Il est dès lors primordial de comprendre les réponses des éléments clefs des systèmes de savane à l’augmentation de la variabilité pluviométrique dans le temps et dans l’espace. Ceci permettra d’anticiper ces changements drastiques d’environnement et la perte potentielle de l’identité des systèmes socio-écologiques de savane basés sur la biodiversité. Dans ce contexte de changement climatique, nous étudierons (i) les enjeux de gestion des aires protégées, autours de leur capacité à satisfaire durablement leur objectif initial de conservation de la biodiversité mais aussi (ii) le rôle des aires protégées en tant que fournisseurs de services écosystémiques. Ces objectifs demandent nécessairement d’étudier les effets des changements climatiques sur les interactions biotiques. Notre objectif principal est ici de prédire les trajectoires potentielles d’un système socio-écologique reposant sur l’utilisation de la biodiversité (l’aire protégée et sa périphérie). Pour cela, nous nous intéresserons aux relations fonctionnelles entre les déterminants biotiques des savanes africaines semi-arides (plantes, grands herbivores et sociétés humaines) en réponse à l’incertitude et la variabilité pluviométrique ainsi qu’à la disponibilité en eau de surface. Bien que la diminution des ressources et l’augmentation de l’incertitude puissent conduire à une augmentation locale des conflits à l’interface, nous faisons l’hypothèse que les nouvelles contraintes imposées sur les différents systèmes de production pourraient créer des conditions de promotion d’un système d’occupation des sols basés sur l’utilisation durable et la valorisation de la biodiversité. L’étude sera menée dans le cadre de la Zone Atelier Hwange. Elle bénéficiera d’une structure logistique et de dispositifs expérimentaux déjà en place, d’une base de données de plusieurs décennies, ainsi que d’une forte collaboration locale entre chercheurs, gestionnaires et communautés rurales. Le consortium pluridisciplinaire (incluant des équipes internationalement reconnues) repose sur une longue expérience commune sur les savanes africaines. Ce projet combinant faisabilité et reconnaissance garantit un rayonnement international.

La plupart des débats qui définissent l'avenir de nos sociétés et de notre planète sont opaques. Dans le cas des débats sur l'adaptation aux changements environnementaux planétaires (CEP), la cause en est double: l'extrême technicité des questions en jeu et la multiplicité d’échelles et d’acteurs qu’ils impliquent. Malgré son importance et son urgence, la question des conséquences du changement climatique global reste indéchiffrable pour la majorité de la population. Et pour une fois ce n’est pas par manque de transparence ou d’information. La Convention des Nations Unies sur le changement climatique, le Groupe d’experts intergouvernemental sur l'évolution du climat aussi bien que de nombreux autres organismes nationaux et internationaux se distinguent par l’étendue de la documentation publique qu’elles produisent. Chaque document de négociation, chaque position paper, chaque rapport scientifique, chaque dossier de lobbying, tout est librement disponible sur le Web en quasi temps réel. Mais, comme les recherches sur les médias ont souvent observé, la surabondance d’information n’aide pas la démocratie. La preuve en est que l’agenda de l'opinion publique est toujours occupé par la question de l'origine anthropique du réchauffement climatique, alors que cette question a longtemps été un point de consensus à la fois de la communauté scientifique et des négociations politiques. Pour contribuer à la compréhension des défis posés par l'adaptation, le projet MEDEA (Cartographier les débats environnementaux sur l'adaptation) propose un programme de recherche exploratoire en quatre volets, basé sur la méthodologie innovante de la cartographie de controverse. Tout d'abord, en s'appuyant sur une collaboration étroite entre des climatologues et des chercheurs en sciences sociales, il vise à recueillir un vaste corpus de discours à la fois scientifiques et médiatiques sur le débat sur l'adaptation aux CEP en France. Deuxièmement, il vise à analyser ce corpus en utilisant des méthodes et des outils issus de la sociologie des sciences et de techniques (STS). Troisièmement, en s'appuyant sur des experts en design de l’information, il vise à développer une plate-forme interactive en ligne capable de rendre le débat lisible à un large public. Enfin, le projet se terminera par la diffusion de cette plate-forme à toutes les parties prenantes du débat. Globalement, le projet entend apporter une réponse aux questions suivantes: Quelle différence cela fait-il d'être équipé d'outils de cartographie de débats technoscientifiques? Est-ce que cela peut changer (et éventuellement améliorer) la manière dont on débat publiquement de l'adaptation au changement climatique? Conformément à l'appel à projets CEP&S, MEDEA propose une approche innovante combinant des méthodes quantitatives et qualitatives des sciences sociales, des sciences du climat et du design de l’information. Pour assurer cette articulation disciplinaire originale, ce projet de recherche s’appuie sur la collaboration de trois partenaires: Sciences Po (en particulier son Médialab et le IDDRI), le Laboratoire des Sciences du Climat et l'Environnement, une unité de recherche mixte CEA-CNRS-UVSQ (UMR8212), et le EnsadLab de l'Ecole nationale supérieure des arts décoratifs (ENSAD). Compte tenu de sa vaste expérience dans la cartographie des controverses, le médialab Sciences Po assurera le management du projet, sous la coordination scientifique de Tommaso Venturini. Tout en étant novatrice, la stratégie de MEDEA est suffisamment claire pour offrir une base solide pour un projet de recherche interdisciplinaire et assurer que des réponses pertinentes aux défis posés par l’appel soient fournis à la fin des trois ans. MEDEA vise ainsi à soutenir le développement des politiques et du débat public sur l'adaptation et à contribuer à la compréhension des processus du GEC et de sa gouvernance – des objectifs fondamentaux de l’appel CEP&S.

Les ressources marines de sites et d’habitats sélectionnés de trois départements et territoires d’outre mer français répartis dans trois océans du monde représentent un véritable coffre au trésor qui reste à découvrir et à comprendre. L’objectif de ce consortium qui réunit toute l’expertise et les moyens techniques nécessaires à ce projet, est d’explorer la biodiversité et la chimiodiversité des invertébrés marins pour les valoriser tout en agissant pour leur protection. L’approche d’écologie chimique proposée dans ce projet est mise en adéquation la valorisation des molécules et de leurs activités biologiques. La chimie des produits naturels est en effet, un formidable outil interdisciplinaire qui peut allier les applications biotechnologiques et la protection des écosystèmes. Une attention particulière sera portée sur les éponges et les coraux, ceux-ci étant particulièrement importants dans les écosystèmes coralliens. De plus, les spongiaires sont des candidats de choix pour la recherche de nouvelles molécules actives, et nous nous intéresserons ici à la valorisation des molécules naturelles marines dans les domaines de la pharmacie, de la cosmétologie, de l’industrie locale comme la perliculture ou la restauration de certains invertébrés marins. Ciblé sur les invertébrés fixés, l’esprit de ce projet est de rationaliser l’échantillonnage, les travaux de terrain et les études chimiques de telle façon que les résultats puissent être utilisés de façon interdisciplinaire. La chimie des produits naturels, l’écologie chimique, la chimiotaxonomie et la recherche de molécules actives sont étroitement liées. Les objectifs de notre projet visent à caractériser et à conserver la biodiversité par les méthodes de séquençage et de conservation durable du patrimoine génétique, mais aussi par l’élaboration de synthèses biomimétiques. Ces objectifs nécessitent l’élaboration d’une base de données commune aux différentes actions : échantillonnage, profilage chimique, analyse métabolomique et activités biologiques dans l’écosystème mais aussi sur des cibles d’intérêt thérapeutique. Cette base de données sera accessible en ligne aux membres du consortium, décideurs et partenaires économiques. La synthèse biomimétique offre une possibilité de production des molécules retenues pour leurs propriétés biologiques dans les domaines étudiés sans avoir à recourir à la ressource naturelle vivant dans des écosystèmes menacés. Le maintien de cette compétence à un bon niveau mondial par la formation et la pratique permet de résoudre des problèmes de préparation de métabolites parfois complexes. En effet, dans la plupart des cas, les ressources marines ne peuvent produire les quantités de métabolites nécessaires pour une production industrielle respectueuse de l’environnement. La chimie « verte » est une voie possible pour la production durable des molécules d’intérêt : les études de métabolomique permettent les premières réflexions pour l’élucidation des voies de biosynthèse et de les transposer dans des synthèses dites biomimétiques de molécules naturelles complexes. Il est donc important d’isoler et de caractériser les métabolites de manière exhaustive afin de mettre en perspective les chemins biosynthétiques. Le projet démarrera dès que possible sur des collections existantes d’organismes marins et se poursuivra sur de nouvelles récoltes dans chaque département ou territoire d’outre mer.

Les capteurs de gaz optique font déjà partie intégrante de notre société moderne (analyse des émissions chimiques, contrôle des procédés de fabrication, détection de haute sensibilité des molécules à l’état de trace). Cependant, les capteurs de gaz disponibles sont volumineux, complexes et ont un coup de fonctionnement élevé. La conséquence est qu’ils ne sont pas encore déployés à grande échelle. Des progrès technologiques sont encore nécessaires pour que les capteurs optiques participent activement à l’amélioration de la qualité de la vie et à l’économie durable. Parmi les améliorations possibles, la miniaturisation des capteurs de gaz et la réduction de leur coût sont les principales pistes pour un déploiement à grande échelle. Ce déploiement pourrait être mis à profit dans plusieurs domaines d’applications avec des répercussions socio-économiques importantes comme par exemple pour le changement climatique et le contrôle de la qualité de l’air. L’objectif de MIRIADE est de créer un système de spectroscopie optique de gaz ayant la dimension d’une puce électronique (laboratory-on-a-chip). Le projet MIRIADE a pour but de démontrer : (1) la faisabilité d’un capteur de gaz optique entièrement intégré constitué d’une source Moyen Infra-Rouge (MIR) multi-? basée sur l’intégration sur Si d’un réseau de lasers à cascade quantique et d’un circuit photonique silicium et d’une micro-cellule Photo-Acoustique (PA) réalisée en technologie MEMS. Ceci constituera la principale innovation du projet. (2) l’utilisation potentielle de ces capteurs de gaz optique pour l’étude des flux des gaz à effets de serre. Les principaux avantages du dispositif MIRIADE sont : • Une très haute sensibilité par l’utilisation de la gamme spectrale du MIR (4-10 µm) • La flexibilité par la mesure simultanée de plusieurs gaz avec une seule puce. • La très haute compacité par l’utilisation d’une µ-cellule PA (puce ~cm2) • Le bas coût qui permet d’envisager un déploiement de systèmes de détection. Le groupement est constitué de cinq partenaires dont un industriel et une PME. Les activités couvriront des études fondamentales de physique, des développements technologiques mais aussi la validation des capteurs de gaz.

Le projet PhotoNorm a pour objectif de mettre au point des photocatalyseurs à haute activité pour des applications en procédés de dépollution des effluents, et pour cela PhotoNorm propose d’établir les caractéristiques structurales et morphologiques que doit avoir le solide pour être le plus efficace. Ceci ne pourra être réalisé qu’en élaborant des structures et morphologies de photocatalyseurs simples, variées et bien définies et en mettant en place des dispositifs permettant la compréhension des mécanismes conduisant à l’existence de l’activité photocatalytique, ainsi que des réacteurs d’essais normalisés pour les poudres photocatalytiques. Le développement d’un photocatalyseur à hautes propriétés photocatalytiques nécessite de bien comprendre la relation entre son élaboration, sa structure, ses propriétés électroniques et son activité photocatalytique. Ainsi, le groupe de recherche formé dans le cadre du projet PhotoNorm est constitué de trois laboratoires universitaires, d’un groupe industriel et d’une PME, complémentaires et spécialistes de ces thématiques. Les spécialités respectives des laboratoires sont la synthèse de nanoparticules par chimie douce, les méthodes d’analyse physico-chimiques résolues dans le temps et la photocatalyse. Le groupe industriel développe et commercialise des catalyseurs fonctionnels inorganiques à propriétés spécifiques. La PME est spécialiste des systèmes de détection de traces, mais surtout, très impliquée dans le travail d’élaboration des normes photocatalytiques au niveau national comme européen. Les objectifs scientifiques et techniques du projet PhotoNorm sont donc : (1) l’élaboration de poudres photocatalytiques hautement actives pour des procédés de dépollution des effluents, (2) la compréhension des mécanismes conduisant à l’existence de l’activité photocatalytique, (3) la mise en place d’une norme d’essais pour les poudres photocatalytiques. Dans ce cadre, des nanomatériaux photocatalytiques monophasés et multiphasés à base de différents oxydes seront élaborés par des méthodes de chimie douce. Leurs propriétés électroniques seront déterminées par Time Resolved Microwave Conductivity (TRMC), méthode résolue dans le temps permettant de suivre, par absorption des micro-ondes la durée de vie des porteurs de charge créés sur les photocatalyseurs par illumination laser. Leurs propriétés photocatalytiques seront déterminées en effluents liquides et gazeux par photodégradation de différents polluants modèles. Les réacteurs mis en place pour les tests serviront à établir les normes d’essais pour les poudres photocatalytiques.

L’objectif du présent projet est d’étudier les liens entre émotions, cognition et comportement sous l’angle des facteurs de vulnérabilité, protection, et facilitation des performances face à des contextes émotionnels empathiques. L’hypothèse générale est que l’effet du contexte émotionnel sur des performances perceptives, exécutives, motrices, et de cognition sociale, varie en fonction 1) de facteurs tempéramentaux (traits de personnalité) et 2) du type d’adaptation empathique (pré-réflexive vs. réflexive ; vertueuse vs. préjudiciable). Le caractère innovant de ce projet réside d’une part dans une approche interdisciplinaire des liens entre émotion et cognition (psychologie différentielle, psychopathologie, neuropsychologie cognitive, informatique, sciences du mouvement), et d’autre part dans une compréhension des mécanismes de la régulation émotionnelle non pas simplement en termes d’induction émotionnelle, mais en termes d’adaptation empathique favorisant les performances. Notre population d’intérêt sera des individus non-pathologiques pour lesquels les traits tempéramentaux sont rarement pris en compte dans les études sur l’adaptation émotionnelle (par exemple, le modèle en 5 facteurs). Celles-ci privilégient plutôt l’étude de prédicteurs proximaux de la performance comme les états motivationnels (e.g. sentiment d’auto-efficacité). Ce projet intégrera également l’adaptation de patients présentant des troubles de l’humeur et/ou de la cognition sociale (schizophrénie, troubles bipolaires). Il s’agira d’identifier quels facteurs permettent à un individu de prendre en compte les retours sur sa performance fournis en temps réel par un congénère (en l’occurrence un personnage virtuel) de façon à moduler ses performances. Les profils individuels de régulation émotionnelle auraient un effet de vulnérabilité, de protection ou facilitation sur les performances selon la nature du contexte émotionnel empathique. Nous voulons déterminer les sources de variabilité individuelle modulant les performances (positivement ou l’inverse) selon qu’un personnage virtuel exprime des émotions de base qui induisent (ou non) une résonance empathique pré-réflexive (eg., joie, colère) ou qu’il exprime des émotions complexes nécessitant un traitement réflexif de l’adaptation empathique (eg., satisfaction, déception, indifférence). Les retombées fondamentales seront une modélisation de la nature de la relation entre émotion et cognition, à savoir, quelles composantes ont un rôle de médiation (eg, régulation émotionnelle, sentiment d'efficacité personnelle), et quelles autres ont un rôle de modération (certains traits de personnalité) sur les performances. Les retombées appliquées de ce projet seront dans le domaine du e-learning et de la remédiation cognitive des fonctions altérées chez les patients présentant un dysfonctionnement des liens émotion-cognition. Ce projet débouchera également sur la définition de protocoles adaptés à l’étude des liens entre émotions, cognition et comportements ; à des corpus multimodaux de comportements spontanés d’expressions émotionnelles complexes ; à une plateforme expérimentale adaptée intégrant différents outils existants pour l’étude de l’interaction affective entre des utilisateurs et des personnages virtuels.

L’épitaxie par jets moléculaires (EJM) est la méthode de choix pour élaborer des composants de haute performance destinés la microélectronique et l’optoélectronique. Son succès doit beaucoup à l’outil d’analyse en temps réel, la diffraction d’électrons de haute énergie (RHEED). Le RHEED comporte pourtant plusieurs défauts, parfois antinomiques avec les spécifications imposées pour les nouveaux matériaux comme les isolants, les semi-conducteurs à grands gaps et les couches organiques, très sensibles à l’irradiation électronique. En 2003, l'équipe de l'ISMO a investigué la diffraction d'atomes neutres rapides sur les surfaces alors que la communauté scientifique utilise habituellement des électrons. Cette démarche fondamentale a porté ses fruits et après un travail approfondi avec les moyens du laboratoire, elle a protégé par brevet en 2006 cette nouvelle méthode d’analyse de surface. A partir de 2007, l'ISMO a entrepris de collaborer avec l'INSP afin de valider cette approche sur des matériaux pour la microélectronique. Cette technique s'est révélée être un outil original et pertinent pour l'étude des semi-conducteurs car elle fournit des données équivalentes au RHEED mais fait apparaître une richesse analytique bien plus profonde ainsi qu’une sensibilité bien plus grande à la toute première couche de la surface. La technique, baptisée GIFAD, était née et ses applications dans deux voies principales sont toutes tracées : la voie industrielle pour le contrôle en ligne de l'épitaxie par jets moléculaires (EJM) ou le contrôle qualité en sortie de croissance et la voie fondamentale pour l'étude des surfaces. Des financements ont déjà été obtenus pour la démonstration de cette technique à l'échelle du laboratoire, l'objectif technique de cette ANR Emergence est d'atteindre un niveau de maturité permettant d'obtenir un prototype opérationnel pour l'industrie et de faciliter la pénétration de cet équipement dans les laboratoires. L'enjeu est aujourd'hui principalement d'optimiser la source d'ions afin de rendre cette technique compatible avec un usage temps réel et de profiter pleinement des capacités analytiques de cet outil. Les équipes partenaires ISMO, INSP et FIST SA sont partenaires de longue date, ont l'habitude de travailler ensemble et sont très complémentaires pour aborder ce projet. L'ISMO, à l'origine de GIFAD, est spécialisé dans les interactions particules-surfaces et va prendre en charge l'optimisation de la source d'ions ainsi que les travaux sur le traitement des images de diffraction. L'INSP est spécialisée dans les recherches sur l'épitaxie et assurera la pertinence de GIFAD pour l'EJM. Il apportera ses compétences analytiques pour positionner GIFAD par rapport aux autres techniques d'analyse de surface. Enfin FIST SA, spécialisée dans la protection et les transferts des innovations, sera en charge de la valorisation du projet.

L’amélioration des performances et des caractéristiques d’objets, de machines ou de systèmes tient à de multiples facteurs, et, en particulier, au choix des matériaux utilisés d’où la recherche de matériaux nouveaux aux propriétés spécifiques. Nous travaillons donc sur le développement de matériaux composites associant des métaux aux caractéristiques en pratique difficilement compatibles (aluminium et fer principalement). Nous avons obtenu ce nouveau matériau par un assemblage original tant par sa composition que par sa fabrication. Ces nouveaux matériaux aux caractéristiques très intéressantes ont fait l’objet de deux dépôts de brevets (CNRS) en 2010 et deux en 2011 (en cours). La fabrication de ces nouveaux matériaux composites nécessite peu d’énergie et est respectueuse de l’environnement. Du fait de leurs propriétés, les applications envisageables sont nombreuses et touchent des domaines variés tels que l’énergie, l’environnement, l’automobile et l’aéronautique. Nous devons désormais caractériser précisément ces matériaux afin de réaliser des fiches produits permettant de répondre à des cahiers des charges précis. Il est notamment nécessaire de faire des essais physico-chimiques, mécaniques et électromagnétiques. En deuxième lieu, il faut modéliser ces matériaux afin de comprendre plus finement les phénomènes mis en jeu et aussi étudier les possibilités de production en quantité compatibles avec les besoins industriels. Par exemple, étudier la possibilité de produire en flux continu. Enfin, en vue de valoriser les résultats de nos recherches et les brevets déposés, il est nécessaire de réaliser des études de marchés et analyser les besoins industriels dans les domaines concernés. L’aspect transfert technologique, avec création d’entreprise éventuelle, sera étudié dans le cadre de ce programme émergence. Au fur et à mesure de l’avancement du projet, le dépôt de nouveaux brevets pourra être envisagé. Les trois partenaires associés à ce projet, le SATIE (CNRS UMR 8029, ENS CACHAN, CNAM, CERGY), ARMINES (CENTRE DES MATERIAUX Pierre Marie FOURT de l’école normale supérieure des MINES DE PARIS, CNRS UMR 7633), et FIST SA pour la valorisation, sont des gages de réussite de ce projet.

SMARTView est un projet de développement et de valorisation d’équipements de microscopie biomédicale. Il s’appuie sur une technologie innovante brevetée et s’adresse en particulier aux plateformes d’imageries, aux laboratoires de recherche et développement ainsi qu’aux instituts biomédicaux dans les domaines de médecine et santé, agroalimentaire, pharmacologie et cosmétique. Il s’inscrit dans le marché de la microscopie optique de super-résolution pour la biologie, ce secteur constitue 280 M$ en 2010 avec un important taux de croissance de 12%. SMARTView propose une nouvelle microscopie pour l’observation en temps réel des phénomènes membranaires et d’adhésion cellulaire. Cette microscopie innovante, simple à mettre en œuvre, est compatible avec tout type de microscope de fluorescence. Elle offre une résolution axiale inégalée et permet d’obtenir en temps réel la topographie membranaire avec une précision du nanomètre. Cette technologie plein champ répond aux besoins croissants des utilisateurs en imagerie multimodale, rapide et ultra-sensible. Ce projet est directement issu des recherches effectuées dans les équipes du consortium dont les partenaires ont une longue et fructueuse expérience de collaboration dans le développement de techniques d’imageries originales. Ce consortium peut parfaitement intégrer l’ensemble du processus d’innovation de ce projet: de la phase amont de conception et de développement technologique de systèmes d’imagerie à la validation sur des applications biologiques et médicales pertinentes. L’appartenance ainsi que les nombreux liens des partenaires avec la communauté de l’imagerie biophotonique et les plateformes d’imagerie constituent des atouts importants pour la validation et la valorisation de cette microscopie. La preuve de concept est faite. Cette technologie est à un niveau de maturation technologique avancé. La demande financière dans le cadre de ce projet couvrira les frais de prototypage, de validation biomédicale et de valorisation économique. Deux stratégies de valorisation sont envisagées aujourd’hui : la création d’une entreprise de type spin-off ou un transfert technologique à un partenaire industriel déjà identifié.

Au cours des dernières décennies, la Commission Européenne a activement soutenu le développement de vecteurs énergétiques alternatifs tels que l’hydrogène H2. Dans une « économie-hydrogène », H2 serait utilisé avec l’électricité pour atteindre les objectifs bas-carbone fixés par l’Union Européenne. Dans ce contexte, il existe un intérêt croissant pour l’hydrogène (et plus particulièrement pour l’électrolyse de l’eau). Dans l’état de l’art, l’hydrogène électrolytique peut être produit soit par une technologie alcaline, soit par une technologie acide à électrolyte polymère solide (PEM). La technologie PEM présente un certain nombre d’avantages reconnus par rapport à la technologie alcaline : un meilleur rendement énergétique, une plus grande compacité, une meilleure fiabilité. Cependant, elle souffre toujours d’un coût plus élevé dû principalement à l’utilisation de catalyseurs à base de métaux précieux (platinoïdes). L’objectif du projet HydroPEM est de développer un électrolyseur bas coût fonctionnant à densité de courant élevée pour produire de l’hydrogène pur au débit nominal de 500 lites par heure. Ce générateur sera construit à partir d’une technologie brevetée (propriété du consortium HydroPEM) qui utilise des catalyseurs exempts de métaux précieux, et pour laquelle des proof-of-concepts de laboratoire ont déjà été obtenus. Le consortium s’appuiera également sur une longue expérience dans le domaine de l’électrolyse de l’eau et sur un savoir faire acquis au cours des dernières décennies dans le cadre de projets de recherche nationaux et internationaux. Le soutien de l’ANR est requis pour démontrer tout le potentiel de cette technologie à coût réduit à l’échelle prototypale et pour organiser le transfert technologique vers des acteurs industriels travaillant dans le domaine de l’électrolyse de l’eau PEM.

Les développements récents dans la fabrication et la manière d’opérer des systèmes nanoélectroniques de quelques centaines d’Angstrœm voire moins, sont susceptibles d’affecter les technologies futures et de servir de brique élémentaire pour le stockage de l’information, le calcul quantique ou la manipulation de spin. Comprendre comment ces systèmes nanométriques opèrent représente un défi majeur pour la physique théorique et expérimentale. Pour atteindre ce but, il apparaît d’abord nécessaire d’appréhender les mécanismes fondamentaux qui gouvernent leur comportement and donc de développer une théorie précise du transport et des corrélations à l’échelle atomique et dans les systèmes mésoscopiques. Plus spécifiquement, afin de trouver des méthodes efficaces pour manipuler et contrôler les courants de spin, nous devons connaitre les processus microscopiques qui mènent à la relaxation et à la décohérence de spin ainsi que le rôle joué par les interactions. Dans ce projet, notre objectif est de comprendre le transport en dehors de l’équilibre dans les systèmes mésoscopiques corrélés. Pour atteindre ce but, nous nous proposons d’utiliser l’expertise de deux partenaires de recherche. Le premier, le laboratoire de physique des solides à Orsay, comprend deux équipes, l’une théorique dirigée par Pascal Simon l’autres expérimentale dirigés par Richard Deblock. Le deuxième partenaire, l’université d’Oradea en Roumanie comprend une équipe théorique dirigée par Catalin Pascu Moca. Nous prévoyons d’étudier le transport loin de l’équilibre dans les systèmes mésoscopiques en présence d’interactions fortes en combinant des méthodes puissantes de théorie quantiques des champs et d’analyse numérique avec une approche expérimentale permettant de tester les prédictions théoriques. Nos groupes de recherche vont développer de nouvelles méthodes théoriques pour appréhender le transport de charge et de spin loin de l’équilibre dans ces systèmes nanométriques. Plus précisément, nous planifions de construire une approche de groupe renormalisation en temps réel et de l’utiliser pour analyser le comportement en fréquence de diverses quantités physiques caractérisant le transport en dehors de l’équilibre. Nous avons entre-autres en tête une analyse détaillée de la conductance ac de spin et de charge, des processus de diffusion, des processus de relaxation et bien d’autres propriétés de transport. Nous allons aussi étudier le problème du «quench» quantique dans les systèmes corrélés de type Kondo, c’est-à-dire l’implication sur le transport et les fonctions de réponse d’une variation brutale d’un des paramètres de l’hamiltonien. Pour atteindre cet objectif, nous comptons porter un projet ambitieux en étendant notre code actuel de groupe de renormalisation numérique, le code «Flexible-DMNRG», en incorporant les processus dépendant du temps. Sur le plan expérimental, nous planifions la fabrication de détecteurs quantiques pour les mesures du bruit à fréquence finie dans les boîtes quantiques en régime Kondo fabriquées à partir de nanotube de carbone. Le problème du «quench» quantique sera également analysé expérimentalement à l’aide de sondes de tension pulsées. Cela nous permettra d’enregistrer différentes quantités comme la conductance ou le bruit après une variation subite d’un des paramètres du système. Nous pensons que notre approche est optimale pour attaquer ces problèmes de dynamique en temps réel et que la complémentarité entre théorie et expérience est une des forces du présent projet. Plus précisément, les avancées expérimentales motiveront et guideront les développements théoriques tout au long de ce projet.