Projets

AEROSUB will develop world-class robotic solutions for different wind energy operating scenarios – fixed and floating offshore wind farms, promoting innovations for operation and maintenance (O&M) procedures to foster the competitiveness and sustainability of renewable energy production in challenging environments. AEROSUB will demonstrate the added value of robotics deeply integrated with advanced AI and data analytics technologies and their potential of reducing the eCO2 emissions of O&M operations by up to 15M tonnes, enabling cost savings by 2,400€/MW/year and lowering the levelized cost of electricity (LCOE) of offshore wind energy by 2.5%. By deploying an orchestration of multiple robotic platforms, including Uncrewed Fleet Carrier (UFC), Unmanned Surface Vehicle (USV), Remotely Operated Vehicles (ROVs), long endurance aerial drones (UAS), and Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), and optimizing human-robot and robot-robot collaboration, AEROSUB aims to reduce the on-site humans’ exposure to dangerous and strenuous environments. Large scale pilots related to monitoring, inspection, cleaning, and maintenance of structures below and above water line will be performed autonomously by AEROSUB solutions, which requires introducing AI-based features for enhancing perception and on-platform decision-making capabilities, improving collaborative navigation, manipulation, and mission planning. AEROSUB is proposing the first fully unmanned robotic solution for both aerial and underwater inspection and intervention, demonstrated in real offshore wind farm, to show an increased O&M operational efficiency of 40%, reducing of the associated downtime by 60% as well as the risk exposure of workers by 90%. Digital twin (DT) and AI solutions for automated information analysis of operational data, collected by remote robotic platforms in >30 operations, will increase the reactivity, responsiveness and intelligibility of the O&M operations: reducing the human burden by 80% to monitor

AI4SWEng represents an excellent chemistry of 15 Partners including experts and practitioners in Model-Drive Software Engineering and AI Engineering (particularly LLMs) from across Europe and USA with four use-cases from Software Development, Healthcare, Cyber-Physical System involving multi-architectural and resource-constrained systems and Next Generation Battery Management in EVs. The AI4SWEng mission is to significantly contribute to the transformation of agile software development into a sector turbocharged for design-by-contact high efficiency, reliability, and security-privacy compliant delivery. This is to exploit advanced AI-powered software development support to deliver high-quality reliable fast time-to-market solutions that are socially responsible, scalable, sustainable and lend themselves to audible ethical and regulatory compliance. AI4SWEng aims deliver AI-powered support to software developers to help reduce worker stress past the pain-points in agile SW development pipelines and higher productivity thus enhanced job satisfaction and creativity. Accordingly, the project will develop, deliver and validate, in 4 use-cases, a platform comprising a set of tools including AISysDev and Test Automation Tool to support the software lifecycle end-to-end for both functional and non-functional deliverables by supporting a host of tasks such as code generation, cross-compilation advanced debugging and dynamic slicing, adaptation, security-privacy by design, reliability, energy efficiency and adaptation as well as project management, process quality and maintenance support through data-driven insights for informed design decision-making and strategic software development planning Additionally with a commitment to advance user-centred design, it will provide structured design in advanced prompt engineering to support software developers team to best exploit to capabilities of the platform.

CAIPIRINH3A aims to overcome the technical barriers, hindering the uptake of ammonia as an alternative fuel, by developing and demonstrating an entirely novel technological concept: The Plasma Mist Ammonia (PlasMi-NH3) burner - a first of its kind, plasma-enabled, self-learning combustor, burning efficiently liquid ammonia with ultra-low NOx emissions. Leveraging detailed and accurate kinetic models, innovative injectors, non-equilibrium plasma systems for plasma assisted combustion and tailored combustion control strategies, CAIPIRINH3A will generate a truly vibrant and multiphase cocktail of chemical species which will activate multiple synergetic effects for enhanced combustion, in a smart framework. The targeted performance metrics are outstanding and go far beyond current paradigms: a) Thermal efficiency comparable to conventional diesel engines (~40%) b) Tier 4 NOx emissions (≤7.5 g/kWh). c) > 50% decrease in ignition delay and extension of the flammability limits by >20%. d) Near zero ammonia concentration in exhaust (<10 ppm). The technological feasibility and future potential of CAIPIRINH3A’s concept will be investigated through extensive testing at TRL4 and holistic impact assessment studies. Seamlessly integrated in a future clean ammonia economy and in line with strategic EU action plans (Fit for 55, Green Deal), CAIPIRINH3A holds promise for a sustainable future for our societies with vast environmental and socioeconomic impact in the power generation and all transportation sectors. During the project this promise will be fostered through targeted communication, and dissemination actions as well as the development of tailored business models for future exploitation. Hence, CAIPIRINH3A paves the way for a disruptive solution, which is eminent and urgent, towards the re-orientation of the energy conversion sector from fossil fuel-based to carbon free-based combustion systems and the ultimate goal of climate-neutral Europe by 2050.

Le projet TERALEDx a pour objectif de développer un nouveau laser femtoseconde terawatt adapté à l'accélération laser-plasma. Après des avancées de recherche très rapides dans les 20 dernières années, cette méthode de génération de particules énergétiques se rapproche maintenant des applications. L'une des plus prometteuses est le contrôle non destructif (CND) par rayons X qui permet de détecter et dimensionner les défauts d’objets et de suivre leur évolution. Les secteurs concernés par le CND sont : l'énergie (nucléaire, pétrolière, gazière, hydraulique, éolienne, etc.) ; les transports terrestres (notamment ferroviaires) ; la marine ; l’aéronautique ; l’aérospatiale ; la défense et la sécurité… Pour répondre aux besoins industriels du CND, il faut changer de paradigme au niveau des méthodes d'accélération laser-plasma qui sont traditionnellement associées à de grandes installations lasers de forte énergie (> 1 J) par impulsion, dont le nombre mondial plafonne à une centaine. C'est l'objectif de SourceLAB, la seule entreprise au monde développant des sources de particules par accélération laser-plasma à visée industrielle. La stratégie de SourceLAB est de mettre au point une ligne de faisceau de particules à partir d'un laser femtoseconde de conception beaucoup plus simple dont les paramètres sont typiquement 10 mJ, 10 fs, 100 Hz au niveau de la cellule de gaz servant à l'accélération laser-plasma. Aujourd'hui, la réalisation d'une telle source est très ouverte car aucune des technologies traditionnelles des lasers femtoseconde (Ti:saphir ou ytterbium) ne répond pleinement au cahier des charges. C'est dans ce contexte que le Laboratoire Charles Fabry (LCF) propose une architecture laser totalement originale, basée sur des cristaux d'alexandrite pompés par LED. Le LCF a une expérience de 10 ans sur le pompage par LED de lasers accordables dans l'infrarouge proche via des concentrateurs luminescents. Lors d'un projet de recherche ASTRID (nommé ALEDxandrite), le LCF a fait la preuve de concept de ce nouveau type de pompage. Il a fait mûrir la technologie des têtes de pompage (milieu laser + système de pompe) jusqu'à un niveau TRL3 en développant une série de prototypes. Le pompage par LED combine les avantages des autres types de pompage, sans les inconvénients : robuste, simple et de faible coût, comme les lampes flash ; efficace, stable et de longue durée de vie comme les diodes laser. Dans une chaîne laser femtoseconde, le pompage est déterminant pour la qualité du laser. Ainsi, le pompage par LED a tous les attributs requis pour faire une chaîne laser à vocation industrielle. SourceLAB et le LCF ont donc décidé d'associer leurs compétences, qui sont complémentaires, pour développer un laser femtoseconde pompé par LED adapté à l'accélération laser-plasma. L'architecture est conçue de façon modulaire en intégrant dès le départ les exigences de l'accélération laser-plasma à vocation industrielle (contraste temporel, stabilité et opérabilité de la source). Le système laser est constitué de plusieurs blocs : la source délivrant les impulsions étirées temporellement puis les blocs de compression à réseaux et de post-compression permettant de réduire la durée à 10 fs par automodulation de phase dans une cellule de gaz. La chaîne laser comprend un oscillateur femtoseconde, un étireur d'impulsion et deux amplificateurs pompés par LED utilisant l'alexandrite comme milieu amplificateur. Ce cristal est accordable dans l'infrarouge proche (700-800 nm) et il a des propriétés mécaniques, spectroscopiques et thermiques exceptionnelles pour un milieu laser. Utilisé depuis longtemps dans les lasers médicaux, l'alexandrite a un fort potentiel de développement industriel. Pour donner la preuve de la pertinence de l'architecture, le projet TERALEDx a pour objectif final d'installer la chaîne laser sur la ligne d'accélération laser-plasma de SourceLAB afin de faire une campagne de mesures donnant les performances du système complet.

Le projet AMHYRA vise à étendre les connaissances scientifiques et techniques concernant la manipulation d’écoulements hypersoniques par des forces d’origine électromagnétique, en particulier à travers la physique de la magnétohydrodynamique (MHD). Ces forces MHD peuvent être générées dans le volume du fluide si ce dernier est rendu suffisamment conducteur d’électricité et qu’un champ magnétique est appliqué. Il est ainsi possible d'agir mécaniquement et à “distance” sur l’écoulement sans aucune pièces mobiles: c’est le concept d’actionneurs MHD. Les très hautes vitesses (> Mach 10), notamment dans le contexte de la rentrée atmosphérique et des planeurs hypersoniques, est particulièrement propice à l’utilisation de la MHD car dans ces régimes les véhicules s’entourent naturellement d’un “cocon” de plasma qui permet alors, en présence de champ magnétique, la circulation de courants électriques, vecteurs de la force MHD. Les applications de cette technologie dans ces contextes portent sur 1) la réduction des flux de chaleur aux parois du véhicule 2) la réduction du phénomène de “blackout” radio 3) la conversion MHD d’énergie et enfin 4) le contrôle de trajectoire. Lors du projet AMHYRA, les savoir-faire, installations et outils de modélisation de l’ONERA et du CNRS, à travers l’institut ICARE, seront mis en commun dans l’objectif de maîtriser les différents aspects de la physique complexe de l’interaction MHD en régime hypersonique. Nous chercherons en particulier à produire une base de données expérimentale incluant une très grande diversité de conditions de vol, à l’image de ce qu’un véhicule rencontre au cours d’une rentrée atmosphérique. Ces données (distance et formes des chocs, efforts aérodynamiques…), produites sur des maquettes équipées de dispositifs de production de champ magnétique, seront obtenues sur trois installations différentes: MARHy, PHEDRA (CNRS/ICARE) et F4 (ONERA). Selon les installations, nous serons en mesure d’étudier différents aspects de la MHD hypersonique, par exemple l’interaction décharge-champ magnétique (MARHy), l’influence de la MHD sur l’ablation de matériaux (PHEDRA) ou encore la MHD avec effets de “gaz réel” (F4)... En accompagnement de ces expériences, il sera mené un travail important de modélisation numérique grâce aux outils développés à l’ONERA pour la MHD. Cette synergie entre approches expérimentale et numérique permettra de réaliser un travail de confrontation et validation, nécessaire pour la montée en maturité de concepts d’actionneurs MHD plus ambitieux pour la manoeuvrabilité des véhicules hypersoniques.

Le projet GOMMETTE vise à faire émerger une nouvelle plateforme de photonique intégrée compatible avec les longueurs d’onde télécom, qui permettra l’amélioration des processeurs quantiques à base de cristaux dopés aux ions erbium (Er). Ces systèmes sont actuellement à l’étude pour le développement de mémoires quantiques (MQ) et d’analyseurs spectraux de signaux radiofréquence large bande et temps réel (ASRF). Cependant, malgré de remarquables démonstrations de principe, plusieurs limitations retardent l’émergence d’une technologie mature fonctionnant à la longueur d’onde télécom. Les principaux freins sont les mêmes pour les MQ et l’ASRF, à savoir une trop faible interaction lumière matière, qui impose de travailler avec des concentrations importantes d’ion Er (>10ppm), favorisant ainsi les processus de décohérence via les interactions Er-Er. Afin de limiter cette décohérence il semble donc indispensable de travailler avec le plus faible dopage possible en ion Er. D’autre part, les ions Er sont difficiles à adresser optiquement, ce qui implique d’envoyer des impulsions de contrôle relativement longues, qui limitent à la fois la résolution spectrale des ASRF mais également l’efficacité de stockage dans le cadre des MQ. Notons également que ce faible couplage lumière-matière entraîne d’autres limitations en termes de multiplexage fréquentiel dans ces deux applications. GOMMETTE propose de solutionner ces limitations en développant des guides d’ondes monocristallins (GOM) alliant un confinement de la lumière, permettant une augmentation de l’interaction lumière-matière, à une préservation de l’exceptionnelle finesse des largeurs de raies homogènes des ions Er. Actuellement, aucun GOM préservant les propriétés des ions Er observée dans les cristaux massifs n’a encore été démontré. Le matériau utilisé sera le monocristal Er:Y2SiO5 (Er:YSO) qui est actuellement le matériau de référence des applications citées ci-dessus. Afin de garantir la conservation des propriétés de Er:YSO nous développerons un procédé de structuration original faiblement invasif et versatile. Ce procédé est basé sur les techniques d’amincissement, d’adhésion moléculaire et de gravure sèche largement utilisées dans l’industrie électronique. Il permettra l’obtention d’une hétérostructure hybride basée sur l’assemblage d’Er:YSO avec un substrat d’indice de réfraction plus faible (verre). Cet empilement composite sera ensuite structuré en guide d’ondes à l’aide des méthodes peu invasives de lithographie et de gravure sèche (ICP-RIE) qui offrent une grande flexibilité en terme de taille et de motif de gravure. Cette maitrise d’une méthode de structuration versatile du monocristal le plus étudié pour la réalisation de MQ constituera un atout stratégique en vue d’une mise à l’échelle industrielle. L’objectif de ce projet est donc d’exploiter le potentiel d’intégration et de fonctionnalité des GOMs pour augmenter significativement l’interaction entre la lumière et la matière tout en diminuant les processus de décohérence induits par les interactions entre ions Er. Le composant final, plateforme de photonique intégrée hautement évolutive opérant à la longueur d’onde des télécommunications et compatible avec l’utilisation de fibres optiques, permettra le développement de nouveaux processeurs quantiques aux fonctionnalités étendues. Ainsi, un analyseur de spectre à large bande aux performances inégalées fonctionnant aux longueurs d’onde télécom sera démontré. Une démonstration préliminaire de stockage optique multiplexé en fréquence sera également réalisée afin de confirmer l’intérêt de cette plateforme pour les MQ. Ce projet pluridisciplinaire à l’interface entre chimie des matériaux, photonique et physique quantique impliquera trois partenaires académiques et un industriel. Le consortium présente un large éventail d’expertises incluant croissance cristalline, structuration et physique atomique, allant jusqu’au développement et à la validation du dispositif final.

Il s’agit de faire la preuve de concept, d’une topologie de filtre hyperfréquence, pour des applications spatiales en bande X et au-delà, permettant de palier les défauts de précision des techniques fabrication additive. Pour réaliser cette démonstration, une topologie particulière de filtre, à base de résonateurs coaxiaux à saut d’impédance, surdimensionnés et désynchronisés entre eux, sera proposée. La solution s’appuiera sur des degrés de liberté intrinsèques à la topologie, permettant, d’atteindre des dimensions suffisantes, pour encaisser les fortes tolérances dimensionnelles en fabrication additive et obtenir des filtres offrant le meilleur compromis performances électriques/dimensions/tenue en puissance. S’agissant d’applications spatiales, la tenue en puissance est synonyme ici de la meilleure immunité possible au phénomène multipactor, se mesurant en puissance RF maximale admissible. La validation se fera sur des exemples de topologies de filtres, devant répondre à des spécifications proposées par un constructeur de satellite, donc réalistes sur le plan applicatif. La réalisation se fera par un procédé de fabrication métal par fusion laser, largement utilisé dans l’aérospatial, et considéré comme mature d’un point de vue industriel. Pour répondre à l’objectif de surdimensionnement, la conception se fera sur des structures de résonateurs et de filtres exploitant l’harmonique supérieure. L’idée du surdimensionnement, n’est pas nouvelle. Elle a notamment été appliquée sur des guides rectangulaires et circulaires, mais aussi sur des filtres, qu’ils s’agissent de technologies planaires, SIW ou volumiques. Appliquer cette technique à des structures coaxiales à saut d’impédance, supportant des modes TEM, serait une première. La diversité des degrés de liberté propres à ces topologies, associés au fait que sont combinées des structures coaxiales et des sauts d’impédance, conduit à une rupture conceptuelle, dans le sens ou le dimensionnement est libre selon XY et Z et de façon indépendante, permettant d’autre part de supprimer le fondamental, pour ne préserver que la fréquence harmonique d’intérêt. Le Lab-STICC, principalement chargé de la conception des filtres, sera le porteur du projet FTX. Il coopérera avec des spécialistes du domaine spatial, l’ONERA et Thales Alénia Space, et une société française FREYSSINET AERO GROUP spécialisée dans l’impression 3D métal, qui offriront leur concours dans leur domaine d’activité respectif. La société FREYSSINET AERO GROUP basée à Toulouse, assurera la fabrication des maquettes de filtres, par un procédé de fusion laser métal, tout en accompagnant le Lab-STICC, par des phases d’échange, de conseil, de simulation fusion laser et de préparation des objets à réaliser. Thales Alenia Space, basée à Toulouse, sera chargé du revêtement argent des filtres et des tests thermomécaniques, selon des procédures et des normes conformes à l’ECSS (European Cooperation for Space Standardization), définies par l’ESA. Selon la disponibilité des équipements aux fréquences et aux puissances considérées, Thales Alenia Space et/ou ESA-Val Space Consortium basée à Valence (Espagne), auront en charge les tests multipactor des filtres, selon une procédure ESA. L’ONERA aura en charge la caractérisation de l’émission électronique (TEEY) et l’analyse de la surface (XPS) du matériau final, obtenu après fusion laser et un éventuel traitement de surface, avec et sans le revêtement argent. Le Lab-STICC assurera la mesure de la conductivité électrique aux fréquences d’intérêt. Compte tenu de l’impact sur le facteur de qualité et sur la tenue en puissance multipactor, la rugosité des surfaces est un élément à traiter avec la plus grande attention. A ce niveau, l’ONERA et FREYSSINET AERO GROUP , collaborerons étroitement en vue de proposer les profils de surface les mieux adaptés à la problématique.

Les signaux d’opportunité pour la navigation sont les signaux issus des émetteurs TV, FM, Wifi, réseaux de télécommunication, etc... Même s’ils n’ont pas été conçus pour la localisation des récepteurs (comme le sont les signaux GNSS), les signaux d’opportunités contiennent une information utile à la navigation. Nous nous y intéressons comme une alternative ou un complément aux signaux GNSS pour la navigation des drones. La principale difficulté est de savoir extraire, des signaux reçus, l’information qui est utile à la navigation. L’utilisation de cette information pour la navigation se fera ensuite par des techniques classiques de traitement du signal, comme le filtrage de Kalman par exemple. La problématique de cette proposition adresse la réception des signaux d’opportunité, l’analyse de ces signaux pour en extraire les informations pertinentes à la navigation, et enfin le traitement de ces informations pour estimer la position. Elle recouvre les aspects matériel et logiciel temps réel sur calculateur embarqué. Des campagnes de tests statiques, mobiles terrestres et aériennes (au moyen de drones lourds) seront réalisées.

Que ce soit dans le domaine civil ou militaire, le traumatisme sévère est un problème de santé publique majeur qui touche une population jeune, et dont la morbi-mortalité augmente à l’échelle mondiale. Avec le retour de la guerre de haute intensité en Europe et son grand nombre de victimes, la prise en charge des traumatisés sévères devient un enjeu stratégique. Le choc hémorragique demeure la première cause de décès des patients traumatisés sévères en particulier du fait du développement de défaillances d’organes. Celles-ci sont à l’origine d’un nombre croissant de décès dans les premières heures. Ces défaillances s’installent très précocement, pendant ou après l’épisode hémorragique initial. Elles deviennent une problématique critique en cas de choc prolongé ou de prise en charge initiale (pré-chirurgicale) longue comme c’est le cas en conflit de haute intensité. La physiopathologie des défaillances d’organes est mal connue actuellement. La caractérisation de cette physiopathologie du choc hémorragique et des défaillances secondaires selon des méthodes nouvelles et sans a priori possède un potentiel disruptif pour proposer de nouvelles thérapeutiques dans le but d’améliorer la survie et de diminuer la morbidité. Ces dernières années ont été marquées par le développement de systèmes de séquençage de cellules uniques permettant de caractériser quantitativement et qualitativement la composition cellulaire et moléculaire des tissus. Elles sont à l’origine d’une révolution de la compréhension de nombreuses maladies. Nous avons choisi d’étudier deux défaillances d’organes particulière en focalisant nos efforts sur la caractérisation exhaustive de l’atteinte rénale et pulmonaire. Le rein est un organe sentinelle en traumatologie, les défaillances rénales et pulmonaires sont les plus problématiques en termes de morbidité et d’association à la mortalité et enfin il existe une association entre leurs défaillances respectives. L’objectif principal de ce projet est de caractériser sous la forme d’un atlas cellulaire et moléculaire les signatures de transcriptomique spatiale des défaillances rénales et pulmonaires au cours du choc hémorragique traumatique à l’échelle cellulaire et sub-cellulaire. Nous avons opté pour un modèle porcin réanimé de manière prolongée. Les objectifs secondaires sont l’identification des voies biologiques et moléculaires impliquées dans la physiopathologie, l’identification de biomarqueurs et de cible thérapeutiques nouvelles ainsi que l’identification de l’interaction entre le rein et le poumon à la phase aiguë du choc hémorragique.

Le projet FOAMWAKE est porté par un consortium composé d'un partenaire académique (Laboratoire de Mécanique des Fluides et Acoustique UMR 5509), de deux partenaires institutionnels (IFREMER et ONERA) et d'une grande entreprise (Sirehna, filiale de Naval Group). L'objectif de ce projet est de caractériser les sillages de bulles générés à l'arrière d'un cylindre perçant la surface libre. Plus précisément, les travaux de ce projet concourent à la caractérisation des phénomènes physiques d'origine fluide qui pilotent la génération, la propagation et la persistance de ce sillage diphasique ; ces phénomènes étant aujourd'hui peu abordés, mal compris et encore moins modélisés. Un second axe de travail vise à caractériser la perception de ce sillage par des capteurs optiques. En effet, les bulles générées par le sillage ont des propriétés optiques très différentes du fond de mer, qui peuvent conduire à la détection et à la reconnaissance de l’engin semi-immergé ayant généré le sillage. La finalité militaire de ce projet est la connaissance et la maîtrise de l'indiscrétion optique générée par le sillage d'écume derrière un corps perçant la surface libre (par exemple un mât de sous-marin évoluant à l'immersion périscopique) et de façon réciproque, l'amélioration des capacités de détection de ces phénomènes par des capteurs optiques. Les applications civiles comprennent entre autres la sécurité maritime ou le phénomène d’entraînement d’air en aval des ouvrages hydrauliques, dont la modélisation est nécessaire mais souvent très empirique. L'objectif du projet est de comprendre les phénomènes physiques qui agissent sur les conditions d'apparition des bulles, leurs distributions de tailles, leur propagation dans le sillage du corps ainsi que leur persistance, sous forme d'écume. Pour atteindre cet objectif, les tâches suivantes seront réalisées : 1) La réalisation d'essais en aval d’un cylindre fixe perçant un écoulement entraîné jusqu’à 5 m/s. Ce moyen expérimental existant au LMFA est de taille réduite (longueur 2,3 m), mais disponible extensivement. Le moyen d'essai permettra d'appréhender la génération des bulles et leur propagation dans le sillage proche du corps à l’aide en particulier de mesures par sonde optique à détection de phase donnant accès aux distributions de tailles et de vitesse de bulles. L'aspect persistance du sillage ne pourra pas être étudié via ce moyen d'essai. 2) La réalisation d'essais en eau de mer dans un bassin de traction de plus grande échelle (IFREMER). Ces essais seront complémentaires des précédents. Outre la fourniture d'informations à une échelle plus proche de l'application, ils permettront d'étudier la persistance du sillage d'écume en aval du mât. Ce moyen d'essai permettra également d'accéder à la déformée de surface libre représentative de celle générée par un mât en milieu infini. Ces essais permettront de valider les modèles numériques utilisés ou développés dans la tâche 3, ou des modèles développés ultérieurement. Cette tâche intégrera également des acquisitions par des capteurs optiques par l'ONERA. 3) La réalisation de simulations numériques par Naval Group reproduisant les essais réalisés dans les deux tâches précédentes, avec deux modélisations de la turbulence (RANS et LES). Ces simulations n'auront pas vocation à suivre les bulles mais à caractériser la topologie globale de l'écoulement et les structures turbulentes et ainsi faire le lien entre la propagation des bulles observées dans les expériences et la turbulence. Ces simulations seront complétées par des simulations numériques directes avec Basilisk (LMFA), pour focaliser à plus petite échelle sur les mécanismes d’entraînement d’air. Les essais et simulations auront pour but d’élaborer un modèle d’entraînement d’air pour cette configuration, afin en particulier de clarifier comment sont générées les inclusions les plus petites, responsables de la persistance du sillage.

La forêt amazonienne est l'un des plus grands puits de carbone de la planète, séquestrant chaque année entre 0,42 et 0,65 PgC, mais son statut est remis en question par les perturbations rapides causées par le changement climatique. Dans cette région, la productivité de la forêt amazonienne peut être limitée par la faible disponibilité des nutriments fournis par les sols très altérés sur lesquels pousse la végétation. Le rôle des apports atmosphériques externes dans la pérennité de cette forêt tropicale amazonienne depuis des millions d’années est aujourd’hui encore débattue. En effet, ces aérosols se caractérisent notamment par leur richesse en certains éléments essentiels comme K, P ou les métaux. A l'échelle des temps géologiques, l’influence des retombées atmosphériques sur le fonctionnement de la zone critique est questionnée car ces apports sont souvent ignorés dans l'équilibre chimique des flux d'érosion et d’altération à l’échelle du bassin versant. Le projet ATMO-GEO s’est constitué autour d’une équipe scientifique composée de géochimistes de la zone critique et de chercheurs en chimie et physique de l'atmosphère afin de pouvoir quantifier l'impact des apports atmosphériques sur le fonctionnement géochimique du bassin amazonien. En Amérique du Sud, la période la plus intense d'apports atmosphériques se situe pendant l'hiver boréal, sous l'effet des vents d'est lorsque la zone de convergence intertropicale est à sa position méridionale, transférant des quantités massives de poussière de la région saharo-sahélienne, ainsi que des suies issue de la combustion de biomasse en provenance du nord de l'Afrique tropicale. Cependant, pendant le reste de l’année, les apports sont moindres, mais le flux atmosphérique n’est pas négligeable, notamment concernant les apports par les suies d’éléments facilement solubles et donc biodisponibles. Dans le cadre d'ATMO-GEO, les aérosols et les dépôts seront ciblés à la suite d'un échantillonnage ambitieux et unique. Les aérosols, les dépôts totaux et les fractions solubles-insolubles de la pluie à l'échelle événementielle seront collectés simultanément sur deux sites distincts, l'un côtier en Guyane française et l'autre continental, à 1000 km au sud-est, près de Manaus au Brésil. Intégrées sur plusieurs saisons, plusieurs années, et à différentes fréquences (de l’événement de pluie à l’année), ces données nous permettront de connaître, sur le long terme, la variabilité temporelle de la composition des aérosols et des dépôts, ainsi que les changements potentiels les affectant lors de leur transit depuis des régions côtières vers les régions continentales du bassin amazonien. Puisque la composition des aérosols peut varier en fonction de la saison, de la source d'émission de poussières en Afrique du Nord ou de leur pénétration dans les zones continentales, des études géochimiques, isotopiques et minéralogiques poussées seront appliquées pour caractériser les différents types d'aérosols, déterminer les principales sources de poussières nord-africaines et cibler leur cinétique de solubilité. En outre, les dépôts totaux et élément-spécifiques seront quantifiés dans les deux observatoires, ainsi que les fractions solubles et insolubles de ces éléments dans les précipitations, afin d'estimer les flux de dépôts annuels. L'extrapolation des taux de dépôt depuis deux sites uniques à l’échelle du bassin amazonien sera réalisée à l'aide d'une version actualisée du modèle de transport chimique GEOS-Chem, qui prendra en compte la composition chimique du dépôt en tant qu'entrée de modèle. L'importance des apports atmosphériques dans l'équilibre géochimique amazonien sera estimée en les comparant aux taux de dénudation (érosion + altération) documentés dans l'ensemble du bassin amazonien. Ce projet s’inscrit également à l’échelle locale avec un désir fort des pouvoirs publics de mieux appréhender la dynamique de ces apports atmosphériques afin d’adapter leurs politiques locales, notamment sanitaire

La vitesse du changement climatique anthropique ne montre aucun signe de fléchissement. Le dernier rapport de l'IPCC montre en effet que tous les compartiments du système Terre sont impactés par les conséquences de ce changement. Dans l'océan, une consequence majeure est la diminution de la quantité d'oxygène, mesurée depuis des décennies et qui suscite des inquiétudes quant à l'évolution des ressources marines, mais les projections numériques de la désoxygénation future sont très incertaines. L'étude d'évènements passés de réchauffement abrupt et de désoxygénation offre cependant un outil puissant pour apporter des contraintes sur l'existence de seuils dans le système Terre et pour évaluer la capacité des modèles à reproduire de tels bouleversements. Ce projet se concentre sur le Maximum Thermique du Paleocene-Eocene (PETM, 56 Ma), un épisode of de réchauffement brutal possédant de grandes similarités avec le changement actuel, à l'exception de la vitesse de changement. En effet, 1) c'est une perturbation générée exclusivement par l'ajout de carbone dans l'océan et l'atmosphère, 2) c'est un épisode géologiquement instantané, car l'ajout de carbone dure moins de 20000 ans (meilleure estimation autour de 6000 ans), 3) la quantité de carbone injectée est du même ordre de grandeur que les projections du RCP8.5 à l'horizon 2300, 4) les proxies redox montrent une désoxygénation globale. Pour ces raisons, de nombreuses archives climatiques du PETM ont été générées et cet évènement est peut-être le mieux documenté de la période pré-Quaternaire. Ce projet propose, pour la première fois, d'utiliser un modèle de système Terre de complexité et résolution analogue aux modèles des récents exercices CMIP pour étudier la réponse transitoire de la dynamique climatique et de l'oxygène au cours du PETM. Des contraintes sur la capacité des modèles à simuler des réchauffements rapides sont attendues et informeront la nouvelle génération de modèles utilisés pour projeter notre avenir.

La super-éruption du Young Toba Tuff (YTT) s'est produite il y a 74 ans à Sumatra et est considérée comme un événement volcanique unique, bref et cataclysmique. Cependant, son impact climatique et environnemental fait l'objet d'un débat animé. Les questions cruciales restent la quantité et la dynamique de ses émissions de soufre, qui sont essentielles pour déterminer les conséquences climatiques d'une éruption. Nos résultats récemment publiés démontrent l'existence d'une activité éruptive multiple du Toba au moment où la Terre entrait dans la dernière période glaciaire. Par rapport à un événement cataclysmique unique, l'activité éruptive multiple pourrait avoir un impact climatique significatif en accumulant le refroidissement radiatif océanique dû aux émissions répétées de soufre et en perturbant la dynamique atmosphère-océan. L'ajout de soufre volcanique pourrait également entraîner une acidification des océans. Pour répondre à ces questions importantes, notre projet vise à i) mieux dater et contraindre le tempo de l'activité éruptive du super-volcan Young Toba, ii) estimer la quantité et la dynamique de ses émissions de soufre, et iii) révéler leur impact sur la température de surface et la dynamique océan-atmosphère de l'océan Indien tropical, y compris l'acidification des océans. Pour atteindre nos objectifs, nous avons réuni une équipe sans précédent, dotée d'un large éventail de compétences en sciences de l'environnement et de la terre, d'un accès à des archives clés (carottes de glace et carottes marines), d'instruments analytiques performants et d'une expertise dans les techniques géochimiques sur petits échantillons (téphra, glace polaire, assemblages de foraminifères monospécifiques), autant d'éléments essentiels à la réussite de ce projet. Ce nouvel ensemble de données sans précédent permettra de mieux comprendre le forçage climatique des super-volcans dans le passé et dans le futur.

Le rôle des écosystèmes forestiers dans la crise écologique planétaire en cours est essentiel et pourtant nous sommes loin d’avoir compris l’ensemble des facteurs qui agissent sur la nutrition des forêts et qui conditionnent leur aptitude à agir sur le climat et à y réagir. Les services écosystémiques que rendent les forêts sont limités par les stress hydriques et en nutriments qui les menacent. Si le cycle de l’eau, du carbone, de l’azote et du phosphore ont fait et font l’objet de nombreuses études, l’attention n’a pas été assez portée aux nutriments essentiels minéraux dont l’origine ultime ne peut être que l’altération des roches. Ce projet vise à améliorer notre connaissance des processus de nutrition minérale par les arbres en et particulier de démêler la part des nutriments minéraux qui vient du recyclage biologique par la plante elle-même de celle qui vient des apports externes comme l’altération des minéraux ou les retombées atmosphériques. Cette distinction entre apports externes et recyclage est une des clés pour l’amélioration de modèles numériques écophysiologiques actuels. Pour se faire, nous proposons d’utiliser les isotopes du bore qui ont récemment prouvé leur potentiel pour distinguer les sources et les processus affectant les nutriments minéraux. Nous basons le projet sur une approche en échelles allant de l’expérimentation en conditions contrôlées dans des ECOTRONS à celle du bassin versant. Le projet repose sur l’utilisation d’infrastructures communautaires nationaux qui mettent à disposition des sites expérimentaux permettant d’explorer des gradients environnementaux et d’une exceptionnelle parcelle expérimentale au Brésil où sont pratiqués des amendements en bore. L’originalité de ce projet tient dans son consortium scientifique car les communautés qui construisent des modèles écophysciologiques et les communautés qui étudient et modélisent l’altération chimique ne se rencontrent pas assez.

Les projections de précipitations dans les tropiques sont entachées d'une grande incertitude. Les changements de précipitations passées permettent de comprendre comment les précipitations répondent aux changements climatiques. Cependant, les reconstructions des précipitations divergent dans certaines régions selon qu'elles sont basées sur la composition isotopique de l'eau ou sur d'autres proxies. L'objectif de ce projet est de résoudre cette énigme de longue date. Notre hypothèse est que les proxies isotopiques sont plus sensibles au type d’orages formant la pluie qu'au taux de précipitation. Pour vérifier cette hypothèse, nous étudierons l'impact du type d’orage sur la composition isotopique de l'eau, en nous basant sur des simulations résolvant explicitement les orages, évaluées par rapport à des observations in situ et par satellite. Nous implémenterons une représentation de cet impact dans le modèle de circulation générale LMDZ afin d'étudier le rôle du type d’orage sur les variations isotopiques à l'échelle climatique. Nous combinerons les simulations paléoclimatiques avec ce modèle et des enregistrements isotopiques et non isotopiques existants pour quantifier le rôle du type d’orage sur les variations isotopiques à l'échelle paléoclimatique. Nous espérons que ce projet débouchera sur un nouveau paradigme d’interprétation des proxies isotopiques. Il permettra également de jeter des ponts entre les communautés des orages et des paléoclimats.

Les composés organiques volatils (COV) et les oxydants atmosphériques jouent un rôle essentiel dans la chimie troposphérique en formant notamment des particules organiques. Les particules ultrafines fines sont omniprésentes et ont un impact majeur sur le changement climatique et la qualité de l'air. Les composés organiques formés lors de l’oxydation des COV représentent la plus grande fraction massique des particules fines. Les processus de formation ainsi que les précurseurs restent cependant incertains, en particulier dans les endroits éloignés comme l’Arctique. Ceci est notamment dû à la méconnaissance des sources de précurseurs de particules atmosphériques. IMPACT vise à révéler que le dégel du pergélisol peut libérer des espèces gazeuses réactives impactant la formation de particules dans l'Arctique. IMPACT se focalise sur les émissions d'espèces gazeuses liées au dégel du pergélisol, où ce réservoir de matière organique majeur pourrait modifier drastiquement la composition atmosphérique. En se basant sur les dernières techniques de spectrométrie de masse de pointe, IMPACT permettra de comprendre les processus chimiques qui se produisent dans l'Arctique à l'heure actuelle mais également leur évolution dans un climat se réchauffant. Pour ce faire, des expériences sur le terrain, en laboratoire et de modélisation seront réalisées afin d'établir le rôle central du pergélisol dans les émissions de COV et son impact sur la formation de nouvelles particules dans l'Arctique. En résumé, en étudiant une source ignorée de COV dans l’Arctique, IMPACT fournira des informations essentielles pour établir des prévisions plus précises de la rétroaction du carbone du pergélisol sur le climat.

Ce projet vise à évaluer la contribution des virus comme vecteurs de transfert horizontal de matériel génétique entre insectes (TH). Ce type de transfert est défini comme le passage d’ADN entre organismes par des moyens autres que la reproduction. Nous nous focaliserons sur les TH d’éléments transposables (THE), le type de transfert le plus fréquent chez les eucaryotes, et concentrerons nos efforts sur les insectes, un groupe d'animaux chez lequel les THE sont très répandus. Le premier work package (WP) consistera à mesurer expérimentalement la fréquence des THE hôte-vers-virus, virus-vers-virus et virus-vers-hôte chez des papillons et des espèces de drosophiles infectées par un ou deux ou trois virus (un baculovirus, un iridovirus et un virus domestiqué de guêpe parasitoïde). Dans le deuxième WP, nous effectuerons des criblages bioinformatiques à grande échelle de THE entre insectes et testerons si le nombre de THE entre espèces s'explique par la présence de virus. Cela sera fait sur tous les génomes d'insectes disponibles dans NCBI, dans lesquels les virus endogènes seront utilisés comme proxy pour caractériser la flore virale des insectes, et sur un sous-ensemble d'échantillons de terrain disponibles dans la base de données SymbioCode hébergée par le partenaire 2, dans laquelle la flore virale sera caractérisée à l'aide de PoolSeq de plusieurs individus pour chaque espèce d'insecte. Dans le troisième WP, nous mettrons en œuvre une approche de modélisation visant à dériver un modèle formel intégrant les TH et leurs vecteurs putatifs comme variables explicatives de la distribution des familles d'éléments transposables. Nous développerons différents modèles de niveaux de complexité croissants, dont l'un prendra explicitement en compte un rôle possible des virus en tant que vecteurs de THE. Dans son ensemble, cette combinaison d’approches multi-échelles apportera un nouvel éclairage sur les aspects mécanistiques des THE, et elle nous permettra d’évaluer si les virus ont contribué à façonner la distribution des THE chez les insectes.

Le dépérissement des forêts européennes dû au changement climatique est déjà observé dans de nombreux massifs. Le hêtre est particulièrement sensible à la chaleur et à la sécheresse et la résilience de cette espèce majeure dans les prochaines décennies conditionne le sort de nombreux écosystèmes forestiers du continent. Les traits phénologiques, tels que la date de débourrement des bourgeons et la sénescence des feuilles, et les traits associés à la résistance au stress hydrique sont considérés comme des éléments clés de l'adaptation des arbres au réchauffement. FAGRESCUE est un projet transdisciplinaire visant à quantifier et caractériser la diversité phénologique et génétique sous-jacente dans les vieilles hêtraies afin de constituer des pools génétiques qui pourraient être exploités pour de futurs programmes d’enrichissement des hêtraies. Pour atteindre cet objectif, nous allons 1) développer une méthode basée sur l'utilisation de drones et des programmes d'apprentissage automatique pour les analyses d'images afin de produire un phénotypage rapide et fiable des hêtraies ; 2) phénotyper deux vieilles forêts pour les traits phénologiques et traits de résistance au stress hydrique et identifier les facteurs génétiques impliqués dans ces traits par GWAS et 3) Utiliser des modèles de fonctionnement du hêtre et de génétique des populations pour prédire le devenir des phénotypes et des génotypes ainsi identifiés pour les 50 à 100 prochaines années selon deux scénarios d’évolution du climat. FAGRESCUE rassemble sept équipes expertes en technologie d'imagerie, en apprentissage automatique, en génomique et en modélisation écologique. Cinq sont des laboratoires publics du CNRS, de l'INRAe, de l'ONERA, de l'Université de Perpignan, de l'ENSAT et de l'INP Purpan. Le partenaire privé BIONOMEEX est une société spécialisée dans la programmation basée sur le Machine-Learning. Bionomeex sera en charge du développement d'un nouveau logiciel de phénotypage aérien.

La vie solitaire, considérée longtemps comme le mode de vie originel des mammifères, serait en fait dérivée du modèle de vie sociale. De nombreux facteurs socio-écologiques en influençant les coûts et bénéfices, la vie en solitaire devrait réduire la consommation quotidienne d'énergie en diminuant la compétition. Notre modèle, le rat des buissons du Karoo, construit de vastes huttes de branchages, créant ainsi un microclimat qui devrait atténuer les coûts de la vie solitaire, dont l'absence des bénéfices thermorégulatoires liés au fait de se blottir. Nous mesurerons les températures et l'humidité à l'intérieur et à l'extérieur des huttes, puis nous mesurerons le taux métabolique des rats à ces températures. Nous serons les premiers à utiliser des enregistreurs de données mini-GPS sur un petit rongeur et à combiner ces données avec la technique de l'eau doublement marquée pour mesurer la dépense énergétique quotidienne totale en fonction des distances quotidiennes parcourues et de la taille du domaine vital. Les données obtenues chez les individus solitaires seront comparées à celles des 5 % d’individus de la population qui vivent en groupe. Nous prédisons : des taux métaboliques significativement plus bas aux températures mesurées à l'intérieur des huttes occupées ; des huttes héritées au travers des matrilignées, de sorte que l'investissement dans leur construction et leur entretien entraîne des avantages directs et indirects en termes de fitness pour les individus. Bien que centrée sur une seule espèce, notre étude servira de modèle pour les recherches sur d'autres mammifères solitaires, pour lesquels les données sont actuellement insuffisantes pour réaliser de études comparatives correctes. Comprendre comment la vie en solitaire permet d'économiser de l'énergie et d'améliorer la fitness des individus transformera notre compréhension de l'évolution sociale des mammifères, une étape essentielle pour conserver la biodiversité des mammifères.

Le plancton joue un rôle central dans la biogéochimie océanique, influençant les flux de carbone et les niveaux de CO2 atmosphérique. Mais les modèles biogéochimiques actuels négligent les mécanismes moléculaires d'adaptation des espèces, limitant notre compréhension de leurs réponses au changement climatique. Ce projet, Seascales, explore au niveau génétique l'adaptation à la température de protistes cosmopolites du plancton par des variants protéiques. Seascales combine une analyse métagénomique à grande échelle avec des tests biochimiques à haut débit, des mesures et modélisations métaboliques, ainsi que des expériences sur un organisme modèle, Bathycoccus. Après détection et comparaisons de séquences de variants protéiques issus de populations de lignées eucaryotes cosmopolites, nous cherchons à identifier des signatures putatives d'adaptation à la température. Nous construirons in vitro une collection de 400 variants psychrophiles et mésophiles d’enzymes recombinantes. La moitié de ces variants protéiques sont issus de cultures de souches psychrophiles et mésophyles de B. prasinos, l’autre moitié de génomes environnementaux (400 au total) que nous allons comparer en biochimie en mesurant les caractéristiques enzymatiques et la température de dénaturation. Nous exploitons des données métabolomiques de Bathycoccus, à la fois par construction in silico de modèles, et in vitro à partir des cultures. En parallèle, nous utiliserons notre savoir-faire en génie génétique sur Bathycoccus (échanges de gènes) pour explorer les effets physiologiques et métabolomiques des variants enzymatiques. Nous visons des enzymes clés des cycles biogéochimiques pour lesquelles nous pouvons obtenir des protéines purifiées et effectuer des tests biochimiques. Nous disposons des données préalables, méthodes et de l'expertise nécessaires, ainsi que de résultats préliminaires de toutes les principales méthodes. Notre projet comblera le fossé entre la génomique et les observations passées de la plasticité fonctionnelle des communautés, élargissant ainsi notre compréhension de l'influence de la température sur le plancton. Les résultats seront cruciaux pour comprendre la vulnérabilité du plancton au changement climatique et offriront des informations sur les facteurs génétiques affectant la stabilité et l'efficacité des enzymes.

Dans un contexte de pressions croissantes sur les ressources et les milieux aquatiques, le projet BlueState étudie la manière dont les États gouvernent l'accès à l'eau et son utilisation. Si les États contemporains ont des difficultés à agir efficacement sur les questions écologiques, aucune autre institution n'a le même niveau de légitimité pour réglementer les pratiques économiques et sociales, la même capacité de coordonner le changement social dans de multiples secteurs, et les mêmes moyens coercitifs pour faire appliquer les réglementations. Reconnaissant cette capacité unique des États à agir en faveur d’une plus grande durabilité, le projet vise à mettre en évidence les conditions qui permettent la mise en œuvre de politiques publiques préservant mieux les ressources et les écosystèmes aquatiques, tout en garantissant l'équité entre les acteurs et les groupes sociaux. Il explore les questions suivantes : (1) Comment définir et mesurer les politiques "bleues" qui contribuent à préserver les ressources en eau et les écosystèmes de manière équitable ? (2) Quelles sont les politiques "bleues" réellement mises en œuvre par les Etats ? (3) Quelles sont les conditions qui contribuent à la sélection et à la mise en œuvre de ces politiques ? Le projet BlueState pose trois hypothèses de recherche : (H1) L'interaction dynamique d'un nombre relativement limité de variables peut largement expliquer le degré de durabilité de l'action de l'Etat concernant les ressources et les écosystèmes aquatiques. (H2) Malgré la grande diversité des contextes institutionnels et politiques, les politiques étatiques peuvent être comparées de manière significative en examinant leurs réponses aux sécheresses, à différentes échelles de temps, de la gestion de crise à la planification à long terme. (H3) Une approche interdisciplinaire systématique, reliant les domaines des sciences sociales et de l'hydrologie, est essentielle pour comprendre la diversité et les forces motrices de l'"État bleu". Ce projet nous permettra de mieux comprendre comment les Etats anticipent et/ou réagissent aux sécheresses, selon quels critères, et avec quels effets hydrologiques et socio-politiques. Compte tenu du caractère non évident du bon état hydrologique et des effets des politiques publiques, cette recherche engage une interdisciplinarité systématique afin d'identifier les politiques plus ou moins favorables aux ressources et aux écosystèmes aquatiques, les facteurs influençant les décisions publiques, et les conséquences de ces choix. Il s'appuie sur des méthodes comparatives basées sur une série d'études de cas en France et dans trois autres pays (États-Unis, Brésil et Afrique du Sud). Le projet BlueState enrichira la littérature sur les politiques de l'eau et de l’environnement à travers une étude du rôle joué par toutes les composantes de l'État, une institution que cette littérature analyse rarement en tant que telle. Grâce à l'approche interdisciplinaire, il fournira également des résultats originaux sur les variables hydro-sociologiques en vue d'une plus grande durabilité dans la gestion de l'eau. Le double niveau de comparaison permettra une approche plus générale, en révélant la diversité et la complexité hydrologiques et sociopolitiques des cas étudiés. L'ambition internationale du projet facilitera sa capacité à produire des affirmations plus générales. Grâce à l'organisation de discussions avec des décideurs et des gestionnaires, cette recherche renforcera la réflexivité des acteurs directement impliqués dans les politiques et la gestion de l'eau. Elle contribuera à clarifier les marges de manœuvre des acteurs étatiques et les leviers qu'ils pourraient éventuellement activer pour mieux préserver les ressources en eau et les écosystèmes.

Dès 1990, des économistes ont proposé d’établir un système de "cap and share" : un marché mondial du carbone dont les recettes seraient allouées sur une base égalitaire par personne. Dans un document de travail, nous montrons à l’aide d’enquêtes sur 56 000 répondants que l’acceptation d’un cap and share est non seulement très forte dans chacun des 20 pays couverts, mais qu’elle est également sincère. Conformément à cette enquête, l’hypothèse de ce projet est qu’une majorité des populations (notamment dans les pays à hauts revenus) accepteraient une mesure de redistribution mondiale telle que le cap and share. Le projet s’articule en deux parties. La première partie s’attachera à tester notre hypothèse à l’aide de nouvelles enquêtes d’opinion ainsi que d'entretiens semi-directifs. Au vu des résultats précédents, nous nous attendons à une confirmation de cette hypothèse. Je mènerai des enquêtes supplémentaires afin de tester des hypothèses alternatives qui pourraient nuancer le soutien déclaré par (1) de la mauvaise foi, (2) d’autres préoccupations antagonistes, ou (3) des obstacles concrets à la réalisation d’un cap and share. La seconde partie cherchera à tirer les conséquences de cette nouvelle perspective vers un cap and share, établi par une alliance de pays au sein d’une « coalition climatique », en menant des études préparatoires à son instauration. D’une part, nous simulerons les effets économiques d’un cap and share à l’aide d’un modèle intégré économie-énergie, avec différents scénarios de participation à la coalition climatique. D’autre part, nous étudierons les dynamiques liant prix du carbone et prix du pétrole (et du gaz) pour différents scénarios d’alliances géopolitiques (coalition climatique, cartel de pays exportateurs de pétrole).

Les particules minérales prédominent dans l’aérosol atmosphérique, et les épisodes de sécheresse dus au changement climatique augmentent significativement les émissions ou la resuspension de poussières, entraînant des conséquences négatives sur la qualité de l’air. Les seuils cibles de l'OMS en matière de qualité de l'air et spécifiquement de particules fines entrainent les politiques environnementales, comme celle de l'Union Européenne, à fixer des valeurs limites de plus en plus basses pour les PM10, ce qui impose aux réseaux de surveillance d'être en mesure de rendre compte de la contribution des différentes sources de particules, et notamment des sources naturelles de poussières et des particules de resuspension. Les méthodes actuellement utilisées sont basées sur des analyses chimiques à la fois complexes et onéreuses, doublées pour ce qui concerne les sources naturelles par la consultation de simulations numériques de transport de particules à grande échelle entachées d'incertitude. Le projet AERODUST se positionne dans ce contexte en réponse au besoin d'une mesure spécifique des particules minérales, à la fois fiable et facile à opérer. Pour cela, son objectif est de développer une technologie de rupture basée sur de l’imagerie afin de réaliser des mesures embarquées, temps réel et haute fréquence de la caractérisation de l’aérosol atmosphérique. Un instrument existant, l'Aerotape, permet d'ores et déjà d’observer les différents types de particules collectées, mais leur reconnaissance automatique nécessite que soient implémenter de nouvelles techniques de microscopie optique et d'intelligence artificielle. Cette classification inédite permettra de distinguer les particules issues de la resuspension locale de celles transportées sur de plus grandes distances. Un module d’intelligence artificielle sera implémenté et validé au cours de plusieurs campagnes d’intercomparaison de terrain. Une fois validée, la nouvelle version sera utilisée pour faire la démonstration d’un système de caractérisation continue et opérationnelle, en milieu urbain à Paris pour ce qui concerne les particules de resuspension, en Martinique sur des sites affectés par les particules sahariennes, et au Caire, où ces deux types de sources se retrouvent. Cette caractérisation aura valeur d'alerte précoce ou de bilan journalier au bénéfice des acteurs de la prévention et de ceux chargés de la maitrise des émissions.

Le projet DIADEMS, coordonné par l’ONERA, vise à développer une méthodologie et une instrumentation pour la mesure d’émissions diffuses (i.e. non canalisées) de polluants gazeux. Pour cela, la télédétection optique est particulièrement adaptée. La mesure sera donc effectuée par un LiDAR à absorption différentielle en colonne intégrée (IP-DiAL) conçu par l’Onera et reposant sur un laser accordable en longueur d’onde fabriqué par Teem Photonics. Bien que cet IP-DiAL puisse convenir à de nombreux gaz, le projet se focalisera sur l’ammoniac (NH3) et le 1,3-butadiène. En effet, ces deux polluants, très préoccupants pour l’environnement et la santé, présentent des émissions diffuses marquées difficilement quantifiables. DIADEMS sera marqué par les jalons suivants : - Un développement instrumental adapté à la métrologie in situ des polluants sera effectué (modification de la longueur d’onde de l’émetteur, solution innovante pour la mesure de la longueur d’onde, intégration du système). - En parallèle, une campagne de mesure sur un site de traitement des eaux du Service Public de l’Assainissement Francilien (SIAAP) dressera, grâce à des mesures de référence et par réseau de capteurs couplées à des modélisations de dispersion, une cartographie grossière des émissions (sources et concentrations) afin d’établir différents scénarios de déploiement du système IP-DiAL. - Puis, le système IP-DiAL sera qualifié en conditions contrôlées dans une galerie ventilée avec les deux polluants. Une preuve de concept de mesure d’émissions diffuses de 1,3-butadiène est attendue. - Enfin, le dispositif sera validé pour le NH3 sur le site du SIAAP avec une stratégie de mesure bénéficiant du retour d’expérience acquis lors de la première campagne. DIADEMS s'appuiera sur les compétences laser (théoriques et industrielles) de Teem Photonics, sur l’expérience de l'Onera en matière de télédétection dans l’infrarouge thermique, et sur les compétences de l'Ineris en matière de modélisation et de surveillance des émissions diffuses sur les sites industriels, y compris le SIAAP. Le projet permettra de soutenir les efforts de R&D de Teem Photonics sur ces sources infrarouges uniques au monde, aidera l'Onera à pérenniser un lidar IP-DiAL émettant dans l'infrarouge lointain afin de le déployer pour d'autres campagnes environnementales ou liées à la sécurité, et permettra à l'Ineris de faire progresser l'état de l'art de la métrologie des émissions diffuses et des modèles de dispersion, avec potentiellement un impact à terme sur les normes françaises ou internationales sur le sujet.

Dans un contexte de transition énergétique, l'Union européenne a fixé l’objectif de produire 35 milliards de m3 de biométhane par an à l’horizon 2030. Atteindre cette cible ambitieuse nécessitera non seulement l'installation de nouvelles usines de méthanisation, mais également une optimisation majeure de la performance et de la stabilité de celles existantes. La méthanisation est catalysée par des consortiums microbiens complexes. L'une des voies prometteuses pour améliorer les performances du procédé consiste donc à développer une conduite opératoire basée sur les communautés microbiennes. Il s’agit cependant d’un verrou scientifique fort. Grâce à l’essor des technologies de caractérisation des consortiums microbiens, telles que le séquençage à haut-débit, de nombreuses recherches sont actuellement menées pour progresser sur ce front. Cependant, l'écologie virale de la méthanisation a longtemps été négligée et a émergé seulement récemment comme un sujet important pour l'amélioration des performances des méthaniseurs : les dynamiques hôtes-virus pourraient influencer les performances du procédé par différents mécanismes, et notamment par leur effet sur les flux élémentaires. Il est donc important d’identifier les paramètres opérationnels qui pourraient jouer sur les dynamiques hôtes-virus, offrant la possibilité d’agir assez directement sur cette composante. Une autre question encore peu explorée est de déterminer le rôle possible des virus dans des dysfonctionnements opérationnels encore non-expliqués. Pour le projet interdisciplinaire VIRALSONG, nous émettons l'hypothèse que divers facteurs abiotiques influencent directement les dynamiques hôtes-virus dans les méthaniseurs, affectant le procédé, et nous étudierons spécifiquement l’effet de la teneur en eau et de la force ionique. Ces deux paramètres doivent affecter respectivement la diffusion et l'adsorption des virus, et sont de plus pertinents d’un point de vue industriel. Nous travaillerons à différentes échelles complémentaires : microcosme, pilote et semi-industrielle. En laboratoire, en microcosmes ou pilotes, l’effet de la teneur en eau et de la force ionique sur les dynamiques hôtes-virus sera évalué finement par l’application de conditions bien contrôlées et répliquées. A l’échelle semi-industrielle, nous réaliserons le suivi longitudinal d’un micro-méthaniseur traitant des biodéchets, localisé sur le site d’un des partenaires du projet. A cette échelle, les conditions seront moins manipulables qu’en laboratoire, mais offriront un cadre plus réaliste. Elles présenteront une certaine variabilité, liée à l’optimisation en cours de la conduite de ce méthaniseur : ceci permettra d’identifier plus largement les paramètres opératoires influençant les dynamiques hôtes-virus au sein des méthaniseurs. En parallèle, nous isolerons et caractériserons des virus d’archées méthanogènes, composants clé peu étudiés des communautés microbiennes de méthanisation. Lors du projet, les connaissances biologiques générées sur ces virus d’archées méthanogènes nourriront directement les interprétations réalisées dans le contexte plus complexe de procédé. Pour VIRALSONG, nous mettrons en œuvre des techniques de pointe en écologie microbienne moléculaire, notamment du séquençage à haut-débit. VIRALSONG sera organisé en 5 work packages interconnectés. Il sera mené par un consortium de 3 partenaires français financés (INRAE PROSE, INRAE LBE, Institut Pasteur ARVIR) et un partenaire italien non-financé (Université de Padova). Ce consortium rassemble des spécialistes reconnus en virologie, écologie microbienne, métagénomique et ingénierie des procédés de méthanisation. Une grande attention sera apportée à l’intégration scientifique tout au long du projet. Les résultats de VIRALSONG génèreront des bases scientifiques importantes pour faciliter, dans le futur, l'intégration de l'écologie virale dans les stratégies opératoires, afin d’optimiser davantage les procédés de méthanisation.

L'électricité joue un rôle clé dans la transition énergétique. Elle est distribuée par le réseau en courant alternatif qui relient des grandes centrales électriques aux consommateurs sur de longues distances. Les politiques publiques de la transition mettent en avant des systèmes de génération et de stockage distribués, comme la loi française exigeant la couverture des parkings avec des panneaux photovoltaïques. Cependant, ces systèmes produisent de l'énergie en courant continu, nécessitant une conversion en courant alternatif pour être intégrés au réseau. Les réseaux à courant continu moyenne tension (MVDC) sont une solution intéressante pour l'intégration de ses systèmes distribués. Ils offrent une meilleure efficacité énergétique, un meilleur contrôle et une meilleure fiabilité. Cependant, l'utilisation de convertisseurs d'énergie non standard dans les réseaux à courant continu pose des problèmes d'interopérabilité, de coût de développement et d'obsolescence. Notre projet propose d'améliorer le convertisseur modulaire multiniveau (MMC) pour créer des interfaces de puissance standard, modulaires, robustes et évolutives. Le MMC est une topologie de convertisseur utilisant des modules basse tension en série. Cela offre une généricité en terme de niveau de tension. Connu pour sa fiabilité et sa robustesse, son principal inconvénient réside dans la complexité de ses architectures de contrôle et de données, qui nécessitent un système de supervision centralisé et coûteux. Cela limite la compétitivité du MMC pour les applications MVDC. Notre projet CARROTS vise à concevoir un MMC open-source générique avec un contrôle coopératif décentralisé et un réseau de communication peer-to-peer, adapté aux applications MVDC. Ce projet PRCE, d'une durée de 48 mois, implique quatre laboratoires de recherche et une start-up dans le cadre d'une collaboration interdisciplinaire. Nous explorerons les aspects puissance, contrôle et données de cette proposition ambitieuse tout en travaillant dans un cadre d'électronique de puissance open-source. CARROTS vise à créer le premier MMC open-source pour soutenir les initiatives de recherche internationales, et stimuler l'innovation dans l'industrie.

La nécessité croissante de réduire les émissions de carbone et de gérer l'intermittence de l'énergie solaire a encouragé l'exploration de la production d'hydrogène vert stockable par électrolyse alimentée par l'énergie photovoltaïque. Toutefois, l'absence de couplage thermique entre les panneaux solaires et l’électrolyseur rend cette approche inefficace. L'approche photoélectrochimique (PEC) résout ce problème associant l'absorption de la lumière et l'électrochimie dans un seul dispositif. Bien qu’un rendement de 10 % a été aient pour la conversion énergie solaire, le coût peu compétitif de l'hydrogène (LCOH) et le potentiel inexploité d’oxydation demeurent des défis pour l'adoption de cette technologie. Le Projet UpSmart vise à intégrer la production PEC d'hydrogène de manière intelligente dans la catalyse transformation de la biomasse pour générer des produits chimiques à valeur ajoutée. Grâce à l'expertise multidisciplinaire de nos équipes, nous proposons une conception sur mesure d’une hydrogénation sélective et stable en utilisant des catalyseurs à base de métaux abondants couplés à la production d’hydrogène par PEC. Ce nouveau concept intègre la production et l'utilisation de l'hydrogène dans un seul dispositif, renforçant sa compétitivité et supprimant le LCOH. L'expertise unique de l'équipe française dans la gestion de la seconde sphère de coordination des catalyseurs permettra d’améliorer les taux et la sélectivité de conversion tout en réduisant la surtension. Intégrer ce système catalytique homogène dans des photoélectrodes exige une gestion efficace de l'intermittence de l’énergie solaire et de l'utilisation des charges. L'équipe de Hong Kong excelle dans l'ingénierie des photoélectrodes semi-conductrices et la conception de dispositifs PEC autonomes sans biais. Par des évaluations itératives du cycle de vie et des aspects technico-économiques, le dispositif d'hydrogénation PEC intégré explore les voies vers une chimie solaire économiquement compétitive.

Le projet MALEAF vise à l’augmentation du rendement de machines tournantes pour la production d’énergie et des moyens de propulsions, en particulier dans les domaines aéronautique et maritime. L’objectif sera atteint par le développement d’outils d’analyse peu couteux et performants pour les problèmes hydrodynamique et aérodynamique. Plus précisément, des modèles d’ordre réduit linéaires et non-linéaires vont être entraînés et calibrés en utilisant des méthodes data-driven. Un élément distinctif du projet est que les modèles seront obtenus par des ‘smart-data’ au lieu de ‘big data’. Les bases de données pour l’entrainement des modèles seront obtenues par des techniques d’expansion de données basé sur de l’assimilation de donnée. Elles seront produites à partir de données dédiées, haute-fidélité, numériques et expérimentales, issues de bancs d’essais, à savoir un compresseur axial et un hydrofoil dans un tunnel hydrodynamique. Un cas de complexité intermédiaire (une grille d'aubes) sera également étudié numériquement. Le développement de ce projet va aussi permettre d’améliorer la connaissance sur des questions ouvertes d’applications data-driven en mécanique des fluides, comme le stockage et l’utilisation efficace de données, la manipulation systématique de données rares, et la robustesse des procédures d’entrainement.

En Afrique, plus de 300 millions de personnes n'ont pas accès à l'eau potable. Les systèmes de pompage alimentés par l'énergie photovoltaïque sont une solution prometteuse pour relever ce défi et sont encouragés par de nombreuses institutions de développement. Actuellement, la majorité des recherches sur les systèmes photovoltaïques de pompage d'eau (PVWPS) se concentrent sur les performances des systèmes installés localement. Peu d'études se sont penchées sur les performances des PVWPS sur de larges zones géographiques (ex : des pays) et elles demeurent incomplètes. Les analyses à large échelle sont néanmoins essentielles pour identifier les zones où les systèmes ont un fort potentiel, tout en garantissant la soutenabilité des ressources en eau. L'objectif du projet OPPA est de proposer une approche de déploiement optimal à large échelle visant à positionner et dimensionner les PVWPS afin de (1) maximiser le nombre de personnes ayant accès à de l'eau potable, tout en (2) maintenant un coût des systèmes faible, et (3) en assurant la soutenabilité environnementale à long terme. L'approche devra être applicable à l'ensemble du continent africain et prendre en compte l'incertitude sur les données d'entrée (ex : sur les données d’irradiance). Pour atteindre l'objectif du projet, nous devrons notamment relever les défis scientifiques suivants : (I) développer un modèle techno-économique qui lie la taille des PVWPS à leur coût pour n'importe quelle localisation en Afrique, (II) formaliser un problème d'optimisation interdisciplinaire (technique, environnemental, sociétal, économique) incluant plusieurs critères quantifiables à large échelle (jusqu'à plusieurs millions de km2) et (III) proposer une approche incorporant des modèles de substitution de granularité progressive pour répondre aux contraintes computationnelles fortes et ainsi résoudre le problème d'optimisation dans un temps de calcul raisonnable. Une fois l'approche développée, elle sera intégrée dans un outil destiné aux acteurs locaux (ex : gouvernements, ONGs). Ce projet interdisciplinaire mêlera des aspects liés aux systèmes énergétiques, aux sources d’énergies renouvelables, à l’hydrogéologie, aux sciences économiques et sociales et aux sciences des données.

Les enjeux liés à la sécurité et la nécessité d’augmenter la densité d'énergie des batteries imposent le développement de «nouvelles» chimies pour les matériaux actifs d'électrode et l’électrolyte. Le lithium (Li) métal est l’anode de choix (capacité spécifique 10 fois plus élevée que celle des batteries Li-ion), pour produire des batteries de très haute densité d’énergie. L’électrolyte solide polymère sec (EPS) permet d’améliorer la sécurité des dispositifs et d’apporter la flexibilité de la conception. Cependant, les EPS présentent une trop faible conductivité ionique à température ambiante et un nombre de transport de Li, t+ < 0,2. Or un t+ élevé (t+˜1) permet de prévenir la formation de gradient de concentration entre la cathode et l’anode, responsable de croissance dendritique et le court-circuit de la batterie. A part des performances électrochimiques, la sécurité des batteries tout solide est également liée à la conductivité ionique de l’électrolyte solide. En effet, une conductivité ionique élevée induit à une faible impédance dans l’électrolyte et ses interfaces avec les électrodes et donc une faible génération thermique durant les cycles charges/décharges en particulier à hautes densités de courant. Pour relever ces verrous, nous proposons dans le projet 2POLI de nouveaux matériaux électrolytes polymères nanoporeux à conduction ionique unidimensionnelle. Ces électrolytes sont préparés à partir de copolymères à blocs comportant un bloc dégradable nanostructuré en morphologie cylindrique dont les canaux sont orientés perpendiculaires aux électrodes et remplis d’électrolytes non-aqueux. Grâce aux effets de nano-confinement, un chemin de conduction quasi-dimensionnelle et une chimie de surface des pores adéquate, ces matériaux présenteront une conductivité ionique semblable à celle d’un électrolyte liquide, un t+ proche de 1 et une flexibilité convenable pour mieux adapter à la déformation de la batterie.

Dans le contexte de l'électrification et de la décarbonisation de l'industrie chimique, ce projet vise à étendre le champ d'application des processus photoélectrochimiques aux chaînes de valorisation de la biomasse. En effet, des dispositifs photoélectrochimiques solaires décentralisés pourraient être facilement intégrés dans des bioraffineries de taille moyenne traitant des sources locales de biomasse. Pour démontrer la faisabilité de cette approche, SOLBIOPEC vise la conception et l'assemblage d'une cellule photoélectrochimique capable de valoriser les molécules furaniques issues de la biomasse (furfural, 5-hydroxyméthylfurfural) en biocarburants ou en précurseurs pour l'industrie chimique (méthylfurane, alcool furfurylique, acide furandicarboxylique) sous illumination solaire simulée. Pour obtenir des performances élevées, des photocathodes seront préparées à partir d'absorbeurs de haute qualité, impliquant la croissance épitaxiale de semi-conducteurs III-V protégés par une couche d'oxyde épitaxiale, tandis que des photoanodes BiVO4/WO3 de dernière génération compléteront le dispositif. Ces photoélectrodes seront décorées avec des électrocatalyseurs garantissant des vitesses de réaction et une sélectivité élevées à leur surface. La photoanode et la photocathode les plus performantes seront connectées en série pour former une cellule photoélectrochimique fonctionnelle avec une surface active de 20 cm². Afin de rationaliser et d'optimiser les performances des photoélectrodes, des techniques avancées de spectroscopie operando seront utilisées en laboratoire et dans les installations synchrotron pour étudier les interactions lumière-matière, les processus de transfert de charge et les voies de dégradation dans les conditions d'utilisation. Le projet sera réalisé par un consortium d'experts en croissance épitaxiale (CNRS INL), en caractérisation photoélectrochimique operando (CEA SPEC) et en caractérisation et test de dispositifs photoélectrochimiques (CNRS IRCELYON).

L’électrolyse de l'eau à membrane échangeuse de protons permet de produire de l'hydrogène de haute pureté à partir de sources d'énergie renouvelable intermittente. Cependant, cette technologie reste coûteuse en raison de l'utilisation d'électrocatalyseurs à base de métaux précieux pour les réactions de production d'hydrogène (HER) et d'oxygène. Le projet vise à développer des électrocatalyseurs HER exempts de platine, métal rare et cher, et de plus sensible à divers contaminants organiques, ioniques ou métalliques présents dans l'eau d'alimentation. Ces limitations ne permettent pas d’envisager le développement industriel massif de cette technologie. Ainsi, le projet ELOPOM-H2 a pour objectif de développer et d'intégrer des électrocatalyseurs HER novateurs exempts de métaux précieux dans des dispositifs d'électrolyse PEM à l'échelle semi-pilote. Il s'appuie sur les résultats obtenus par le consortium et propose une approche moléculaire novatrice visant à atteindre des performances HER comparables à celles du Pt/C. Cette méthode repose sur le contrôle de la polymérisation des ions polyoxotungstates en présence du cluster {Mo3S4}. Les résultats préliminaires de ces polymères catalytiques inorganiques, associés à des supports carbonés, ont révélé d'excellentes performances en termes d'activité et de stabilité dans le temps pour la production d'hydrogène (TRL3). Le programme ELOPOM-H2 couvre plusieurs aspects, notamment : i) l'étude de la croissance des polymères inorganiques, en optimisant leur composition, leur densité de charge et leur dopage ; ii) l'interfaçage de ces polymères avec les matériaux carbonés ; iii) leur caractérisation à différentes échelles à l'aide de techniques avancées in-situ, telles que l’électrochimie locale, jusqu'à la fabrication d'électrodes à grande échelle et leur évaluation préindustrielle à travers des mesures de performance dans des cellules d'électrolyse PEM (TRL5).

Les situations dans lesquelles un liquide recouvre une surface ont été largement étudiées en raison de leur omniprésence (par exemple, la peinture, les gouttes de jet d'encre...). Ce phénomène, connu sous le nom de mouillage dynamique, est aujourd'hui bien compris lorsque des liquides se répandent sur des substrats solides plats. Cependant, les substrats réels ne sont ni atomiquement plats ni passifs. La difficulté de décrire ce phénomène vient de la large gamme d'échelles de longueur impliquées, de la taille millimétrique d'une goutte à la gamme nanométrique de l'interaction liquide/substrat. L'objectif du projet DYNAMO est de comprendre comment la rugosité nanométrique (topographique ou chimique) est corrélée à la dynamique du mouillage. Grâce à une approche multidisciplinaire combinant la physique et la chimie des surfaces, nous proposons des expériences modèles systématiques qui permettent une visualisation et une caractérisation multi-échelle de l'étalement d'un liquide polymèrique. Nous visons à décrire les mécanismes de dissipation d'énergie (viscosité, visco-elasticité, frottement...) à la ligne de contact pour l'étalement d'un liquide polymèrique sur 1) une rugosité nanométrique purement topographique et 2) sur un nano-revêtement chimique, de type brosse de polymère. Des techniques de microscopie optique permettront de sonder le mouillage aux échelles macroscopiques. Les échelles nanométriques seront sondées grâce à la diffusion de surface par rayons X/neutrons. Enfin, nous développerons un tribomètre pour mesurer directement les forces de frottement lors du mouillage forcé. La complémentarité de ces techniques permettra de comprendre les mécanismes de dissipation d'énergie à la ligne de contact de l'échelle nanométrique à l'échelle millimétrique.

La composition des copolymères supramoléculaires peut être modulée simplement par l’addition d’un monomère sur un système préexistant. Le contrôle de la séquence des monomères permettrait d’améliorer les propriétés des co-assemblages fonctionnels notamment dans le domaine de la catalyse asymétrique. Cela constitue un défi à l’heure actuelle notamment parce qu’il n’existe pas d’outils permettant de sonder directement ces séquences. L’objectif du projet COSMOS est de développer une méthode robuste basée sur la spectrométrie de masse à mobilité ionique (IM-MS) permettant de déterminer, lorsque couplée à de la modélisation moléculaire et d’autres techniques analytiques, les séquences présentes dans les copolymères supramoléculaires. La stratégie repose sur : i) l’élaboration d’une famille de monomères complémentaires basés sur le motif benzene-1,3,5-triscarboxamide (WP1). Un monomère achiral, connu pour former des assemblages par liaisons hydrogène, et des monomères chiraux ont été sélectionnés selon leur capacité à fournir des copolymères de séquence différente. ii) Les homo- et copolymères supramoléculaires seront caractérisés en phase gazeuse par ESI-MS/MS et ESI-cIMS/MS et en solution par différentes analyses spectroscopiques (WP2). Les oligomères supramoléculaires possédant des compositions similaires seront différenciés en fonction de leur section efficace de collision (CCS). Des expériences de type MS/MS fourniront des informations supplémentaires sur l’énergie et le séquence des oligomères. iii) La stabilité et les conformations des homo- et co-assemblages seront étudiées par modélisation moléculaire (WP3). Les conformations modélisées ayant une CCS similaire à celles obtenues expérimentalement permettront de valider la séquence des monomères dans les assemblages supramoléculaires. Finalement, la possibilité de moduler le résultat d'une réaction catalytique en jouant sur la séquence des monomères sera évaluée (WP4). Le contrôle de la séquence des polymères supramoléculaires, confortée par l'approche développée dans COSMOS, aura des implications dans de nombreux domaines.

Le projet CHROMIC a pour ambition de développer de nouveaux circuits microfluidiques fonctionnalisés par des matériaux mécanofluorochromes, c’est-à-dire des matériaux dont l’émission de fluorescence est sensible aux forces mécaniques, puis d’utiliser ces nouveaux dispositifs pour mesurer la force exercée sur une microalgue unique passant à travers le circuit et enfin de relier la force appliquée dans le circuit microfluidique à l’augmentation du rendement d’extraction des composés produits par la microalgue. Notre stratégie pour mener à bien ce projet pluridisciplinaire s’articule en 4 étapes. Tout d’abord, des revêtements mécanofluorochromes seront préparés à partir de dyades polydiacétylène-fluorophores, conçues pour combiner synthèse modulable, forte sensibilité aux forces mécaniques, brillance élevée et biocompatibilité. Ensuite, la réponse de ces revêtements mécanofluorochromes à des forces de friction sera calibrée en utilisant un AFM couplé à un microscope de fluorescence : la pointe de l’AFM utilisé en mode contact permet d’appliquer une force variable et contrôlée, et la variation de l’émission de fluorescence associée est enregistrée simultanément. Dans un 3ème temps, le circuit microfluidique sera optimisé avec une architecture parallélisée permettant d’analyser simultanément un grand nombre de microalgues, la taille des canaux et des restrictions sera adaptée pour étudier trois espèces de microalgues d’intérêt, et le protocole d’analyse d’image associé sera automatisé. Enfin, trois espèces de microalgues variant par leur taille, leur rigidité et la composition de leur paroi cellulaire seront étudiées, et la force mécanique exercée par le passage dans les restrictions microfluidiques, mesurée par mécanofluorochromisme, sera corrélée au rendement d’extraction des composés d’intérêt. Ce projet propose ainsi une approche totalement nouvelle de la mesure de forces à l’échelle de la cellule unique.

Dans ce projet, nous souhaitons développer des méthodes photocatalytiques permettant la fonctionnalisation C-H sélective des positions non activées ß- et ?- dans les heterocycles azotés saturés afin de fournir un accès simplifié à une gamme de composés hétérocycliques divers et précieux. À cette fin, nous prévoyons de développer tout d'abord un accès facile aux énamides cycliques correspondants qui seront ensuite des intermédiaires synthétiques polyvalents pour la fonctionnalisation sélective en positions ß et ?. Grâce à cette approche, nous visons à fournir une boîte à outils photocatalytique permettant l'édition périphérique de précieux heterocycles azotés à des positions éloignées qui sont difficiles à cibler avec des stratégies traditionnelles.

Les réactions d'hydrogénation représentent une transformation fondamentale de la chimie de synthèse qui trouve d'importantes applications dans les premières et dernières étapes des synthèses en laboratoire et à l'échelle industrielle. Typiquement, les hydrogénations sont réalisées à l'aide de catalyseurs hétérogènes à base de métaux nobles dans une atmosphère d'hydrogène. Bien qu'efficace, l'utilisation continue de métaux nobles pose des problèmes de durabilité en raison des leurs coûts environnementaux, sociétaux et économiques. La découverte de l'activation de l'hydrogène moléculaire par les paires de Lewis frustrées (FLP) a été un point clé pour le développement d'hydrogénations sans métaux. Récemment, des efforts ont été consacrés au développement de réactifs FLP hétérogènes en tant qu'alternatives prometteuses aux métaux. Cependant, la plupart des stratégies actuelles souffrent de l'instabilité des acides de Lewis hétérogènes, ce qui complique le processus de récupération et de recyclage. Le projet HeLA-Flow vise à surmonter les inconvénients actuels des hydrogénations conventionnelles à base de métaux et de FLP en concevant des acides de Lewis hétérogènes appropriés, stables et réutilisables, ainsi qu'à assurer la transition complète des hydrogénations sans métaux vers le domaine du flux continu afin de profiter de tous les avantages. En termes plus généraux, l'objectif de ce projet est le développement, par une approche globale, de nouveaux procédés d'hydrogénation éco-compatibles, durables et facile de monter en échelle grâce à la combinaison synergique sans précédent de la réactivité FLP et de la synthèse en flux continu pour fournir des hydrogénations efficaces sans métaux.

Les énals sont des molécules clés en chimie organique. Leur importance découle de leur structure moléculaire particulière comportant deux sites réactifs, une double liaison C=O conjuguée et une double liaison C=C, qui offrent une multitude de réactivités potentielles. De plus, lorsque l'on considère des énals ?-énolisables, il devient alors possible d’effectuer des réactions de fonctionnalisation à distance sur cette position ? éloignée. Cependant, malgré de nombreux travaux dans ce domaine, seul un nombre limité de substituants peuvent être introduits sélectivement sur cette position ?. En outre, aucune méthodologie n’est connue à ce jour pour fonctionnaliser les énals sur la position d, encore plus éloignée. L'objectif de ce projet est d'apporter une solution aux principales difficultés rencontrées dans ce domaine, à savoir: 1) Étendre la ? fonctionnalisation à d’autres substituants, notamment à des carbones C(sp3) non activés, et des carbones C(sp2). 2) Effectuer diverses fonctionnalisations en position d des énals. 3) Étudier également l’aspect énantiosélectif de ces transformations. Le développement de nouvelles méthodes photochimiques et électrochimiques constituera le point clé permettant d’atteindre les objectifs de ce projet ambitieux.

Ce projet a pour objectif le développement d’une méthode générale d’Umpolung désaromatisante de divers hétéroarènes dont des indoles via la génération d’intermédiaires superélectrophiles dans des conditions superacides. La mise au point d’une version énantiosélective catalytique de désaromatisation de ces hétérocycles et en particulier d’indoles reposera sur une double protonation. Des études mécanistiques approfondies expérimentales et théoriques seront au cœur du développement de ces méthodes de synthèse.

Après plus de 45 ans de développement et d’intenses applications du samarium divalent en chimie organique, il n'existe à ce jour aucune procédure de catalyse asymétrique qui implique un complexe chiral de tel dérivés comme réducteur chimique. Dans ce projet nous envisageons d’utiliser, pour la première fois, des procédures électrochimiques pour d'une part préparer des complexes chiraux de samarium (II) et d'autre part pour les utiliser en tant que catalyseurs de transformations énantiosélectives. L'ensemble de ce travail nécessite la connaissance fine de paramètres fondamentaux comme la structure électronique des complexes, leur évolution durant les étapes redox et dans les conditions de la catalyse. Les avancées majeures réalisées par l'un de nos partenaires dans le domaine de l’électrocatalyse au diiodure de samarium constituent un prérequis indéniable pour la levée de cet ultime verrou de la chimie du « réactif de Kagan » vers la catalyse pour la formation de liaisons C-C par réduction énantiosélective.

Les iminosucres constituent une classe prometteuse de molécules à visée thérapeutique avec plusieurs composés sur le marché. Pour améliorer le potentiel biologique de ces molécules qui ciblent principalement des glycosidases, leur modulation chimique a été réalisée exclusivement sur l’azote et le carbone C1 conduisant à l’introduction d’une diversité chimique relativement faible du fait d’un manque de stratégies innovantes de fonctionnalisation. Augmenter la diversité structurale de la partie aglycone en C1 est nécessaire non seulement pour améliorer leurs propriétés biologiques/physico-chimiques mais aussi pour découvrir de nouvelles activités biologiques. C’est aussi le cas pour la position C2 sous-étudiée malgré des résultats encourageants. Augmenter l’espace chimique autour de ces deux positions est le but de ce projet qui nécessite à la fois des précurseurs idoines et des méthodes efficaces de fonctionnalisation. Les sucres ont bénéficié de la chimie développée sur les glycals, dont la fonctionnalisation par des métaux a permis de moduler efficacement les positions C1 et C2, et nous avons développé plusieurs réactions métallo-catalysées qui ont permis de décorer de façon originale la position C2 de 2-iodoglycals ainsi que la liaison C1-H de C2-amidoglycals. Pour ce projet, les iminoglycals, des glycals azotés très peu exploités chimiquement, sont de parfaits précurseurs et nous avons obtenus des résultats préliminaires prometteurs avec les dérivés 2-iodo. En combinant nos expertises en glycochimie et en réactions métallo-catalysées assistées par des calculs de chimie théorique pour anticiper la réactivité de ces molécules, notre but est de développer la chimie des iminoglycals afin d’accéder à des iminosucres inédits possédant une forte diversité moléculaire sur les positions C1 et C2. Ce travail devrait conduire à de nouveaux glycomimétiques à potentiel biologique/thérapeutique et accroitre l’espace chimique occupé par les iminosucres.

Les réactions radicalaires présentent de nombreuses caractéristiques intéressantes pour les chimistes organiciens, notamment des conditions de réaction douces, un large éventail de réactivité et la possibilité de former des liaisons carbone-carbone. Cependant, les radicaux ont longtemps été associés à des défis, principalement en raison de leur propension à une dimérisation ou à une disproportion rapide. En particulier, les radicaux allényles ont longtemps été négligés en raison de leur nature supposée incontrôlable. Ainsi, l'objectif de ce projet est de développer des méthodologies de synthèse efficaces et durables pour générer électrochimiquement des radicaux allényles à partir de précurseurs redox actifs afin de permettre leur utilisation en synthèse organique. Nous ciblerons une série de transformations innovantes, comprenant diverses fonctionnalisations et des réactions de couplages croisés énantiosélectives catalysées par des métaux de transition qui conduiront à des allènes ou alcynes hautement fonctionnalisés. La voltampérométrie cyclique sera utilisée comme un outil essentiel pour comprendre la réactivité potentielle de ces substrats.

Les thiétanes se distinguent des autres composés soufrés par leur présence dans la structure de nombreux produits naturels ou bioactifs. Ils sont également unanimement reconnus comme des intermédiaires à fort potentiel en synthèse organique. Cependant, contrairement à la réaction de photocycloaddition-[2+2] des imines et, plus particulièrement à celle des dérivés carbonylés, la transformation chimique, couramment appelée « réaction de thia-Paternò-Büchi », qui combine un composé thiocarbonyle dans son état excité avec un partenaire alcène pour former le noyau du thiétane, n’a été que très peu étudiée et aucune version énantiosélective de cette transformation n'a encore été rapportée dans la bibliographie. Dans ce contexte, et sur la base de résultats préliminaires très prometteurs, ce projet de recherche collaborative APCP_TPB, résultant d'une combinaison d'expertises françaises complémentaires, vise à développer des réactions énantiosélectives de thia-Paternò-Büchi promues par la lumière visible impliquant des photosensibilisateurs à chiralité axiale et planaire. En utilisant des photocatalyseurs judicieusement conçus à base de binaphtyle et de [2.2]paracyclophane, cette méthodologie fournira un accès synthétique durable à une grande variété de dérivés thiétanes fonctionnalisés énantioenrichis. En combinant la version asymétrique de cette réaction de photocycloaddition-[2+2] avec des réactions de post-fonctionnalisation d'hétérocycles à quatre chaînons, au sein de diverses séquences domino photochimiques, une variété d'hétérocycles soufrés sera ciblée. Enfin, le fort potentiel de ces catalyseurs chiraux préparés à partir de binaphtyle et de [2.2]paracyclophane sera démontré par leurs utilisations dans d'autres transformations photochimiques et thermiques asymétriques innovantes.

Le projet Ami-Smile vise à développer des versions asymétriques du réarrangement de Truce–Smiles (TS), une transformation majeure en chimie organique. Malgré des avancées récentes, la réalisation de réarrangements de TS énantiosélectifs demeure un défi considérable. Pour y répondre, nous proposons de développer deux approches, l’une basée sur l’emploi d’auxiliaires chiraux et l’autre visant à développer la première version catalytique asymétrique. Pour cela, un consortium, regroupant des experts en organocatalyse, en catalyse photorédox et en études théoriques de mécanismes par DFT, a été constitué pour poursuivre deux objectifs principaux. Le premier sera de développer des réarrangements TS radicalaires asymétriques photo-catalytiques, dans lesquels un contrôle efficace de la stéréosélectivité sera assuré par des auxiliaires chiraux facilement accessibles et à faible coût. Des résultats préliminaires obtenus par le consortium montrent des résultats prometteurs avec l’utilisation d’auxiliaires dérivés d'acides aminés. Diverses transformations impliquant des squelettes et unités transférables variés seront étudiées pour permettre d’élargir les champs d’applications. Les études théoriques joueront un rôle crucial dans la compréhension de la réactivité et la sélection d'auxiliaires chiraux appropriés pour chacune des transformations envisagées. Le deuxième objectif sera de réaliser des réarrangements TSs énantiosélectifs catalytiques. Une approche innovante en deux étapes reposant sur la formation organo-catalytique de précurseurs chiraux suivie d’un réarrangement asymétrique de TSR, sera développée en s’appuyant sur des catalyseurs chiraux de type base de Lewis. Un procédé énantiosélectif catalytique direct sera également exploré dans le cadre des réarrangement TS polaires ; en s’appuyant sur des bases de Lewis chirales comme catalyseurs, il permettra l’accès a diverses structures chirales complexes. Les études théoriques joueront là encore un rôle essentiel pour comprendre la réactivité et guider le développement de systèmes catalytiques efficaces. Avec ces différentes approches, une grande variété de transformations impliquant des réarrangements TS asymétriques seront mises au point, accroissant ainsi fortement notre capacité à générer des molécules hautement énantioenrichies indispensables à la chimie fine.

Les cycles aromatiques sont considérés comme des parties immuables d’une pléthore de molécules organiques. En fait, leur stabilité chimique ainsi que leur réactivité connue les rendent essentiels au sein des architectures de composés organiques. L’interconversion sélective entre deux structures (hétéro)aromatiques est encore largement restreinte malgré l'intérêt incontestable qu'est la modulation de candidats thérapeutiques pour améliorer leur efficacité. En effet, plutôt que de repenser une nouvelle voie de synthèse d'une molécule cible dès l'étape d'introduction du cycle aromatique, notre proposons de façonner des outils méthodologiques permettant de modifier précisément la nature du cycle à partir de l'analogue disponible. Ainsi, ce changement de paradigme accélérera considérablement les programmes de R&D et évitera les rétrosynthèses chronophages. Bien que la conversion d’un noyau aromatique en un autre en une seule étape ou séquence ait été démontrée dans une poignée d’exemples, ces dernières années ont vu l’émergence de stratégies de pointe sous le nom d’édition moléculaire. Ainsi, des rapports pionniers décrivent l’insertion, la suppression et même l’échange d’atomes au sein d'un cycle (hétéro)aromatique. De plus, ces exemples présentent une large tolérance fonctionnelle et sont compatibles avec des molécules complexes. Inspirés par ces précédents, nous proposons ici trois projets. La suppression des atomes d'azote restant un défi, nous consacrerons nos premiers efforts à la contraction des pyrimidines en pyrroles par suppression d'un atome d'azote (WP1). Ensuite, les méthodes permettant de former des cycles aromatiques comprenant trois hétéroatomes via des stratégies d’édition moléculaire représentent toujours un verrou. Ceci sera abordé dans la deuxième partie dans laquelle l'insertion d'un atome d'azote dans le squelette des imidazoles sera explorée. Enfin, l'interconversion entre cycles pyridines et benzènes sera développée de manière monotope (WP3).

Le projet CAMERA permettra de disposer de radiopharmaceutiques innovants marqués à l'astatine 211, un émetteur alpha très prometteur pour une utilisation en médecine nucléaire. Les composés marqués à l'At sont généralement préparés grâce à des liaisons covalentes C-At qui sont peu stables, ce qui est préjudiciable pour une utilisation dans des applications biologiques. D'autres modalités de liaison sont donc nécessaires pour préparer des composés stables marqués à l'At. Pour la première fois, nous souhaitons séquestrer l'anion Astatide (At-) en utilisant des interactions non covalentes avec une grande affinité en milieu aqueux. Des molécules-cages présentant les affinités les plus fortes pour les iodures, halogénures aux propriétés les plus proches de celles de l'At, seront choisis pour une complexation de l'astatide en dernière étape. Elles seront fonctionnalisées sur-mesure pour augmenter la stabilité des complexes formés en milieu aqueux. Selon les fonctions chimiques qui seront greffées à la périphérie des molécules cages, ces nouveaux agents complexants pourront également être hydrosolubles. Afin de maximiser la stabilité et la sélectivité, le travail de synthèse sera basé sur des calculs ab-initio et une caractérisation structurale, thermodynamique et cinétique approfondie. Ce projet apportera de nouvelles connaissances en chimie supramoléculaire, en chimie des molécules cages de type hôte-invité, en complexation des anions et plus particulièrement en chimie de l'Astate et ses applications. Ces travaux ouvriront la voie au développement de radiopharmaceutiques basés sur la chélation d'anions encore méconnus. Une collaboration efficace entre des chimistes théoriciens pour la conception des cages, des chimistes organiciens pour leur synthèse et des radiochimistes pour les manipulations en présence d'anions radioactifs et des biologistes sera nécessaire.

L’imagerie par fluorescence a pour avantage une grande sensibilité, une haute résolution, une imagerie dynamique et constitue l'un des moyens les plus simples de développer des sondes "turn-on". Pour pallier la faible pénétration des photons dans les tissus biologiques, les fluorophores dans le proche infrarouge sont des outils importants. La microscopie de fluorescence à excitation à deux photons est particulièrement intéressante dans ce domaine, car elle permet d'exciter une sonde dans le proche infrarouge et dans un petit volume au point focal, ce qui augmente la résolution tout en limitant les photodommages possibles. Pour identifier la localisation cellulaire d'un médicament, une stratégie consiste à le conjuguer avec un tel fluorophore. Cependant, la conjugaison peut induire une perte de liaison avec la cible du médicament, ainsi qu'une altération de la perméabilité cellulaire. L'utilisation de la chimie click est une bonne alternative pour surmonter cet inconvénient. Ainsi, l'ajout d'une petite fonction bioorthogonale limite les changements structurels et permet la fixation du fluorophore par une réaction click. Cependant, les fluorophores clickables sont généralement utilisés en excès pour favoriser la réaction click dans les milieux biologiques. La discrimination de la fluorescence issue du conjugué versus celle du fluorophore nécessite des étapes de lavage, ce qui n'est pas possible in vivo. Le projet Light-upDrug vise à développer des sondes fluorogéniques excitables à deux photons. De telles sondes devraient améliorer les technologies actuelles en permettant l'imagerie de médicaments dans des cellules vivantes sans étapes de lavage, ainsi que des applications potentielles pour l'imagerie de médicaments in vivo. Deux types de réactions seront étudiés : 1) les réactions sans métal: soit Diels-Alder à demande inverse, soit cycloadditions entre alcyne contraint et sydnone (SPSAC); 2) les réactions pour lesquelles le cuivre est chélaté par la sydnonimine.

Le contrôle de la stéréosélectivité en catalyse asymétrique requiert de modifier le micro-environnement autour du centre métallique par l’installation covalente de substituent idoines sur le ligand chiral. Malheureusement, cela nécessite de synthétiser de très nombreux catalyseurs ayant des propriétés électroniques et stériques différentes, conduisant à une optimisation fastidieuse. Dans le cadre du projet SupPhosCat, nous proposons une nouvelle stratégie permettant de moduler de façon efficace la seconde sphère de coordination d’un centre métallique, grâce aux liaisons hydrogène établies entre le squelette d’un ligand phosphine ferrocényl modulable et d’additifs achiraux complémentaires. Cette stratégie doit nous permettre d’optimiser rapidement un procédé catalytique puisque nous pouvons générer m x n catalyseurs à partir d’un lot de m ligands chiraux et n additifs achiraux, sans étape synthétique supplémentaire. Nous envisageons d’installer des groupes amido-pyridones ou isoquinolones près du squelette ferrocène du ligand chiral et d’utiliser les dérivés de naphthyridin-2-amine comme additifs. En plus des additifs moléculaires, des additifs supramoléculaires vont être testés pour lesquels le motif naphthyridin-2-amide est positionné à la périphérie d’hélices supramoléculaires basées sur le motif benzène-1,3,5-tricarboxamide. Le projet SupPhosCat est divisé en trois tâches (WP) comprenant la synthèse de deux familles de SupPhosCat (WP1), l’utilisation des bibliothèques de complexes en catalyse asymétrique à l’or et au cuivre (WP2), et la caractérisation des espèces métalliques les plus performantes (WP3). La possibilité d’évaluer rapidement de larges bibliothèques de composés via une déconvolution itérative va être testée, afin d’identifier rapidement des catalyseurs optimaux. Ce projet a pour finalité de découvrir le potentiel de SupPhosCat pour la transformation de substrats difficiles ou des réactions catalytiques non explorées.

MONICA est un projet multidisciplinaire axé sur la synthèse innovante, environnementale et évolutive de nanomatériaux d'(oxy)nitrures ou de carbures de molybdène dopés préparés par le procédé de pyrolyse Laser. La réalisation de cette nouvelle approche s'appuie sur l'expertise complémentaire de trois partenaires académiques (NIMBE, LINK et ISCR) et d'un partenaire industriel (Nanomakers). L'objectif final de cette étude est d'évaluer le potentiel d'une synthèse en une étape par pyrolyse Laser pour la production industrielle de carbures ou (oxy)nitrures de molybdène dopés, notés M:MoyXz/GC (M : Ni, Co, Cu, Fe ; X = C, N). Pour les cibles environnementales et industrielles, deux stratégies de pyrolyse Laser différentes seront testées : (i) une utilisant un solvant aqueux et des sources commerciales solubles de molybdène et (ii) une autre un procédé entièrement solide. Les deux stratégies utiliseront des précurseurs respectueux de l’environnement à faible coût pour la pyrolyse Laser. De plus, les nanomatériaux seront caractérisés finement et leurs performances électrocatalytiques pour les réactions de craquage de l'eau (production d'hydrogène et d'oxygène) seront soigneusement étudiées dans le but d'appliquer les matériaux les plus prometteurs comme anode et cathode dans un électrolyseur comme preuve de concept. Par rapport à d’autres travaux, nous pensons que notre méthode est plus simple, plus efficace et plus rapide pour préparer des électrocatalyseurs nanocomposites. Ce projet s'appuie sur les résultats préliminaires du consortium sur les nanocomposites de carbure de molybdène synthétisés par pyrolyse Laser.

Les matériaux ferroélectriques (FE) présentent une polarisation électrique spontanée, couplée à une déformation, contrôlable en appliquant un champ électrique. Leur couplage électromécanique est exploité dans des dispositifs tels que capteurs et actionneurs, dont le fonctionnement est généralement contrôlé par une tension électrique. Un contrôle optique de la déformation permettrait un contrôle à distance, plus rapide, à plus faible consommation d’énergie, sans besoin de circuits électriques complexes miniaturisés. La photostriction, génération non thermique de déformation sous éclairement, suscite donc un intérêt croissant pour le contrôle optique des fonctionnalités. Cependant, la plupart des études restent limitées à des matériaux nocifs pour l’environnement (à base de plomb) qui répondent dans l’ultraviolet avec des déformations photo-induites inférieures à 0,1 %, ce qui limite fortement les applications. PHOTO-TRICS vise une déformation supérieure à 1%, induite dans le visible et dans des films minces FE sans plomb, pour développer un contrôle optique efficace des FE intégrables dans une nouvelle génération de dispositifs. À cette fin, nous proposons une stratégie matériau originale, combinant ingénieries de phase et de bande interdite, dans des films minces dopés de (Ba,Ca)(Zr,Ti)O3, inexplorés jusqu'à présent pour la photostriction. Pour cela, il est nécessaire de comprendre le mécanisme physique de la photostriction et d’identifier les paramètres matériaux clés afin de contrôler et d'optimiser leur réponse. La photostriction pouvant être considérée comme une combinaison de l'effet photovoltaïque (PV) et de l'effet piézoélectrique inverse (PE), son amélioration nécessite une stratégie d'optimisation combinée de la réponse PV et de la réponse PE. Cependant, aucune stratégie matériaux n'a été développée jusqu'à présent, et son étude dans les films minces a été limitée aux échelles ultrarapide et de la maille atomique, par des mesures synchrotron de diffraction de rayons X. PHOTO-TRICS propose de combiner i) une ingénierie de phase par composition, pour tirer profit de la sensibilité naturellement élevée des FE aux stimuli, près des transitions de phase structurales, (réponse PE améliorée) et ii) une ingénierie de la bande interdite par dopage, pour une meilleure absorption dans le visible (réponse PV optimisée). Cette stratégie sera développée dans des films minces codopés (Co, Nb) de Ba(Zr0.2Ti0.8)O3-x(Ba0.7Ca0.3)TiO3 (BZT-xBCT), qui offrent un terrain de jeu idéal à l’ingénierie de la photostriction. Notre méthodologie sera basée sur l'étude approfondie du mécanisme de photostriction, en analysant tous les paramètres matériaux clés (structuraux, ferroélectriques, piézoélectriques, optiques et photovoltaïques). Cette caractérisation sera réalisée à différentes échelles de longueur et de temps afin de fournir une image complète et une compréhension approfondie de la réponse photostrictive des matériaux, grâce à un ensemble unique d'outils de caractérisation de pointe (incluant des techniques de laboratoire) et de modélisation jamais réunis à ce jour. Enfin, notre stratégie matériaux sera utilisée pour proposer un premier dispositif photostrictif, permettant de tester l'efficacité de l'actionnement optique par la phototriction. Le succès de ce projet ambitieux, allant bien au-delà de l'état de l'art, se base sur les résultats préliminaires et sur l'expertise complémentaire et multidisciplinaire des partenaires (C2N, LPMC et SPMS), à la pointe de la recherche sur la photostriction. Les nouvelles connaissances, les techniques expérimentales et les stratégies matériaux développées par PHOTO-TRICS feront progresser significativement le domaine émergent de la photostriction, offrant des perspectives passionnantes pour le contrôle optique des matériaux, et ouvrant la voie à des dispositifs microélectroniques plus efficaces avec une sensibilité accrue, un fonctionnement plus rapide et une consommation d'énergie plus faible.

Le projet FORLIGHT ambitionne de développer des films d'oxynitrures ferroélectriques épitaxiés, de structures cristallines pérovskites, avec des largeurs de bandes interdites / structure de bande, et des textures ferroélectriques ajustables grâce à une stratégie de dopage bien pensée et adaptée pour une meilleure absorption de la lumière visible. Ce qui est un paramètre crucial pour les technologies disruptives liées à la collecte de l’énergie solaire. L'équipe qui porte le projet possède l'équipement et le savoir-faire nécessaires pour élaborer et caractériser les propriétés physiques significatives (photo-activité, ferroélectricité) de telles couches minces. Les films seront réalisés par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma atomique et par laser pulsé. La combinaison unique de compétences/techniques disponibles permettra d’étudier systématiquement les échantillons pour leurs performances de photolyse de l’eau, la stabilité chimique, le courant photovoltaïque, la fenêtre optique, la texture des domaines ferroélectriques et la sensibilité à la lumière des parois du domaine ainsi que les réponses ferroélectriques macroscopiques par rapport à la largeur de bande interdite.

Nous visons une meilleure compréhension micromécanique des liens entre procédés, microstructures, et propriétés mécaniques des alliages métalliques issus de la fabrication additive. Nous considérons trois facteurs cruciaux que sont la morphologie tridimensionnelle, hétérogène, et multi échelles des microstructures, la présence de contraintes résiduelles issues de la fabrication, et la déformation plastique hétérogène de ces matériaux lorsque sollicités mécaniquement. Pour cela, nous souhaitons répondre à trois questions et challenges scientifiques : Quels sont les mécanismes de plasticité élémentaires à petite échelle qui impactent la réponse mécanique, comment estimer les contraintes résiduelles à l’échelle des ensembles de grains et, des méthodes d’apprentissage machine peuvent-elles être utiles pour guider le design de nouvelles microstructures avec des meilleurs performances mécaniques ? Nous développons et utilisons des outils expérimentaux et numériques robustes et complémentaires pour y répondre. Nous proposons respectivement, le développement d’un code spectral de dynamique des dislocations discrètes numériquement capable de simuler la déformation d’ensembles de petits grains avec des précipités et des pores, la mesure des contraintes résiduelles dans les grains par EBSD-3D à haute résolution assistée par modélisation thermomécanique, et l’utilisation d’un modèle micromécanique alimenté par imagerie 3D aux rayons X, utilisé pour générer une base de données servant à entrainer et tester des algorithmes d’apprentissage machine. Nous prendrons des alliages industriels cuivre-chrome comme système modèle pour notre étude. A plus long terme, notre stratégie pourra être étendue à des alliages aluminium haute performance plus complexes.

L'industrie agroalimentaire est confrontée au défi majeur de garantir une hygiène optimale des surfaces tout en améliorant l'efficacité de ses processus. Le projet OREGANO propose ainsi de créer des surfaces métalliques innovantes avec un double effet antimicrobien,?assuré d’une part par le greffage covalent de dérivés d’arylbenzothiazoles aux propriétés biocides, et d’autre part par une microstructuration de surface empêchant l’installation de biofilms bactériens. La synergie entre ces deux effets est stratégique pour lutter contre le développement de biofilms bactériens à un stade précoce. Ce traitement de surface est par ailleurs permanent, ne doit pas entraîner de relargage de composés actifs et ne nécessite que peu de molécules. Les nouvelles surfaces ainsi mises au point permettront de limiter les risques de contamination des aliments au cours de leur production industrielle, et donc de maintenir la sécurité sanitaire, tout en réduisant la fréquence et la durée des cycles de nettoyage/désinfection et par conséquent de gagner en productivité et de lutter contre le développement d’agents pathogènes résistants. Le projet OREGANO s’articule en quatre parties. Les arylbenzothiazoles seront synthétisés par des voies chimiques écocompatibles. Un soin particulier sera apporté à l’évaluation de leurs propriétés antimicrobiennes, ainsi qu’à l’étude de leur toxicité, par des approches in vitro et in silico, sans expérimentation animale. Le greffage covalent sur de l’acier inoxydable sera réalisé par électrochimie en veillant à contrôler la microstructuration dont le rôle est crucial pour générer les propriétés anti-bioadhésives. Enfin, la stabilité du greffage au cours d’un vieillissement accéléré, ainsi que l’efficacité biocide et anti-bioadhésion de ces surfaces originales seront démontrées pour garantir la sécurité sanitaire des surfaces modifiées, leur efficacité antimicrobienne et leur résistance dans le temps.

En 1986, la découverte de la supraconductivité à haute température dans les composés à base de cuprates a inauguré un tout nouveau domaine de recherche. Cette supraconductivité non conventionnelle reste inexpliquée et, pendant plus de trois décennies, les chercheurs ont cherché des analogues des cuprates. C'est finalement en 2019 qu'un groupe de l'université de Standford a rapporté la supraconductivité dans des composés de nickelates stratifiés dopés aux trous, avec une température critique d'environ 10-15 K. La phase supraconductrice présente la structure appelée à couches infinies (R1-x(Sr, Ca)xNiO2, R=Nd, Pr ou La, x=concentration de dopant), composée de plans bidimensionnels de NiO2 alternés avec des plans de terres rares (R). Cette phase est obtenue à partir de la phase pérovskite parentale (R1-x(Sr, Ca)xNiO3), après élimination sélective de tous les atomes d'oxygène sur les sites apicaux des octaèdres NiO6. Comme pour les cuprates, cette remarquable découverte a lancé un nouveau domaine de recherche, dont les progrès sont aujourd'hui entravés par le grand défi que représente la synthèse de ces composés. Ainsi, en dehors de la synthèse difficile de films de phase pérovskite de haute qualité, l'obtention de la phase supraconductrice à couche infinie nécessite une réduction chimique topotactique complexe, qui a lieu à l'intérieur d'un tube sous vide en utilisant le CaH2 comme agent réducteur. Cette méthode est très peu pratique et sujette à des problèmes de reproductibilité et de mauvaise qualité des échantillons. En fin de compte, la résolution spatiale des régions supraconductrices ne sera jamais atteinte avec cette méthode, ce qui constitue un obstacle technologique majeur à l'utilisation des nickelates supraconducteurs dans les futurs nanodispositifs. Le projet OxyNicks propose deux approches innovantes pour surmonter ces obstacles dans le domaine : i) Améliorer le contrôle et la reproductibilité du processus de réduction par le dépôt d’un métal réactif (Al, Y ou Gd) par pulvérisation cathodique. Le métal pompera l'oxygène de la phase pérovskite au cours d'une réaction redox, s'oxydera et transformera le film en une phase supraconductrice à couche infinie. Grâce à cette nouvelle méthode, nous utiliserons la spectroscopie photoélectronique à résolution angulaire (ARPES) pour visualiser la structure électronique des nickelates à couche infinie. Par ailleurs, nous effectuerons des mesures de magnéto-transport et de spectroscopie à effet tunnel afin d'explorer la physique inexplorée qui sous-tend la supraconductivité dans les nickelates, à peine explorée jusqu'à présent en raison des défis posés par la synthèse. ii) Le contrôle électrique de la transformation topotactique dans les nickelates à l'échelle nanométrique grâce à la tension générée avec une pointe de microscopie à force atomique (AFM) polarisée. Le champ électrique créé par la pointe AFM réduira localement le nickelate de la phase pérovskite initiale à la phase supraconductrice à couche infinie. Cela nous donnera le contrôle sub-micrométrique nécessaire pour fabriquer les premiers prototypes de nanodispositifs utilisant des nickelates supraconducteurs, notamment des jonctions Josephson. Par conséquent, le projet OxyNicks vise à contribuer activement à surmonter les principaux obstacles dans le domaine émergent des nickelates, en apportant de nouvelles connaissances sur la physique de ces composés et en permettant un contrôle à l'échelle nanométrique de la supraconductivité en vue de l'incorporation future de ces matériaux dans des nanodispositifs.

La superfluorescence (SF) est un phénomène bien connu de la physique atomique dans lequel les émetteurs peuvent émettre des photons de manière synchronisée par interaction à longue portée, permettant ainsi une émission cohérente, accélérée et plus brillante. Le processus de SF devrait être théoriquement efficace dès lors que des émetteurs identiques ayant un grand moment dipolaire sont assemblés au sein d'un super-réseau. Mais expérimentalement, de fortes limitations découlent de leur organisation, en raison des difficultés à obtenir des émetteurs individuels spectralement identiques avec des densités élevées et une orientation identique des dipôles. Le contrôle de la distance entre les émetteurs est également un paramètre clé, avec un compromis entre le couplage électromagnétique nécessaire et le couplage électronique préjudiciable. C'est pourquoi, en physique du solide, la SF a été démontrée dans un nombre très limité de systèmes. Récemment, les super-réseaux de nanocristaux de pérovskite (pNC) ont rejoint cette liste restreinte, grâce à leurs propriétés optiques et structurelles optimales. Néanmoins, un domaine reste inexploré : la démonstration de la SF en cavité de super-réseaux de pNC couplés à une structure photonique. Pour relever ce défi, CSUPER2 vise à intégrer des super-réseaux pNC dans une microcavité fibrée spécialement conçue pour des nano-émetteurs synthétisés par voie chimique. Cette intégration permettrait de faire progresser le domaine des interactions coopératives lumière-matière dans les pNCs en mettant en évidence la SF en cavité, qui devrait présenter une plus grande brillance pour de plus faibles puissances d'excitation, des propriétés de cohérence améliorées, et même un effet laser. CSUPER2 vise donc à atteindre trois objectifs principaux : (1) synthétiser par des techniques de chimie douce des pNCs avec une distribution de tailles hautement contrôlée et dont la chimie de surface par ingénierie de ligands permet leur assemblage en super-réseaux ordonnés à longue portée ; (2) démontrer la SF dans les super-réseaux de pNC obtenus et étudier en détail les propriétés optiques fondamentales de la SF, telles que les signatures spectrales, la dynamique ultrarapide, la cohérence et la statistiques des photons émis, par des techniques de spectroscopie stationnaire et résolue en temps ainsi que des expériences d'optique quantique, à température ambiante et à basse température. L'effet du désordre sera analysé avec précision afin d'évaluer le nombre de pNC couplés qui contribuent à la SF ; (3) étudier le domaine inexploré de la SF en cavité de super-réseaux de pNCs, en utilisant une microcavité fibrée reconfigurable permettant de modifier et d'accorder l'élément clé responsable de l'émission SF, c'est-à-dire le couplage dipôle-dipôle induit par la fluctuation du champ électromagnétique dans le vide. La flexibilité de la cavité choisie permettra une étude approfondie de la physique de la SF et, de manière ultime, de la transition du laser conventionnel à celui basé sur la SF. Pour exploiter pleinement les résultats expérimentaux obtenus, le projet CSUPER2 bénéficiera d'un soutien théorique solide sur les effets collectifs de l’interaction lumière-matière. Les études théoriques des propriétés d'émission collective dans les super-réseaux de pNCs seront réalisées en considérant précisément l'effet du désordre, ainsi que l'effet du couplage de la cavité.

La récente démonstration d'émission de lumière dans les alliages de SiGe hexagonal à gap direct en fait un concurrent solide des semi-conducteurs classiques de type III-V. Cependant, les propriétés d'émission du SiGe hexagonal rencontrent plusieurs défis, que constituent le cadre du projet TULIP. L'objectif principal du projet TULIP est l'ingénierie de l'émission de lumière dans SiGe hexagonal avec les objectifs clés suivants : - Ajuster la plage de longueurs d'onde d'émission, en passant du moyen infrarouge au proche infrarouge et au spectre visible. - Obtenir un gap direct pour les compositions riches en silicium. - Passer d'un régime d'émission spontanée à un régime d'émission stimulée. Pour réaliser ces objectifs, notre stratégie repose sur la modification de l'émetteur lui-même, en ajustant la taille, les contraintes, le dopage et la morphologie. Le consortium regroupe des experts aux compétences complémentaires, couvrant la modélisation, la fabrication et la caractérisation de ces émetteurs de lumière

Les matériaux granulaires et les suspensions sont les deuxièmes matériaux les plus manipulés par l'homme. Leur utilisation, par exemple dans l'impression 3D de poudres métalliques, est confrontée à deux défis : la transition de blocage (divergence de la viscosité effective) et le colmatage des constrictions (comme le colmatage des buses d'injection dans les imprimantes 3D). Le projet propose d'étudier une nouvelle approche de ces deux défis : l'utilisation de parois élastiques pour faciliter l'écoulement et réduire la probabilité de colmatage des constrictions. Cette nouvelle approche s'inspire de travaux numériques récents montrant que les parois élastiques réduisent la viscosité effective des suspensions. Le projet vise à développer une preuve de concept de buse d'injection qui ne se colmate pas. Pour ce faire, le projet répondra expérimentalement aux deux questions suivantes : comment l'élasticité des parois diminue-t-elle la viscosité effective d'un matériau granulaire et comment l'élasticité d'une constriction réduit-elle la probabilité de colmatage ? Le développement de buses d'injection innovantes, sans colmatage, et l'amélioration du contrôle de l'écoulement des matériaux granulaires constituent une réponse au défi actuel de réduction de l'utilisation des ressources naturelles et de l'énergie.

La France est le deuxième producteur mondial de vin et son industrie subit des transformations majeures en réponse au changement climatique et aux préoccupations sociétales. La fermentation vinicole est exothermique, mais elle est généralement réalisée à basse température pour atteindre la teneur finale souhaitée en arômes, ce qui la rend très énergivore. Le défi est de réduire son empreinte énergétique, tout en maîtrisant la qualité organoleptique des vins. Pour relever ce défi, notre projet mobilise et développe de nouveaux outils. La cinétique de fermentation et un grand nombre (jusqu'à 20) de composés aromatiques cibles seront mesurés en ligne. Sur la base d'un modèle dynamique du procédé et de l'état estimé, une optimisation multiobjectif sera effectuée périodiquement (ex. quotidiennement) afin de déterminer les meilleurs compromis possibles entre la consommation d'énergie et les objectifs aromatiques. Des outils originaux de visualisation en grande dimension et d'aide à la décision permettront à l'opérateur humain de sélectionner la stratégie optimale à mettre en œuvre en temps réel, avec une charge mentale réduite. Une loi de commande avancée réalisera les actions nécessaires, telles que l'application de profils de température variables dans le temps et des ajouts multiples d'azote. Notre projet rassemble des compétences en matière de vinification, de mesure en ligne des molécules volatiles, de modélisation dynamique des bioprocédés, d'optimisation multiobjectif, de visualisation et d'interaction homme-machine, ainsi que d'estimation de l'état et de commande des systèmes dynamiques. La méthodologie proposée fera l'objet d'une démonstration expérimentale à l'échelle de laboratoire. Les bénéfices attendus sont une plus grande agilité dans la programmation de la production dans les caves, une empreinte énergétique réduite, une qualité organoleptique du vin mieux maîtrisée et personnalisée, et une flexibilité accrue dans la gestion des cuves et des frigories.

En dépit d’avancées scientifiques considérables dans le domaine de la robotique collaborative, l’application de ces connaissances au domaine de l’industrie reste extrêmement faible. Pourtant, les mutations technologiques à l’œuvre dans le domaine de la robotique collaborative pourraient profondément modifier l’interaction entre l’humain et la machine. Pour que la robotique collaborative puisse réellement atteindre ce niveau de maturation et fournir une assistance à des opérateurs humains qualifiés, de nombreuses questions de recherche sont à traiter. Parmi ces questions, celle de la lisibilité du système robotisé par l’utilisateur constitue le propos de ce projet. Nous nous inspirons du cadre théorique de l’action conjointe (i.e., action nécessitant la coordination avec un autre agent humain). Il est aujourd’hui accepté que la production d’action conjointe repose sur l’échange d’informations entre les partenaires ; notamment, sur la capacité à inférer les intentions d’autrui. Ainsi, de nombreux auteurs soulignent que le partage des intentions des agents, avant comme au cours de l’action, est un élément essentiel à la coopération9. Dès lors, nous faisons l’hypothèse que la lisibilité des intentions du système robotisé est un élément clef de leur prédictibilité, et, par extension, des capacités de l’opérateur humain à interagir de manière efficiente (i.e., atteindre un niveau de performance acceptable tout en minimisant le cout cognitif) avec des systèmes robotisés fortement automatisés. Le projet a pour objectif d’explorer 1/ le lien entre lisibilité des intentions du système robotisé et sa prédictibilité, 2/ l’impact de cette prédictibilité sur la performance et le coût cognitif lié à la réalisation d’une tâche commune, 3/ comment le niveau de prédictibilité du système évolue avec l’apprentissage, et 4/ quel cadre générique de formulation de la commande robotique peut permettre l’expression riche de modalités de communication de l’intention.

Les principales causes de la surcharge des salles d’opération d’urgence (SOU) sont la demande croissante de chirurgies urgentes et la pénurie de personnel médical. Les effets de la surcharge peuvent malheureusement se répercuter sur l’ensemble de l’hôpital, entraînant une mortalité hospitalière plus forte, des séjours plus longs et des coûts plus élevés. Le projet DOSE est motivé par ce contexte, où il devient crucial de repenser l'ingénierie des opérations et l'optimisation des SOU. DOSE vise à développer une approche multidisciplinaire basée sur les données pour optimiser les parcours de soins des patients des SOU. Spécifiquement, nous visons à 1) développer une approche basée sur les données pour une modélisation précise et complète des parcours de soins ; 2) élucider les indicateurs de performance (KPI) de la qualité des soins à l'aide de techniques d’IA et d'expertise médicale, développer un modèle de qualité de vie au travail du personnel avec les sciences humaines et sociales (SHS), et développer une approche médico-économique pour les analyses coût-efficacité ; 3) déterminer les stratégies optimales pour l’ordonnancement dynamique des activités du parcours tenant compte de ces KPI, et intégrer les résultats dans un jumeau numérique pour l’aide à la décision en temps réel. DOSE améliorera la production de soins aux SOU en exploitant les outils de l'industrie 4.0 tels que le big data, l'optimisation basée sur les données et le jumeau numérique. Il sera réalisé en collaboration avec l'hôpital La Pitié Salpêtrière, et avec des données extraites de l'Entrepôt de Données de Santé. La dimension et la nature stochastique et dynamique des problèmes posés, ainsi que l’ambition de centrer les bénéfices et impactes sur les patients et le personnel médical sont les défis de ce projet. DOSE vise des contributions pluridisciplinaires à la littérature sur la science des données, l'optimisation stochastique, la simulation, la médecine, l'économie de la santé et les SHS.