Institut de Technologie et d Innovation. PSL ITI Un nouveau parcours doctoral. Programme des enseignements

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1 Institut de Technologie et d Innovation PSL ITI Un nouveau parcours doctoral Programme des enseignements VERSION DU 7 AVRIL 2014

2 Sommaire La première année du cycle doctoral... 3 Conditions d admission... 3 Calendrier de l année... 3 Organisation et pédagogie... 3 Le tronc commun... 4 Module 1 : Start- up : mode d emploi... 4 Module 2 : Recherche, conception, innovation : raisonnement, organisation, performance... 5 Module 3 : Recherche et innovation par le design... 5 Module 4 : Economie de l innovation... 6 Les enseignements scientifiques... 8 Technologies Innovantes pour la santé... 8 Module 1 : Théranostique... 9 Module 2 : Médecine personalisée... 9 Modélisation et ingénierie pour les systèmes biologiques Module 1 : Module 2 : Ingénierie cognitive Module 1 : Repairing and augmenting the brain Module 2 : The connected brain Micro- fluidique Module 1 : Module 2 : Ingénierie quantique Module 1 : Module 2 : Ingénierie spatiale et terrestre Module 1 : «Nanosatellites étudiants» Module 2 : «Observation de la Terre» Matériaux avancés : les défis actuels Module 1 : Module 2 : Informatique, mathématiques, signal et imagerie Module 1 : Module 2 : Energie Module 1 : Problématique énergétique mondiale Réponses technologiques Module 2 : Environnement Module 1 : Module 2 : Introduction VERSION DU 7 AVRIL 2014

3 Première année du cycle doctoral p2/25

4 La première année du cycle doctoral p3/25 Conditions d admission L année de préparation doctorale est ouverte à tout candidat, ayant un diplôme d ingénieur et/ou un master français et/ou étranger. Les étudiants seront sélectionnés par un comité de sélection et seront éligibles à des bourses. Renseignements pratiques Pour retirer les dossiers de candidature, faire une demande de bourse ou obtenir des informations complémentaires, vous pouvez écrire à : PSL- psl.fr Calendrier de la 1 re année de formation 1. De septembre à décembre Le premier trimestre sera consacré aux enseignements : Ø un parcours personnalisé déterminé par le choix de deux majeures et d une mineure ; Ø un tronc commun centré sur les questions liées à l innovation et à l entreprenariat et scientifique. Ø Des conférences sur le thème : «partage d expériences d inventeurs et de créateurs de start- up» 2. De janvier à avril Les étudiants poursuivront leur année en effectuant un stage de quatre mois, dans un laboratoire de recherche ou dans une entreprise, en fonction de leur parcours initial. 3. De mai à juin Le dernier trimestre sera consacré à un travail personnel et à des conférences données par des scientifiques de haut niveau et des entrepreneurs. 4. Juillet Présentations des projets devant un jury Organisation et pédagogie Les étudiants seront accompagnés par deux tuteurs, l un issu du monde académique, l autre du monde industriel. L'année sera validée par le Diplôme de Recherche et d Innovation, diplôme d'établissement de PSL.

5 p4/25 La première année du cycle doctoral Le tronc commun (60h) L ensemble des modules est obligatoirement suivi par toute la promotion. Bibliographie pour les 4 modules: ü Le Grand Livre de l Entrepreneuriat, Léger- Jarniou (ed.), Dunod, 2013 ü La Boite à outils de la création d entreprise, Léger- Jarniou & Kalousis, Dunod, 2013 ü Etude de marché, Léger- Jarniou, Dunod, 2011 ü Construire son Business Plan, Léger- Jarniou & Kalousis, Dunod, 2010 ü Strategic Management of Innovation and Design, Pascal Le Masson, Benoit Weil & Armand Hatchuel,, Cambridge University Press, 2010 ü An introduction to Innovative Design: Elements and Applications of C- K theory, Marine Agogue, Sophie Hooge, Frédéric Arnoux, & Ingi Brown,, Presses des Mines, ü Lean start- up, Ries, Pearson, 2012 ü Business Model Nouvelle Génération, Osterwalder & Pigneur, Pearson, 2010 Module 1 : Start- up : mode d emploi (15h) OBJECTIF DU MODULE : Découvrir le monde des start- up et notamment la relation avec la recherche. Comprendre le mécanisme de création d une start- up, par un travail d équipe Jour 1 : découverte Start- up et innovation: mise en relation de la recherche, invention, innovation, marché, start- up. et écosystème de l innovation Success stories de 2 jeunes entrepreneurs : présentation et débat Jour 2 : création d une start- up Séances en équipes autour des thèmes : créativité et opportunités entrepreneuriales, Business Model, éléments à mettre en œuvre (ressources et partenaires), financement du projet Séances de co- travail précédées de présentations de chaque thème Jour 3 Business Plan : finale et fondamentaux Principes de présentation écrite et orale du Business Plan Séances de pitchs (devant un jury) Retour sur les fondamentaux : différents types de business plan, cohérence homme- projet, rôle du marché et du temps Catherine Léger- Jarniou, Georges Kalousis, Pierre Battini, Entrepreneurs

6 p5/25 Module 2 : Conception industrielle et entreprise (15h) La conception, maillon manquant de la relation recherche- innovation OBJECTIF DU MODULE : Les organisations de la conception innovante et les transformations de la recherche imposent aujourd hui de connaître : Les bases de la modélisation des raisonnements de conception La culture industrielle permettant de comprendre l origine et le rôle des différents protagonistes : marketing, bureau d études, stratégie, design et plus particulièrement laboratoires et services de recherche Les crises et les évolutions contemporaines des organisations de la conception (et en particulier de la recherche) face aux nouveaux enjeux et nouvelles formes de l innovation Les théories de la conception. Théorie systématique, théorie axiomatique, théorie unifiée. Spécificité du raisonnement de conception par rapport à la décision, la programmation, la planification, l optimisation. Rapport entre conception et connaissance scientifique et technique. Caractère collectif. Les régimes de conception (conception routinisée, gestion de projet, innovation répétée, innovation intensive, ), les modes d organisation et de pilotage correspondants. On insistera notamment sur les métiers et leurs outils : les différentes modélisations et les différents modes de production des connaissances (enquêtes ou clinic test du marketing, planches tendances du designer, expérimentation, simulation, calcul, prototypage des ingénieurs et des chercheurs ) La recherche dans ces différents régimes. Rapport entre conception et recherche, organisations et management de la recherche dans ces différents régimes, nouveau rôle des managers de recherche dans un régime de conception innovante, nouvelle place de l instrumentation, du prototypage, des essais Le raisonnement de conception au service de la recherche. Quel rapport entre le raisonnement de conception et le raisonnement de recherche? Comment utiliser les formalismes du raisonnement de conception dans le travail de recherche (pilotage collectif, conception d expérience )? Benoît WEIL, Pascal LE MASSON Module 3 : Recherche et innovation par le design (15h) OBJECTIF DU MODULE : La Recherche par le design expérimente des méthodologies, des dialectiques et des modes de production et de communication avec des équipes pluridisciplinaires. Elle consiste en une approche du projet à la fois par le rationnel et par l imaginaire. Elle a pour ambition de permettre une véritable approche méthodologique transdisciplinaire et d intégrer au fur et à mesure du développement des projets, les compétences des disciplines et les partenaires indispensables à la vérification des hypothèses et des intuitions.

7 La recherche par le Design comme «Action» et «Dessein» se situe comme catalyseur des énergies, des utopies et des idées pour permettre par «le faire» à la fois pratique et théorique, la modélisation intrinsèque des objets, des matières et des espaces. Elle propose d analyser et de mieux comprendre les interactions et les symbioses entre les usagers, les objets, les matières et l espace dans un écosystème identifiable ou à concevoir. Elle met en œuvre des méthodologies en intégrant des connaissances à la fois artistiques, techniques, scientifiques, économiques et sociales. Elle stimule l émergence d une créativité liée à l imaginaire et à la prospective pour éveiller la conscience et résoudre des problèmes. Elle favorise une approche pluri- sensorielle et sociétale des contextes. Elle intègre l éthique et l esthétique comme repère à la mise en forme des écosystèmes et des innovations. Elle expérimente les relations entre conception, pédagogie, recherche et industrie. Pour faire comprendre cette démarche et présenter les résultats, la Recherche par le Design doit publier et inventer des modes d exposition alliant pédagogie, professionnalisme et créativité. p6/25 Module 4 : Economie de l innovation (15h) OBJECTIF DU MODULE : Ce cours constitue une introduction à l économie de la connaissance et à l économie de l innovation. Il met l accent sur la spécificité de la connaissance comme ressource et comme produit de l activité inventive, ainsi que sur la dynamique de la production intellectuelle, afin de mieux cerner les enjeux de la conception des organisations et des institutions destinées à favoriser l innovation. Cela conduit à analyser les mécanismes alternatifs conçus pour encadrer la production et la diffusion des créations de l esprit, en portant une attention particulière à la fois sur les incitations des créateurs et sur l intérêt de la société. Cela conduit à réfléchir aux politiques de la science et de l innovation, comme aux politiques culturelles. On étudie également les stratégies déployées par les innovateurs, scientifiques et entrepreneurs, pour bénéficier d un retour sur leurs efforts, mais aussi pour accéder aux moyens dont ils ont besoin. Sur le fond, on se fonde à la fois sur l économie des contrats, des organisations et des institutions, ainsi que sur l économie de l information, de la connaissance et de la science. Au delà de la comparaison de différents construits sociaux comme par exemple la propriété industrielle ou le modèle de la science «ouverte» on étudie aussi les propriétés de mécanismes portés par le numérique comme les réseaux coopératifs à large échelle observés dans certaines communautés en ligne. Survol historique de l évolution de l organisation sociale de l innovation à travers les civilisations de manière à illustrer la diversité et la richesse des formes possibles d organisation des Systèmes Nationaux d Innovation. Présentation systématique de questions clés, retour sur la nature économique de la connaissance et la présentation du dilemme «incitation- diffusion» au cœur de l organisation de sa production. Les limites intrinsèques de la propriété intellectuelle Quelles sont les contraintes à surmonter pour concevoir des solutions alternatives, notamment les mécanismes de concours ou de mécénat? Quelles sont les difficultés inhérentes à la sélection des projets, à l identification des inventeurs, au dilemme de la fixation de leur rémunération?

8 Comment concrètement conçoit- on les politiques publiques de soutien à l innovation en jouant sur plusieurs leviers (e.g. propriété intellectuelle, droit de la concurrence, etc.) Articulation entre innovation et concurrence? Comment entreprises et entrepreneurs développent des stratégies de coopération ou façonnent les marchés? organisation du système public de la recherche et de l innovation. Interdépendances entre gestion des carrières, accès au financement, politiques publiques et stratégies des opérateurs privés. La fin du cours sera dédiée à l analyse des innovations et hybridations organisationnelles favorisées par les technologies numériques. Ces dernières facilitent (et sont des laboratoires) de nouvelles pratiques permettant d associer selon des modalités flexibles un spectre très large de parties prenantes Enseignant du module : E. Brousseau p7/25

9 p8/25 Les enseignements scientifiques Pour les enseignements, chaque étudiant devra choisir, parmi les 10 thématiques détaillées ci- dessous, deux majeures et une mineure. Pour chaque thématique choisie comme majeure, l étudiant suivra les deux modules proposés dans leur intégralité. Pour la thématique choisie comme mineure, l étudiant pourra choisir, en lien avec ses tuteurs et le responsable de la thématique, l un ou l autre module. Responsables de la thématique : André Klarsfeld, Christophe Tribet Technologies Innovantes pour la santé Bibliographie : ü Rapport - Le dispositif médical innovant. Attractivité de la France et développement de la filière ü Ozdemir et al. "Shifting emphasis from pharmacogenomics to theranostics" (2006). Nature Biotechnology 24 (8): La thématique "Technologies Innovantes pour la Santé" est structurée autour de deux défis majeurs de la médecine du XXIe siècle : (i) réduire les délais entre prévention, diagnostic et thérapie, et améliorer la précision des traitements grâce à l imagerie, au ciblage et à la délivrance contrôlée de médicaments (théranostique) ; (ii) proposer une prévention et des traitements sur mesure pour chaque patient, grâce à de nouveaux capteurs, prothèses et outils de communication (médecine intégrée et personnalisée). Identification de grands défis technologiques transversaux, à fort besoin/potentiel en innovation, qui exigent de concilier des contraintes orthogonales. Applications pratiques : à la fois pathologies (cancers, maladies neuro- dégénératives, handicaps...), et santé/bien- être. Les échanges font apparaître deux enjeux qui requièrent à la fois une excellente recherche fondamentale et de l ingénierie : ü Théranostique (diagnostic couplé d'aussi près que possible au traitement) ü Médecine personnalisée/individualisée Ces deux enjeux peuvent se relier à une même volonté, de plus en plus marquée dans la médecine du XXIème siècle : répondre aux spécificités de chaque patient. En effet : - le théranostique vise à ajuster en temps réel les traitements thérapeutiques, sur un patient donné, par la mise en œuvre de systèmes diagnostiques (imagerie, analyses biochimiques) dialoguant avec les procédés thérapeutiques (ciblage et délivrance contrôlée de médicament), - la médecine personnalisée incluant l ensemble des dispositifs tels que capteurs, prothèses, interfaces de communication ou robotisées, etc dont l usage doit être conçu

10 pour faciliter une bonne adaptation à la variété des physiologies et des modes de vie de chacun. p9/25 Ces deux enjeux requièrent par ailleurs un interfaçage entre des approches technologiques issues de disciplines variées. Les développements de techniques de détection et d imagerie de pointe peuvent par exemple intégrer des possibilités d échanges et d action à distance (télédétection, interface homme- machine), ou bien stimuler la conception de sondes ou agents de contrastes facilitant le ciblage in vivo (matériaux «adaptatifs» ou ciblage spécifique de molécules bioactives). Dans cet esprit d intégration multidisciplinaire, la thématique "Technologies innovantes pour la santé" présentera un paysage des frontières technologiques actuellement accessibles dans le domaine du théranostique (module 1) et des dipositifs pour une médecine personnalisée (module 2). Module 1: Théranostique Encore récemment, les trois modalités principales de l action médicale (la prévention, le diagnostic, et la thérapie) étaient considérées comme des champs relativement séparés. Dissocier leur mise en œuvre, peut toutefois induire des délais dans l application de traitements, compromettre les chances de rémissions ou guérisons et/ou induire un stress peu utile auprès des patients et de leurs familles (dans l attente d un diagnostic le système de soin et de protection sociale engage des procédures parfois coûteuses). L approche théranostique ambitionne une approche intégrante afin de mieux diagnostiquer pour traiter plus en amont. Au moyen d innovations en ingénierie pour la santé, il s agit désormais de savoir combiner études de «screening», méthodes de diagnostic et de caractérisation des symptômes jusqu à l échelle cellulaire pour finalement parvenir si possible dans le cadre d un parcours unique pour le patient- à un traitement ciblé et spécifique. Ce module aborde la conception de systèmes d imagerie innovante, couplés au développement de biomarqueurs et actuateurs qui ouvrent la voie à une action thérapeutique quasi- simultanée à celle de la détection. La gestion des données générées par ces systèmes et les contraintes toxicologiques et règlementaires s appliquant à l usage de tels dispositifs sur l homme sont aussi des points clés qui seront présentés. Programme du module : A. Dispositifs théranostiques Innovation en imagerie préclinique et clinique Dispositifs thérapeutiques invasifs / non- invasif Acquisition et traitement de quantités massives de données B. Ingénierie du ciblage et de la libération de médicaments Systèmes de libération couplés à l imagerie Ingénierie biochimique pour l imagerie Biodisponibilité, biotoxicité et verrous réglementaires Enseignants du module : JF. Aubry, E. Beaurepaire, C. Boccara, J. Cossy, O. Couture, P. Couvreur,, F. Krzakala, M. Tanter, C. Tribet, D.Bocquet, JP. Vert.

11 p10/25 Module 2 : Médecine personnalisée OBJECTIF DU MODULE : Des traitements médicaux "sur mesure" adaptés à chaque patient, en associant génétique, profils moléculaires et caractéristiques cliniques, constituent l'avenir de la médecine. Grâce à l'utilisation d'algorithmes de risque, de diagnostics moléculaires, et de thérapies ciblées, la médecine personnalisée vise à passer du stade de la recherche à celui de la pratique médicale. De plus, la prolifération de capteurs générant de l'information médicale et la croissance des systèmes capables de la traiter et de la stocker font se rencontrer science médicale et science des données. Les plus grands défis pourraient provenir non de la collecte ou de la transmission des données, mais de la conception des systèmes capables de leur donner du sens. Ce module sera consacré à l'acquisition des outils nécessaires pour aborder ce domaine avec un bagage optimal. Programme du module : A. Technologie de l'information pour la médecine personnalisée Capteurs intelligents "monitoring" et "biofeedback" Dispositifs embarqués : défis en matière de taille et de consommation d'énergie Télémédecine et chirurgie assistée par ordinateur Analyse de données massives et de méta- données B. Implantologie et robotique Ingénierie des biomatériaux ingénierie tissulaire et matériaux adaptatifs Modélisation numérique pour la médecine Robotique et interfaces cerveau- machine Neuroprothèses co- adaptation avec le système nerveux ENSEIGNANTS DES MODULES : JF. Aubry, E. Beaurepaire, C. Boccara, J. Cossy, O. Couture, P. Couvreur,, F. Krzakala, M. Tanter, C. Tribet, D.Bocquet, JP. Vert, A. de Cheveigné, L. Corté, E. Depoux, F. Goulette, Y. Tillier, F. Vialatte, Augusto Genovesio. Modélisation et ingénierie pour les systèmes biologiques Responsables de la thématique : Denis Thieffry & André Zinovyev Bibliographie : ü Alon U (2007). An Introduction to Systems Biology. Design Principles of Biological Circuit. Chapman & Hall/CRC. ü Barillot E et al (2013). Computational Systems Biology of Cancer. CRC Press. ü Klipp et al (2010). Systems Biology. Wiley- Blackwell. ü Palsson BO (2006). Systems Biology. Properties of Reconstructed Networks. Cambridge University Press. Module 1 :

12 OBJECTIF DU MODULE : L'objectif est d'introduire les principales méthodes de modélisation des réseaux biologiques (en particulier cellulaires) avec des exemples d'applications (circuits génétiques, voies métabolisme, etc.) systèmes d'équations différentielles ordinaires équations linéaires par morceaux modèles booléens/logiques modèles stochastiques Un cours spécifique est également prévu sur le contrôle des systèmes biologiques à l'aide de simulations en temps réel. Des travaux pratiques sur ordinateur permettront de prendre en main chacune des méthodes, avec des logiciels génériques (par exemple Matlab, ou des programmes Python) ou des outils spécifiques (par exemple GINsim pour la modélisation logique). Des séminaires proposés par des experts internationaux viendront compléter ces cours. G. Batt, V. Hakim, P. Hersen, H. de Jong, F. Radvanyi, V. Soumelis, D. Thieffry, JP. Vert, A. Walczak, A. Zinovyev p11/25 Module 2: OBJECTIF DU MODULE : Il s'agira de prendre en main les concepts et les outils vu dans les cours du module 1 et de les appliquer dans le cadre de projets en petit groupes sur des questions ou thèmes d'actualité. Chaque groupe sera supervisé par un petit nombre d'enseignants, comprenant idéalement au moins un biologiste et un théoricien. Ce cours comprendra des conférences données par des experts internationaux. Plusieurs thèmes seront traités : Peut- on améliorer la photosynthèse? Comment contrôler la croissance tumorale? Reprogrammation cellulaire Décision cellulaire et biologie synthétique Régénération cellulaire Biofuels Chaque projet sera basé sur une (ou un petit nombre de) publication(s) et comprendra : Reproduction de résultats obtenus dans les publications analysées Exploration de nouvelles pistes Calculs et simulations complémentaires Analyse critique des résultats obtenus, discussion et perspectives G. Batt, V. Hakim, P. Hersen, H. de Jong, F. Radvanyi, V. Soumelis, D. Thieffry, JP. Vert, A. Walczak, A. Zinovyev

13 p12/25 Ingénierie cognitive Responsable de la thématique : Emmanuel Dupoux Co- responsables: Alain de Cheveigné Boris Gutkin Bibliographie : ü Norman, D. (2013) The Design of Everyday things (revised edition). Basic Books ü Thaler, R.H. & Sunstein, C.R. (2008). Nudge: Improving decisions of health, wealth and happiness. Penguin books. ü The Oxford Handbook of Cognitive Engineering (2013). Lee, J.D., and Kirlik, A. (Eds). Oxford University Press ü Brain- Computer Interfaces: principles and design (2012). Wolpaw, J. and Walpaw, E.W. Eds). Oxford University Press ü Mohri, M. and Rostamizadeh, A. (2012). Foundation of Machine Learning (2012). MIT Press Module 1 : Repairing and augmenting the brain OBJECTIF DU MODULE : One striking characteristic of the brain is that it is a learning device. A well- developed brain gives to humans unprecedented flexibility and adaptability. The aim of this module is to present cases where this adaptability is challenged, either through neurological damage (sensory deficits, genetic diseases, stroke, etc), or when new skills or knowledge must be acquired. Repairing the brain : Brain Computer Interfaces; Brain Rehabilitation Augmenting the brain : core knowledge systems, naive theories, psychological architecture of learning, long- term memory consolidation, technology- enhanced learning, evidence- based education and translational research Modeling brain plasticity : Biophysical models of plasticity, Spike- based models of plasticity, Hopfield networks, Supervised learning, Reinforcement learning Ethical Issues: Neuroethics, informed consent, neuromythes, neuromarketing, translational research D. Andler, AC. Bachoud Lévi, D. Bavelier, M. Bétrancourt, E. Bruillard, A. de Cheveigné, T. Dau, S. Dehaene, G. Dreyfus, A. Frisoli, E. Gentaz, W. Gerstner, M. Graupner,M. Khamassi, D. McAlpine, JP. Nadal, S. Ostojic, E. Pasquinelli, A. Tricot

14 Module 2: The connected brain p13/25 OBJECTIF DU MODULE : The evolution of the human brain has given us an unprecedented ability to change our own environment. We have deeply modified our natural ecosystems, concentrated our expanding populations in large scale habitats, constructed planet- scaled institutions. These environmental changes feed back on our human brains in unpredictable ways: are we going to survive to the very environment we have created? Understanding the basics of human cognition in its interaction with its environment is therefore essential to predict and control this feedback loop. The brain and the machine : Visuo- motor interfaces: attention/action, artificial vision, interactions with humanoid robots, machine learning, engineering intelligent vehicles; Language interfaces: Natural Language Processing, Speech Recognition, machine learning, semantic & knowledge engineering Others brains : rationality and biases in decision and judgment; evolutionary bases of decision and judgment ; neural bases of decision and judgment ; decision engineering ; public policy, behavioral economics, rationality and biases ; decision theory, reason & emotion in decision- making, dual systems, biases & evolutionary psychology Philosophical & societal issues D. Andler, N. Baumard, A. Bordes, G. Coricelli, S. Cossara, M. Cozic, E. Dupoux, A. de la Fortelle, B. Hill, M. Khamassi, J. Lorenceau, P. Mamassian, P. Mongin, A. Tsoukias, V. Wyart Responsables de la thématique : Jacques Fattaccioli & Fanny d Orlyé Module 1 : Micro- fluidique OBJECTIF DU MODULE : Sensibiliser les étudiants aux besoins d innovation en microfluidique pour relever les défis économiques, sociétaux et écologiques actuels et leur apporter les connaissances et savoir- faire nécessaires à cette innovation. Ecoulements - Gouttes - Mélanges - Fluides Complexes Mouillage - Traitements de surface Micro et Nano fabrication Instrumentation et Interfaçage Formulation Synthèse chimique et/ou biochimique Diagnostic médical et environnemental Biologie cellulaire et moléculaire

15 F. Brochard- Wyart, Y. Chen, M. Dahan, S. Descroix, C. Girard, A. Griffiths, MC. Jullien, L. Malaquin, F. Monti, F. d Orlyé, M. Piel, D. Quéré, P. Tabeling p14/25 Module 2 : OBJECTIF DU MODULE : Sensibiliser les étudiants aux différents procédés et savoir- faire nécessaires à la conception d un dispositif microfluidique. Microfabrication Traitement de surface / capilarité / mouillage Hydrodynamique : écoulements laminaires, mélanges chaotiques Génération de gouttes / emulsions Conception d un dispositif microfluidique répondant à une problématique transverse J. Fattaccioli, MC. Jullien, F. Monti, L. Malaquin Responsables de la thématique : Sébastien Bize & Nicolas Bergeal Module 1 : Ingénierie quantique OBJECTIF DU MODULE : En mettant en avant les dispositifs quantiques existants et ceux du futur, montrer l omniprésence de la physique quantique dans la «vie courante» ainsi que dans l électronique du futur. Bases théoriques : Donner les bases fondamentales en physique quantique et en physique des solides nécessaires à la compréhension des dispositifs quantiques traités dans les deux modules. Etude de dispositifs réels : Etudier le fonctionnement des dispositifs quantiques électroniques et opto- électroniques. Pratique - Elaboration/observation : Permettre une première expérience en élaboration des dispositifs quantiques par un travail en salle blanche, et/ou une visualisation à l aide de moyens modernes de microscopie. N. Bergeal, C. Brun, Y. Chassagneux, M. Rosticher Module 2 : OBJECTIF DU MODULE : Présenter les enjeux actuels dans le domaine de l ingénierie quantique.

16 Traiter plus en profondeur quelques exemples- clés de dispositifs quantiques tels qu horloge atomique, circuits quantiques à Q- bits pour l information quantique, nano- résonateurs quantiques etc. Montrer les perspectives (pour la recherche et les applications) à travers une série de séminaires thématiques (sujets voir 2) présentés par les meilleurs spécialistes mondiaux et commentés par les enseignants du module. Pratique : modélisation et simulation de circuits quantiques (MatLab). p15/25 S. Bize, N. Dimarcq, J. Estève, P. Goldner, J. Lodewyck, M. Mirrahimi, F. Pereira, P. Rouchon Responsable de la thématique : Benoît Mosser Ingénierie spatiale et terrestre Bibliographie : ü La théorie du système général. Théorie de la modélisation. Jean- Louis Le Moigne. ü Systèmes et modèles. Introduction critique à l'analyse des modèles. Bernard Walliser. Module 1 : Nanosatellites étudiants OBJECTIF DU MODULE : Le module propose aux étudiants de participer au développement de nanosatellites étudiants, dans le cadre du Campus Spatial CERES (Centre Etudiant pour la Recherche et l Exploration Spatiale). Les nanosatellites étudiants obéissent à des objectifs scientifiques ou de démonstrations technologiques. Ils préfigurent l accès à l Espace de demain, avec une miniaturisation poussée à l extrême issue de solutions innovantes. Le travail des étudiants de l ITI s inscrira dans les projets en cours, en phase de conception, de définition ou de réalisation. Ils seront formés aux outils et méthodes de l ingénierie spatiale : approche système, gestion de projet. Introduction aux concepts d ingénierie système, analyse fonctionnelle, ingénierie concourante, projets spatiaux. Projets nanosatellites en cours : localisation de débris spatiaux ; plasmas spatiaux ; cubesat interplanétaire ; observation de la Terre. Benoît Mosser, Alain Sémery, Didier Tiphène, Chefs de projets nanosatellite Module 2 : Observation de la Terre

17 p16/25 OBJECTIF DU MODULE : Le module sensibilisera les étudiants à l utilisation des observations indirectes à grande échelle dans la caractérisation des phénomènes physiques liés à la présence de l eau dans les premières couches de la terre. Il introduira les bases nécessaires à la sélection de la charge utile scientifique d un projet de nanosatellite d observation de la terre, devant contribuer à identifier de nouvelles stratégies d adaptation face au défi de l évolution climatique, particulièrement autour des enjeux sur l eau, l usage du sol et sur l énergie. Introduction au cycle de l eau, aux circulations dans les formations de surface et profondes et aux observables, en télédétection, teneur en eau, inclinométrie, gravimétrie, sismologie, GPS et hydro- géodésie. Dimensionnement / pré- définition d'instruments pour l observation de la Terre : ordres de grandeur des fluctuations de ce que l on doit pouvoir observer. Applications géophysiques : étude de la surface, des sous- sols, des déformations Patrick Goblet, Pierre Briole Responsables de la thématique : François Lequeux & Matthieu Mazière Matériaux avancés : les défis actuels Bibliographie : ü ASHBY, M.F. and JONES, D.R.H. Engineering Materials 1, Second Edition. Butterworth Heineman, Oxford, ü ASHBY, M.F. and JONES, D.R.H. Engineering Materials 2, Second Edition. Butterworth Heineman, Oxford, Module 1 : Différences et points communs entre les classes de matériaux une approche interdisciplinaire OBJECTIF DU MODULE : Donner des connaissances de bases en sciences des matériaux et ingénierie des matéiraux, et en focalisant sur les approches multi- disciplinaires et multiéchelles. Concepts de bases et similarités d approche pour quelques grandes classes de matériaux. La ligne directrice de ce cours est d apprendre comment acquérir les reflexes de bases sur les échelles (d espace et de temps et d énergie) pour la compréhension de divers propriétés de matériaux (mécaniques, optiques, thermiques, électrique, électronique, magnétique, chimique) Module 2 : Développement actuels et futures en sciences et ingénierie des matériaux OBJECTIF DU MODULE : explorer les défis actuels en sciences et ingénierie des matériaux, de la fabrication des objets au cycle de vie des matériaux.

18 Elaboration avancées de matériaux. Ce cours sera centré autour de quelques questions actuelles sur l élaboration et la caractérisation des matériaux. Chaque session sera dévolue à un aspect particulier du procédé d élaboration, qui pourra être appliqué en fait à la plupart des autres matériaux : mis en œuvre, durée de vie, vieillissement, caractérisation, et initiation à la simulation numérique. Défis actuels : ce cours est dévolu aux frontières actuelles de la science des matériaux à la fois aux portes du monde académique et industriel (bio- matériaux, cycle de vie des matériaux sous forte interaction environnementale - corrosion, lixiviation, modélisation numérique multi échelle, matériaux du futur). M. Bernacky, E. Bouchaud, A. Boutin, M. Cloître, A. Lemaitre, P. Marcus, M. Mazière, p17/25 Responsables de la thématique : Laurent D. Cohen Informatique, mathématiques, signal et imagerie Bibliographie pour le module 1: ü A Wavelet Tour of Signal Processing, S. Mallat, 3rd edition, Academic Press, 2008, tour.com. Polycopié de bases du traitement du signal: ü G. Peyré, A Numerical Tour of Signal Processing, online resource, tours.com ü Computer Vision: Algorithms and Applications, R. Szeliski, Springer, ü Nonlocal Active Contours, M. Jung, G. Peyré, and L. D. Cohen, SIAM J. Imaging Sci., 5(3), ü An overview of morphological segmentation, F. Meyer, Int. J. Patt. Recogn. Artif. Intell., 15, , (2001) (http://cmm.ensmp.fr/~meyer/public/an_overview_of_morphological_segmentation.p df) ü Nonlinear scale- space representation with morphological levelling, F. Meyer, P. Maragos Journal of Visual Communication and Image Representation 11 (2), , (2000) (http://cvsp.cs.ece.ntua.gr/publications/jpubl+bchap/meyermaragos_nonlinscalespace Levelings_JVCIR2000.pdf) ü Multiple View Geometry in Computer Vision, Second Edition, R. Hartley and A. Zisserman, Cambridge University Press, March Bibliographie pour le module 2: ü Mathematical and Statistical Methods for Multistatic Imaging. H. Ammari, J. Garnier, W. Jing, H. Kang, M. Lim, K. Solna, and H. Wang, Lecture Notes in Mathematics, Volume 2098, Springer- Verlag, Berlin, ü Geodesic Methods in Computer Vision and Graphics, G. Peyré, M. Péchaud, R. Keriven, and L. D. Cohen, Foundations and Trends in Computer Graphics and Vision, pp , ü D.A. Forsyth and J. Ponce, Computer Vision: A Modern Approach, Prentice- Hall, 2003.

19 p18/25 ü J. Ponce, M. Hebert, C. Schmid, and A. Zisserman, Toward category- level object recognition, Springer LNCS, ü J. Mairal, F. Bach, J. Ponce, and G. Sapiro. Online dictionary learning for sparse coding. In Proceedings of the International Conference on Machine Learning (ICML), Module 1 : Traitement d image accessible aux non- spécialistes OBJECTIF DU MODULE : Ce module propose une introduction générale au traitement d images, vu sous différents points de vue: l image comme signal et les problèmes de débruitage et compression ; la segmentation d image, les modèles déformables et méthodes variationnelles ; La morphologie mathématique ; la Stéréovision et reconstruction 3D. Introduction au traitement du signal et de l image : présentation du traitement du signal digital en lien avec les outils d'analyse harmonique, de probabilité et de statistique sur lequel il repose. On verra des applications et algorithmes pour le traitement des sons et de l'image. Les sujets suivants seront couverts : Intégrale de Fourier et transformée de Fourier discrète ; Filtrage et théorème d'échantillonnage ; Analyse temps- fréquence et traitement des sons ; Modélisation par processus stationnaires et débruitage par filtrage de Wiener ; Approximations non- linéaires et parcimonieuses par ondelettes pour le débruitage ; Théorie de l'information, entropie et codage ; Compression de sons et d'images dans des bases orthonormales. Des séances de TP seront proposées afin de manipuler les notions introduites. Segmentation d images : introduction à la segmentation d images. Après quelques notions de base, nous présenterons différentes formulations par minimisation d une fonctionnelle d énergie. Nous étudierons aussi bien la segmentation d un objet par les méthodes de contours actifs et modèles déformables que la segmentation complète d une image en régions par méthodes variationnelles. Segmentation par morphologie mathématique : fondements théoriques et aspects algorithmiques de la segmentation morphologique : Topographie d un relief, minima et maxima régionaux, ligne de partage des eaux. Simplification d images grâce aux nivellements, opérateurs qui préservent les contours. Segmentation interactive, régularisée par des marqueurs. Segmentation hiérarchique ou multi- échelle. Stéréovision et reconstruction 3D L. Cohen, S. Mallat, B. Marcotegui, F. Meyer, P. Monasse, G. Peyré Module 2 : Méthodes mathématiques pour la bio- imagerie. Méthodes parcimonieuses pour apprentissage, vision artificielle OBJECTIF DU MODULE : Ce module présente des avancées récentes dans les domaines suivants : problèmes inverses et Imagerie biomédicale; Méthodes géodésiques pour la segmentation de structures tubulaires en imagerie biomédicale ; Méthodes parcimonieuses et dictionnaires pour l analyse d'images ; Apprentissage statistique et reconnaissance visuelle.

20 Problèmes inverses et Imagerie biomédicale Méthodes géodésiques pour la segmentation de structures tubulaires en imagerie biomédicale Méthodes parcimonieuses pour l'apprentissage, l analyse d'images et la vision artificielle Apprentissage statistique et reconnaissance visuelle H. Ammari, F. Bach, L. Cohen, Z. Harchaoui, I. Laptev, J. Mairal, J. Ponce, C. Schmid, J. Sivic. Responsable de la thématique : Assaad Zoughaib Energie p19/25 Bibliographie : ü Introduction to Global Energy Issues, Renaud Gicquel, Mines ParisTech, Paris, France; May Gicquel, Ministry of Economy and Finance, Paris, France ; CRC press Hardback - Published Aug 6, 2013 ü Linnhoff, B., et al., A user s guide on process integration for the efficient use of energy. Inst. Chel. Engineers, pp , ü DOE/EPRI 2013 Electricity Storage Handbook in Collaboration with NRECA ü Lallemand. A., ENERGIE, EXERGIE, ÉCONOMIE THERMO- ÉCONOMIE. Journées internationales de Thermique, Albi, août ü A. Zoughaib et al., Chemins énergétiques pour la récupération d énergies (CERES), in proceedings of SFT conference 2014 Module 1 : Problématique énergétique mondiale Réponses technologiques OBJECTIF DU MODULE : Ce module vise à apporter aux étudiants la compréhension des facteurs déterminants dans le paysage énergétique et les méthodologies permettant d analyser un système énergétique à différentes échelles. Un accent sera mis sur le rôle du changement technologique dans la problématique énergétique mondiale. Etude de scénarios énergétiques macroscopiques: données globales énergétiques, principales sources d énergies et études prospectives sur les besoins énergétiques ; histoire des innovations majeures dans l énergétique ; technologies pour l efficacité énergétique. Voies méthodologiques pour améliorer l efficacité énergétique dans les systèmes énergétiques industriels ou urbains méthodologies d intégration thermique, d analyse exergétique ; Andréa Michiorri, Renaud Gicquel, Assaad Zoughaib, Matthieu Bancelin

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