Grenoble : les projets d avenir en Recherche et Formation UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES

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1 Grenoble : les projets d avenir en Recherche et Formation UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES

2 CHIFFRES 20 Laboratoires d excellence Les laboratoires d excellence (Labex) sont l un des volets du programme «Investissements d avenir» lancé par l État en 2011 et Ils ont pour objectif de renforcer la visibilité internationale de la recherche française. Ils disposent de financements, notamment pour le recrutement ou le maintien en France de scientifiques de très haut niveau ou à fort potentiel, pour l amélioration et le fonctionnement des équipements leur permettant de renforcer leur excellence scientifique et leur positionnement à l international, ou pour la mise en place de projets pédagogiques innovants. 37 ERC Actuellement, il y a à Grenoble 37 bénéficiaires de bourses de l European Research Council (ERC). La politique de l UJF est de soutenir et d accompagner les chercheurs qui souhaitent déposer des projets. Les bourses de l ERC, exceptionnelles et très sélectives, sont attribuées chaque année à des chercheurs très brillants capables de mener des projets à haut risque qui ouvrent de nouvelles voies dans leur spécialité scientifique. Le montant des bourses peut atteindre jusqu à 2,5 millions d euros sur cinq ans. Il s agit avant tout de soutenir des projets novateurs et atypiques notamment dans leur ambition des résultats scientifiques escomptés, mais aussi dans l originalité des approches proposées.

3 19 Équipements d excellence Le programme «Investissements d avenir» finance des équipements d excellence (Équipex) afin de doter la France d équipements scientifiques de qualité, conformes aux standards internationaux, qui pourront bénéficier à l ensemble des domaines de recherche. Ces équipements sont devenus une condition impérative de compétitivité au niveau international dans beaucoup de disciplines scientifiques Étudiants à l UJF A l UJF, 52 % des étudiants sont inscrits en sciences et technologies, 30 % en formation de santé, 11% en sciences et techniques des activités physiques et sportives, 4% en sciences humaines et sociales et 3 % dans des diplômes d accès aux études universitaires (DAEU), dans des diplômes universitaires (DU) ou dans des programmes d échanges internationaux. 50 Laboratoires, 2500 Chercheurs et enseignants-chercheurs 3850 Doctorants Ils se répartissent dans les quatre grands pôles scientifiques de l UJF : l Chimie, sciences du vivant et de la santé, bioingénierie l Mathématiques, sciences et technologie de l information et de la communication l Sciences de la matière et ingénierie, Univers et environnement l Sciences humaines et sociales CHIFFRES 3

4 Sommaire Chimie et sciences du vivant... ARCANE... GRAL... Sciences et technologies du numérique... AMIES... MINOS Lab... PERSYVAL-lab... CAMI... Trois questions à Christian Jutten, ERC Trois questions à Gérard Besson, ERC Trois questions à David Monniaux, ERC Nanosciences, matériaux innovants et ingénierie éco-responsable... LANEF... TEC SERENADE Trois questions à Jean-Louis Barrat, ERC Sciences de la Terre et de l Univers... OSUG@ FOCUS... ENIGMASS... Trois questions à Michel Campillo, ERC Trois questions à Guillaume Dubus, ERC Innovation au service du territoire et de l environnement... ITEM... Les formations d excellence labellisées IDEFI : l ÉNEPS, AVOSTTI et FINMINA... p.8 p.9 p.9 p.12 p.13 p.13 p.14 p.14 p.16 p.17 p.18 p19 p.20 p.20 p.21 p.23 p.24 p.25 p.25 p.26 p.27 p.28 p.29 p.30 p.34-36

5 Des projets d avenir qui dessinent l Université Grenoble Alpes Pour ce premier volume sur les projets d avenir en recherche et formation de l Université Joseph Fourier, l équipe politique a souhaité aller plus loin qu un simple bilan annuel de réalisation. Nous avons voulu donner de la perspective à nos activités de recherche et de formation et les placer dans le contexte de ce qui sera notre futur, l Université Grenoble Alpes. Ce volume a aussi un objectif pédagogique, celui de pouvoir expliquer le plus simplement possible les innovations que nous nous employons tous au quotidien à valoriser. De l infection par Toxoplasma gondii, à la spectroscopie d absorption X, en passant par la structure des espaces in nis, nul doute que désormais ces différents objets de recherche scienti que n auront plus de secret pour vous et moi. Ce volume met également en avant six brillants chercheurs de nos laboratoires, lauréats de l European Research Council. Ceci témoigne de l excellente vitalité de notre recherche qu il nous faut mettre à pro t pour faire de l Université Grenoble Alpes une université encore plus visible au niveau mondial. Notre site a en effet tous les atouts nécessaires pour rivaliser avec les meilleures universités mondiales. En n, l innovation pédagogique est notre priorité, pour permettre en particulier égalité d accès à l université et réussite pour tous, tout en visant l excellence et la visibilité à l international. Nous pouvons et devons être ers collectivement des réalisations de notre université et envisager sereinement l évolution du site. Patrick Lévy, Président de l Université Joseph Fourier 5

6 Renforcer l interdisciplinarité pour stimuler l innovation Yassine Lakhnech, vice-président recherche et innovation de l Université Joseph Fourier, explique quelle est la stratégie du site pour développer la recherche et l inscrire durablement dans un parcours d excellence. Quels sont aujourd hui les points forts de l Université Joseph Fourier en recherche? RECHERCHE Yassine Lakhnech : Nous pouvons nous féliciter d avoir, avec nos partenaires, des laboratoires dynamiques, engagés, attractifs et visibles à l international. Nous avons aussi la chance de bénéficier d un environnement scientifique exceptionnel où cohabitent les grands instruments de recherche internationaux (ILL, ESRF, EMBL), les organismes de recherche nationaux (CNRS, CEA, INRIA, INSERM ) ainsi que des universités et des écoles d ingénieurs (UJF, Grenoble INP, UPMF, Stendhal, Savoie, IEP) qui ont su tisser des liens forts avec les entreprises et les collectivités. Notre tradition d innovation s appuie sur une filiale de valorisation, Floralis, et s illustre par la création d une quarantaine de startups ayant généré plus de trois cents emplois. L arrivée de la SATT GIFT (Grenoble Innovation Fast Track) est une chance et l UJF compte s y impliquer pleinement. La recherche de l UJF est indissociable de la recherche du site avec tous ses acteurs. Quelle est la stratégie de l UJF pour aller vers toujours plus d excellence? Y. L. Dans ce contexte très riche et favorable au développement scientifique et à l innovation, nous travaillons étroitement avec nos partenaires pour monter des opérations structurantes cohérentes. Celles-ci s articulent autour d actions visant à soutenir l émergence de l excellence : Opération campus, Institut Carnot, contrats de plan État Région, programmes d investissements d avenir, structuration de la recherche de l Université Grenoble Alpes La recherche à l UJF se développe autour de cinq axes forts : la chimie et les sciences du vivant, les biotechnologies et la nanobiologie ; les mathématiques et les sciences et technologies du numérique ; les nanosciences, matériaux avancés et l éco-conception ; la Terre, l Univers et l environnement et enfin les Sciences du territoire et la géographie. 66

7 Comment assurez-vous la mise en œuvre de cette stratégie? Y. L. D une part, nous appliquons une politique d emploi et procédons à des appels d offre conduits avec nos partenaires (AGIR, PEPS-Inter-pôles ). D autre part, notre décision de structurer la recherche en pôles pluridisciplinaires favorise le pilotage par l établissement d une politique scientifique ambitieuse, partagée, ouverte sur les enjeux de société et inscrite dans une dimension européenne et internationale. Les axes stratégiques d Horizon 2020, le programme de financement de la recherche et de l innovation de l Union européenne, comme la stratégie nationale de recherche à laquelle les alliances ont largement contribué nous confortent dans ces choix. Nous voulons renforcer l interdisciplinarité pour relever les nouveaux défis scientifiques liés à l évolution des besoins de la société en développant des concepts, des méthodologies et des solutions innovantes. Quand nous nous penchons sur les enjeux sociétaux de notre siècle, nous comprenons qu il est aujourd hui primordial de développer des axes croisant par exemple la santé avec les sciences du numérique, l ingénierie et les sciences sociales. La future Université Grenoble Alpes sera aussi un moyen de développer l interdisciplinarité Y. L. En effet, cela constituera l un de ses points forts. La structuration de la recherche en pôles nous a permis d accéder à un premier niveau d interdisciplinarité. Grâce à l Université Grenoble Alpes, nous atteindrons un deuxième niveau «inter-pôles». L Université Grenoble Alpes sera l occasion pour la recherche de repousser les limites de l interdisciplinarité sur un site d importance internationale, aux atouts avérés. Cette interdisciplinarité deviendra le quotidien des chercheurs qui le souhaitent et ne sera plus le simple résultat d une opportunité. Les Labex auront-ils un rôle particulier à jouer pour l avenir? Y. L. L UJF est associée à vingt Labex. Ces projets ont été expertisés et labellisés dans le cadre du programme des investissements d avenir selon les standards d excellence internationaux. Les innovations qu ils développent s inscrivent au plus près des besoins actuels de notre société que ce soit dans les domaines de l énergie, de l environnement, de la santé, de la mondialisation ou de la société numérique. Ces opérations structurantes contribuent fortement au développement de l excellence du site et renforcent sa visibilité et son attractivité sur la scène internationale. Notre implication dans ces vingt Labex nous permet d envisager encore plus sereinement le développement de l interdisciplinarité qui est au cœur de notre stratégie. Les Labex sont donc un atout supplémentaire pour la réussite scientifique du site, son développement au plus haut niveau et sa capacité à relever les défis que nous réserve l avenir. 77

8 CHIMIE ET SCIENCES DU VIVANT Imaginer de nouvelles générations de médicaments, concevoir des vaccins innovants, développer une chimie verte ou fabriquer des biocarburants Dans le domaine de la chimie et des sciences du vivant, Grenoble compte cinq laboratoires d excellence. Chacun à sa manière œuvre pour faire avancer la recherche. Que ce soit en construisant des réseaux de laboratoires qui facilitent les collaborations entre chercheurs ou en développant des appareils innovants en imagerie médicale ou en radiologie, ces Labex représentent un grand espoir pour l avenir. 8

9 ARCANE : une chimie bio-inspirée et bio-ciblée Concevoir de nouveaux vaccins synthétiques innovants, de nouveaux systèmes de diagnostic, de nouveaux catalyseurs. Aujourd hui, la chimie doit relever deux défis majeurs : envisager l avenir sans combustible fossile et intégrer les connaissances actuelles de la biologie moléculaire pour concevoir de nouveaux systèmes bio-inspirés plus efficaces. Les applications potentielles couvrent l'activation des petites molécules (capture et valorisation du CO 2, production catalytique d Hydrogène pour une application en piles à combustible par exemple), jusqu'au domaine de la santé (développement de nouveaux médicaments, de nouveaux vaccins ou de nouveaux outils de diagnostic). S inspirer du vivant La chimie «bio-motivée» s inspire du fonctionnement des organismes vivants ou utilise des molécules biologiques pour concevoir des systèmes moléculaires et développer de nouvelles applications dans les domaines thérapeutiques, environnementaux ou énergétiques. Par exemple, les chercheurs copient la photosynthèse pour élaborer de nouvelles solutions de production de vecteur énergétique servant de support à la transmission d'énergie. Cibler le vivant A partir d une approche multidisciplinaire, la chimie «bio-motivée» d ARCANE vise à mettre au point des dispositifs miniaturisés de reconnaissance pour sonder et rendre intelligibles des systèmes biologiques ou créer des nano objets bio-inspirés pour des applications dans divers domaines comme l imagerie moléculaire ciblée, la thérapie moléculaire ou les vaccins synthétiques. GRAL : plongée dans l univers cellulaire Les biologistes de GRAL sont experts dans l étude physique et atomique des protéines. Le moment est venu pour eux d explorer leurs actions à l intérieur de la cellule, la plus petite entité vivante de notre organisme : c est la quête du Labex. Voir à l échelle de la cellule Les chercheurs s intéressent à deux sujets très différents qui se rejoignent pourtant dans le développement technique et technologique nécessaire à leur étude : les interactions virus/bactéries et les chloroplastes qui sont à l origine de toute source d énergie et qui donnent leur couleur verte aux plantes. Alors qu on est capable d observer à résolution atomique des molécules biologiques, il manque actuellement aux scientifiques la technologie pour élargir cette vue à la dynamique de la cellule elle-même. Comme si un chercheur avait les outils pour étudier un individu isolé, mais qu il n avait aucune possibilité de le connaître dans ses déplacements dans Échelles Atomique Nanométrique Micrométrique Structure atomique d une protéine adénovirale la ville ni dans ses interactions avec ses amis, ses collègues, ses voisins, chaque jour de la semaine. Des avancées pour la santé et les biotechnologies vertes Comme l être humain, une cellule naît, vieillit, meurt. Des bactéries entrent en interaction avec elle. L enjeu de GRAL est de voir dans les détails ce qui se passe à ce niveau intermédiaire et extrêmement complexe. Une meilleure connaissance des mécanismes cellulaires conduira à l élaboration de nouveaux traitements et une bonne compréhension du fonctionnement des chloroplastes facilitera la fabrication de bio-carburant. Ce projet de recherche pure va donc entraîner le développement de nouvelles techniques et de machines qui seront valorisées par des brevets et par la création d entreprises. Grâce à une équipe dédiée, le Labex a opté pour une stratégie de valorisation ambitieuse visant la création d au moins cinq start-ups, le renforcement des liens avec l industrie et 50% de licences en plus. Moyens Cristallographie Microscopie électronique Microscopie photonique Imagerie Sur une idée de Pascal Fender UVHI Remerciement : plateforme optimale de l IAB Micrographie d adénovirus purifiés Cellule humaine infectée par des adénovirus (en jaune et vert) Biodistribution des adénovirus dans une souris infectée (gradient couleur du rouge vers le bleu) 9CHIMIE ET SCIENCES DU VIVANT

10 ParaFrap : un réseau contre les infections parasitaires Le Labex a pour objectif la création d une alliance nationale capable de coordonner sur le long terme les activités cliniques et la recherche sur les infections parasitaires. La France se distingue par une longue tradition de recherche académique en parasitologie et compte plusieurs découvertes majeures dans ce domaine, mais il n existait pas jusqu à présent de politique commune aux laboratoires travaillant sur les maladies parasitaires : paludisme, maladie du sommeil, toxoplasmose ParaFrap remédie à cette situation. Au-delà de ce réseau national, le Labex encourage les collaborations avec les laboratoires des régions fortement endémiques en Afrique, en Amérique latine et en Inde afin de favoriser les études sur le terrain. Une cellule humaine parasitée par le pathogène humain Toxoplasma gondii. PRIMES : des techniques de pointe pour lutter contre le cancer et les maladies dégénératives PRIMES élabore de nouvelles méthodes pour l exploration, le diagnostic et la thérapie des cancers et des pathologies du vieillissement. Pas moins de seize laboratoires contribuent au sein de ce Labex au développement de concepts et d appareils innovants en imagerie médicale et traitement de l image, en radiobiologie et en radiothérapie. CHIMIE ET SCIENCES DU VIVANT A Grenoble, les chercheurs utilisent la source européenne de rayonnement synchrotron pour développer de nouvelles méthodes. Ils travaillent par exemple sur le thème de l imagerie par microfluorescence X qui sert à l analyse des métaux traces dans le cerveau et à l étude de leur lien avec les maladies dégénératives. Une autre équipe se consacre à un projet de détecteur pour la sûreté en radiothérapie en utilisant la technique de la modulation de l intensité (IMRT) qui permet de délivrer plus précisément la dose prescrite à la tumeur tout en limitant l exposition des tissus sains. 10

11 ICST : vers une nouvelle génération de médicaments Pour développer d autres médicaments contre la douleur, l épilepsie, le cancer, la mucoviscidose ou certaines maladies du rein, le Labex ICST s intéresse au processus de propagation des ions dans la membrane des cellules. Ce réseau national qui compte cinq unités de recherche dont deux laboratoires grenoblois espère ainsi valider de nouvelles cibles thérapeutiques. Le volet formation du Labex comporte un enseignement de niveau master international et un programme de doctorat international destinés à former des jeunes scientifiques à la recherche sur les canaux ioniques, un domaine encore mal couvert. Équipex ThomX : un accélérateur adapté à la santé Les objectifs du projet ThomX est de générer un rayon de faisceau X parfaitement pur, calibré, dans la gamme d énergie KeV, entièrement modélisable pour contrôler son impact avec la matière. Aujourd hui, cela est possible en utilisant un synchrotron comme l ESRF, mais avec ses 844 mètres de circonférence, cette machine n est pas adaptée à tous les usages, notamment en santé. La vocation de ThomX est de développer des machines compactes qui puissent être placées chez les utilisateurs : hôpitaux, musées ou instituts de recherche. L UJF est impliquée dans une application médicale de ces rayons X monochromatiques, notamment en imagerie et radiothérapie. C est cette utilisation que l équipe Rayonnement synchrotron et recherche médicale du Grenoble Institut des neurosciences (GIN) doit tester. Livraison prévue en CHIMIE ET SCIENCES DU VIVANT 11

12 LES PROJETS D AVENIR DE L UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE Grenoble est très investie dans cinq laboratoires d excellence qui mènent des recherches et conduisent des projets dans le domaine des sciences et technologies du numérique. Leurs missions sont variées et très ambitieuses : améliorer les performances de la microélectronique, construire des systèmes physico-numériques, promouvoir les mathématiques et les mathématiciens auprès des étudiants et des entreprises, renforcer la formation des chirurgiens face aux nouvelles technologies des gestes médicalement assistés par ordinateur ou encore concevoir des logiciels pour permettre de grandes ava n cé e s e n ce q u i co n ce r n e l e s thérapies ciblées. 12

13 AMIES : les mathématiques dans leurs usages A l origine de la conception d un produit intelligent, il y a des algorithmes. Derrière la gestion d une forêt, il existe des modèles. Informatique, biologie, environnement, énergie Dans tous ces domaines se cachent des problèmes de modélisation. Alors que les mathématiques sont partout, dans l esprit des gens cette science n est pas un outil opérationnel du quotidien. AMIES s est donné pour mission de changer l image des mathématiques notamment auprès des entreprises en encourageant leurs interactions avec les chercheurs et les étudiants. la possibilité de rencontrer leurs futurs recruteurs. Ces initiatives mettent aussi en évidence la rigueur méthodologique et scientifique à l origine de toute démarche mathématique et la culture pluridisciplinaire de cette science qui reste plus que jamais à la croisée de tous les chemins. Des correspondants régionaux Ce réseau national regroupe tous les laboratoires de mathématiques et interagit avec les initiatives équivalentes à l étranger, les agences de financement nationales et les collectivités locales. Il s appuie sur des correspondants régionaux qui servent de relais dans les universités et qui facilitent la prise de contact entre chercheurs et industriels. Certaines sociétés ont besoin des mathématiques pour développer un produit, mais elles n identifient pas ce besoin. Le Labex fait connaître aux entreprises et aux structures de médiation régionales (pôles de compétitivité, Chambres de commerce...) quelles sont les ressources disponibles dans les laboratoires de mathématiques. En améliorant ainsi leur visibilité en France, il permettra dans le futur de multiplier les collaborations industrielles. Forum Emploi Maths AMIES finance aussi des projets exploratoires entre laboratoires et industriels et provoque des rencontres entre mathématiciens, étudiants et entreprises à l instar de semaines de modélisation pour sensibiliser les étudiants et les enseignants à l emploi en entreprise. Depuis deux ans, il co-organise avec deux sociétés savantes (SMAI et SFdS) un Forum Emploi Mathématiques qui montre la diversité des débouchés en maths et offre aux étudiants MINOS Lab : toujours plus de compétitivité pour la micronanoélectronique Depuis trente ans, Grenoble est une place forte de la microélectronique mondiale. Cette excellence repose sur les laboratoires académiques de recherche appliquée qui préparent le futur, sur la R&D pré-industrielle chargée du développement des concepts et enfin, sur diverses entreprises pour assurer la production et la commercialisation des outils développés. Cryptanalyse, correction d'erreurs de positionnement GPS, optimisation de forme en aéronautique : des exemples de mathématiques à l'œuvre sur des applications à forts enjeux technologiques. Dassault Aviation, DGA, Helileo, École Polytechnique, Université Joseph Fourier et Université de Toulouse Miniaturisation et performance Le but de MINOS Lab est de renforcer chacun de ces différents échelons. Le programme de recherche du Labex s organise autour de trois thématiques stratégiques : la diminution de la taille des transistors de type FD SOI de 22 à au moins 11 nm, l intégration dans ces transistors de nouveaux matériaux et le développement des nouvelles technologies de mémoire embarquée. La miniaturisation des dispositifs électroniques qui se trouvent dans tous les équipements multimédias (téléphones, appareils photos, consoles de jeu ) va permettre d améliorer leurs performances. Ces nouvelles technologies devraient également entraîner de véritables ruptures dans les domaines de l imagerie et du diagnostic médical. Au plus près de l industrie Les chercheurs de Minos Lab travaillent sur les mêmes équipements que les industriels, d où une recherche en amont de haut niveau fortement connectée aux applications industrielles. Ce projet de nanoélectronique va faciliter le transfert de savoir-faire et des innovations vers les grands groupes français comme ST Microelectronics tout en stimulant les activités de R&D chez les fabricants d équipements. Il s agit d un enjeu de taille notamment pour le bassin grenoblois où la nanoélectronique représente emplois. SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE 13

14 PERSYVAL-lab : la convergence des mondes physique et numérique Le transfert d'une simulation biomécanique de référence (à gauche) produisant le gonflement d'un muscle, vers un nouveau personnage (à droite). IMAGINE (INRIA /LJK-CNRS) SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE 14 La science du logiciel est au cœur des systèmes physiconumériques que bâtit le Labex. Maîtriser la conception et le contrôle de nouveaux systèmes informatiques combinant des dispositifs «intelligents» interconnectés et des objets virtuels interactifs au service de l Homme, c est tout l enjeu de PERSYVALlab. Le Labex fédère dix laboratoires grenoblois couvrant un large spectre des sciences du numérique : l informatique, le traitement du signal, l architecture des machines, l automatique et les mathématiques. Défis scientifiques PERSYVAL-lab fait face à quatre défis pour construire une nouvelle génération de systèmes physico-numériques : concevoir l infrastructure «de base» (architectures matérielles, réseaux de capteurs, logiciels embarqués...), CAMI : repousser les limites de la chirurgie Pionniers en gestes médico-chirurgicaux assistés par ordinateur (GMCAO), technique qu ils développent depuis vingt-cinq ans, les chercheurs grenoblois passent à la vitesse supérieure avec le Labex CAMI qui fédère à l échelle nationale six unités mixtes de recherche d universités, du CNRS et de l INSERM Brest, Grenoble, Montpellier, Paris, Rennes et Strasbourg. L objectif de la fédération : coopérer avec les cliniciens et les industriels pour proposer des innovations médicalement utiles, économiquement viables et largement diffusables. Insérer une vis dans une vertèbre ECCAMI/ P. Avavian Comment utiliser l imagerie médicale en guidage pour repousser les limites de la chirurgie? C est pour répondre à cette question que s est constituée l équipe GMCAO en 1984 avec l idée d associer les sciences, la médecine et l industrie. Des centaines de milliers de patients ont déjà profité de ces traitements. Et si les premières applications étaient spécifiques, - insérer une vis dans une vertèbre en suivant le bon axe ou obtenir l alignement parfait pour une prothèse du genou -, elles se sont ensuite généralisées. La neurochirurgie, l urologie, la radiothérapie, la radiologie interventionnelle et bien d autres spécialités utilisent aujourd hui les GMCAO. Ancrage industriel Le Labex a défini cinq orientations de recherche qui permettront aux chirurgiens d être mieux formés, de voir au-delà du visible, d être assistés dans la prise de décisions vitales, d accéder à une dextérité augmentée et de démontrer le service médical rendu. Outre le développement de nouvelles «fouiller» les flux de données échangées pour extraire l information pertinente, trouver une nouvelle approche de la réalité augmentée pour des interactions virtuel-réel plus riches et plus faciles à déployer et enfin développer la modélisation et la simulation en utilisant les techniques les plus avancées d optimisation et de calcul. Les applications visent des grands enjeux sociétaux, comme l habitat intelligent, la gestion de l énergie et la médecine. Quand réel et virtuel se rejoignent La convergence physique/numérique consiste par exemple à plonger l humain dans un environnement virtuel qui enrichit le réel, lui permettant de percevoir des situations et d agir à distance sur de vrais objets. Pour cela, il faut équiper les objets physiques de capteurs, créer des objets virtuels et les doter d actionneurs en prise sur le monde réel, rendre possible la diffusion de flux d informations entre ces objets physico-numériques et faciliter leur interaction avec des humains et leur contrôle. Avec ce système, un chirurgien peut opérer un malade intransportable à l autre bout du monde. filières d enseignement ou de formation continue pour les médecins, étudiants en sciences ou ingénieurs, le Labex s intéresse aussi à l apprentissage lui-même et réfléchit à de nouvelles méthodes pédagogiques utilisant la réalité augmentée et la modélisation. Fort de son ancrage dans le monde industriel, le Labex est déterminé à poursuivre cette dynamique, multipliant des brevets, créant des start-ups ou opérant des transferts industriels afin de développer des solutions viables qui démocratiseront l accès aux soins. ECCAMI/ P. Avavian

15 TOUCAN : vers une thérapie génique Passer du prêt-à-porter au «sur-mesure» en matière de prévention et de médicaments, l objectif de TOUCAN est ambitieux. Porté par la Fondation Recherche et innovation thérapeutique en cancérologie (RITC), le Labex élabore des thérapies ciblées capables d atteindre les cellules cancéreuses que l on ne réussit pas à éliminer avec la chimiothérapie. Travaillant à la mise au point d un traitement génique, les biologistes cherchent notamment à connaître le fonctionnement des cellules cancéreuses en sachant quels sont les gènes associés aux différents cancers. Or il y a gènes dans le génome humain. Pour se faire une idée du nombre de combinaisons possibles, il faut savoir qu il est beaucoup plus important que le nombre de nanosecondes écoulées depuis la création de l Univers. Afin de contourner «cette malédiction du nombre», les mathématiciens de Grenoble conçoivent des logiciels sur lesquels les biologistes s appuient pour progresser. Grâce à cette approche pluridisciplinaire, le Labex donne à la recherche de nouvelles possibilités de parvenir à une séquence du génome permettant de déduire des profils géniques. Image issue de Associations fonctionnelles de protéines v-akt murine thymoma viral oncogenes (AKT) mitogen-activated protein kinases (MAPK) phosphoinositide-3-kinases (PIK3). Les protéines figurant sur l'image se trouvent dans 16 pathways différents de la base de données KEGG - Équipex EQUIP@MESO : plus de puissance de calcul Grâce au projet national Equip@Meso (lauréat Équipex 2010), à la région Rhône-Alpes (CPER CIRA) et au Labex OSUG@2020, une plateforme de calcul Bull d une puissance nominale de 46 Tflops (1 Tflop = 1012 opérations par seconde) répartie sur 2176 cœurs de calcul est accessible aux chercheurs et ingénieurs de la communauté scientifique grenobloise. Ces nouveaux moyens de calcul, qui multiplient par 2,5 la puissance cumulée du mésocentre CIMENT, serviront à de nombreux projets de recherche fondamentale et appliquée (en physique de la matière, environnement, chimie, écologie, sciences de l Univers...) ainsi qu à des projets industriels dans le cadre de l initiative HPC-PME. La nouvelle plateforme de calcul, appelée Froggy, avec son système de refroidissement innovant a été inaugurée le 3 juillet Installée dans les locaux du Département de chimie moléculaire, sur le campus de Saint-Martin d'hères-gières au sein de l'infrastructure mutualisée de l'ujf, elle est accessible aux chercheurs et ingénieurs de la communauté scientifique grenobloise. La plateforme Froggy inaugurée le 3 juillet SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE 15

16 Trois questions à CHRISTIAN JUTTEN, ERC 2012 «L art du traiteur de signal : extraire l information utile dans les mesures très bruitées.» SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE Vous êtes spécialiste du traitement du signal. De quoi s agit-il? Le traitement du signal est un pilier méconnu des sciences du numérique, car il est à l interface de nombreux domaines d applications. Lorsqu on fait des mesures, celles-ci contiennent de l information utile qui est toujours masquée par des informations inutiles qu il faut éliminer. Par exemple, les capteurs électro-encéphalographiques mesurent l activité électrique du cerveau, mais le signal recueilli est un mélange très complexe des activités cérébrales de diverses régions. De même, le signal reçu par votre téléphone mobile est très perturbé lors de vos déplacements en ville ou dans un TGV. L art du «traiteur de signal» consiste à extraire l information utile dans les mesures très bruitées. Pour cela, il faut concevoir des méthodes et des algorithmes. Actuellement, un challenge réside dans le fait que l on dispose d un nombre très important de capteurs, souvent hétérogènes, qui fournissent des informations complémentaires, mais dont l analyse combinée est très complexe. A quoi s attaque plus spécifiquement votre projet de recherche? Le premier défi aborde le traitement de signaux provenant de capteurs hétérogènes. Reprenons l exemple de l imagerie cérébrale, qui peut être obtenue au travers de l activité électrique (électro-encéphalogramme) ou des flux d oxygène (imagerie en résonance magnétique) : les mesures sont fonction de l activité du cerveau, mais au travers de phénomènes physiques différents. La conception d un cadre méthodologique général pour traiter conjointement ces mesures permettrait de localiser de façon précise et non invasive l origine de signaux cérébraux particuliers : les régions épileptiques pourraient ainsi être localisées précisément sans recourir à l implantation d électrodes intracérébrales. Un second défi est de proposer un cadre méthodologique général pour extraire uniquement les signaux utiles notamment quand on reçoit des flots de données énormes. Enfin, le troisième défi consiste à élargir ces méthodes de séparation et d extraction des sources à des mélanges non linéaires comme ceux produits par les capteurs chimiques. Quels sont les domaines touchés par vos travaux? Les techniques de traitement du signal sont utilisées dans de très nombreux domaines. Deux secteurs sont plus particulièrement visés par mes travaux : la santé où l on peut espérer des progrès dans les méthodes d imagerie médicale, d extraction de l électrocardiogramme du fœtus, ou dans les interfaces cerveau-machine et l environnement avec la conception de réseaux de capteurs chimiques pour l analyse de l eau ou de fluides biologiques, ou de nouvelles méthodes d imagerie hyperspectrale utiles pour l agriculture ou la surveillance de pollution. Christian Jutten est professeur à l UJF et chercheur au laboratoire Gipsa-lab (CNRS/Grenoble INP/UJF/Université Stendhal). Il est depuis septembre 2012 directeur scientifique adjoint de l Institut INS2i au CNRS, en charge du traitement du signal et des images. Il est membre senior de l Institut universitaire de France depuis 2008 et a reçu de nombreux prix internationaux pour la qualité de ses recherches. Contact : christian.jutten@gipsa-lab.grenoble-inp.fr 16

17 Trois questions à GÉRARD BESSON, ERC 2012 «J essaie de comprendre la structure des espaces infinis avec des outils géométriques.» Sur quoi portent vos recherches de mathématicien? Je fais des mathématiques fondamentales. Mon domaine de recherche principal, c est la géométrie. J essaie de comprendre la structure des espaces, en particulier celui dans lequel nous vivons. Le projet de recherche pour lequel j ai reçu une bourse ERC porte sur les espaces à trois dimensions qui ne sont pas limités. Contrairement à des espaces comme la surface d une sphère qui se referme sur elle-même, ils sont infinis dans toutes les directions : nous les appelons les espaces ouverts. L une des questions que se posent les astrophysiciens en géométrie et topologie de l Univers est justement de savoir si le monde dans lequel nous vivons est ouvert ou fermé. Certains de ces espaces ouverts ont des structures assez exotiques que l on essaie de comprendre en utilisant des outils géométriques : par exemple, en les munissant d un moyen de mesurer des distances et des angles. C est ce que nous appelons une «métrique Riemannienne», du nom du grand mathématicien allemand du XIX ème siècle, Bernhard Riemann. Une fois que cet outil est en place, on peut espérer mieux comprendre la structure de ces espaces. Quel est le lien entre vos travaux et la résolution de la conjecture de Poincaré? Une partie de mes recherches s appuie sur des techniques qui ont aussi été utilisées par Grigori Perelman dans sa résolution de la célèbre conjecture de Poincaré. C est une question posée en 1904 par le mathématicien, physicien et philosophe français Henri Poincaré. Le problème consiste à reconnaître une hypersphère à trois dimensions parmi tous les autres espaces grâce aux propriétés des courbes tracées sur elle. Il a fallu une centaine d'années pour le résoudre car Grigori Perelman a posté sa Gérard Besson est chercheur au CNRS. Il dirige l Institut Fourier (UJF/CNRS) depuis janvier Avant d étudier les espaces ouverts dont la géométrie est encore en grande partie inconnue, il s est intéressé à l entropie, une fonction en rapport avec la géométrie et liée à la dynamique d un système de particules. Il faisait partie des équipes internationales chargées de décrypter les résultats de Grigori Perelman après sa résolution en 2003 de la conjecture de Poincaré. preuve sur la Toile entre décembre 2002 et juillet Cela a eu un écho important dans le grand public en raison de la personnalité originale de Grigori Perelman qui a refusé plusieurs prix prestigieux et bien dotés. Il a rédigé ses résultats de manière assez elliptique et, avec quatre collègues, nous avons passé cinq ans à écrire un ouvrage qui en décrit les détails. L idée est de déformer l espace afin de le rendre plus régulier. Pour cela, une technique a été inventée au début des années 1980 par le mathématicien américain Richard Hamilton qui permet de rendre les objets plus «ronds». C est une méthode d analyse mathématique très délicate dont j ai acquis une certaine expertise et que je compte exploiter dans le cadre de l ERC. Il est à noter qu elle a eu des applications importantes en imagerie, pour le «débruitage» des images, en plus de son utilité pour la recherche fondamentale. Cela a permis la classification des espaces à trois dimensions fermés. Vous faudra-t-il autant de temps pour arriver à un résultat sur les espaces ouverts? On peut viser différents niveaux de résultats. J ai réfléchi à une gradation des difficultés et j ai quelques pistes qui devraient déboucher rapidement. Dans mon projet de recherche, il y a une question très fondamentale dont la difficulté est du même ordre que celle de la conjecture de Poincaré. Il y a aussi de nombreux problèmes plus accessibles. Pour pouvoir poser une bonne question en mathématiques, il faut déjà bien connaître le domaine de recherche et celui que j étudie est totalement ouvert dans le sens où il est très mal connu. Nous sommes donc dans une phase où nous essayons de comprendre des exemples afin de mieux cerner la situation. C est un sujet émergent que je trouve riche d avenir. SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE Contact : g.besson@ujf-grenoble.fr 17

18 Trois questions à DAVID MONNIAUX, ERC 2012 «J attends un impact sur l efficacité des procédures de vérification des logiciels.» SCIENCES ET TECHNOLOGIES DU NUMÉRIQUE Quel est votre domaine de recherche? Je conçois des méthodes d analyse statique de logiciels. Avant qu un logiciel ne soit déployé, on recherche ses «bugs». On peut tester un certain nombre de cas et se dire qu au bout de suffisamment de tests probants, le logiciel fonctionne, mais faire cela rigoureusement est coûteux et, de toute façon, non exhaustif. On teste moins les jeux que les logiciels de bureautique et moins les logiciels de bureautique que les logiciels de pilotage automatique d avion. Une autre possibilité est d écrire une preuve mathématique qui montre que le système marche à tous les coups. Faire des preuves en logiciel, cela existe, mais c est fastidieux si on le fait manuellement. Les travaux de Turing dans les années 1930 ont démontré qu il ne peut pas exister de méthode d analyse automatique qui dirait à coup sûr si un programme informatique obéit ou non à ce que l on attend de lui. C est impossible en général, mais on peut y arriver dans de très nombreux cas utiles en pratique. Les approches que nous concevons sont basées sur la logique, l arithmétique et la géométrie algorithmique. Quels sont les défis à relever dans votre projet? Des outils d analyse statique existent déjà. Moi-même, j ai co-développé Astrée (CNRS/École normale supérieure, Paris), en collaboration avec Airbus, actuellement commercialisé par la société Absint. Ce projet était axé sur le code de pilotage d avion. D autres outils ont également été développés, par exemple chez Microsoft, et sont déjà déployés industriellement, mais ils ne fonctionnent pas si bien que ça. Ils peuvent notamment renvoyer des avertissements au sujet de problèmes qui en réalité n existent pas. Vérifier ces listes d erreurs potentielles peut demander énormément de temps et mobiliser beaucoup de personnes. Je cherche donc à trouver de nouvelles approches qui permettront de lever certaines de ces limitations et de faire des analyses plus précises, c est-à-dire produisant moins de fausses alarmes, tout en restant performantes. Bien entendu, en raison des résultats de Turing, il sera impossible de garantir à la fois l absence de faux négatifs et de faux positifs, mais nous pouvons nous en approcher. Y a-t-il des retombées directes découlant de vos travaux? Nous ne développons pas des outils industriels, mais des prototypes de recherche : c est la même différence qui existe entre développer le principe du moteur à explosion et construire toute la voiture. Je vais cependant développer un outil d analyse statique sous forme de logiciel libre, qui permettra à d autres spécialistes de collaborer sur ce sujet : on est plus efficace si chacun n a pas à tout redévelopper depuis le point de départ À plus long terme, j attends un impact sur l efficacité des procédures de vérification des logiciels. Dans certains domaines comme la santé, concernant le matériel médical, ou l industrie automobile, il y a des besoins critiques et on ne peut pas se permettre d avoir des outils qui font des faux négatifs, c est-à-dire qui ne voient pas le «bug». David Monniaux est directeur de recherche au CNRS et professeur chargé de cours à l École polytechnique (Palaiseau). Il conduit ses recherches au laboratoire VERIMAG (CNRS/UJF/Grenoble-INP) qui est reconnu mondialement pour son expertise en matière de vérification de systèmes critiques. Contact : david.monniaux@imag.fr 18

19 LES PROJETS D AVENIR DE L UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES NANOSCIENCES, MATÉRIAUX INNOVANTS ET INGÉNIERIE ÉCO-RESPONSABLE Énergie, santé, environnement, nombreux sont les secteurs qui pourront bénéficier des innovations promises par les cinq laboratoires d excellence s intéressant aux nanosciences et aux matériaux innovants dans lesquels l UJF est fortement impliquée. Comprendre comment se crée un glissement de terrain, s intéresser aux nanoparticules pour anticiper les risques éventuels avant une propagation massive dans la nature, étudier les propriétés des nitrures pour fabriquer des composants électroniques qui résistent à très haute température, voilà quelques exemples des nombreux objectifs que se sont fixés ces Labex. 19

20 LANEF : l énergie et la santé à l échelle du nano NANOSCIENCES, MATÉRIAUX INNOVANTS ET INGÉNIERIE ÉCO-RESPONSABLE 20 Développer des nanocapteurs en santé pour rendre les diagnostics plus fiables, remplacer le silicium dans les composants par le diamant, un matériau bio-compatible et modifiable Voilà seulement quelques pistes explorées par le Labex qui a pour idée phare l utilisation des nanosciences pour l information dans les domaines de l énergie et de la santé. Des nanocapteurs pour des diagnostics plus fiables S appuyant sur vingt-cinq ans de recherche collaborative en physique initiée par Louis Néel, LANEF - Laboratoire d alliances nanosciences-énergies du TEC 21 : l ingénierie de la complexité au service des enjeux du 21 ème siècle Mieux comprendre le comportement d objets complexes et être capable de le modéliser afin de le prédire et de mieux l utiliser, tel est l enjeu des travaux menés au sein du Labex TEC 21. Comment évoluent les fondations d un ouvrage soumis à de fortes contraintes? Comment se créent puis s écoulent des avalanches ou des glissements de terrain? Comment se comportent un littoral sableux et une digue lors d intempéries exceptionnelles? Comment circulent les fluides dans la géométrie complexe d un réacteur chimique, d une turbine, d un bio-filtre, d un réseau de capillaires sanguins? En affinant notre compréhension de ces phénomènes et en l intégrant dans de nouveaux modèles, TEC 21 favorise un processus d innovation technologique qui permettra de répondre aux nouvelles exigences en termes de durabilité, de préservation des ressources, d économie et d éco-compatibilité. Plus de complexité L ambition du Labex est d élaborer une nouvelle génération d outils de conception et d aide à la décision qui intègre le niveau de complexité nécessaire à la compréhension de phénomènes associant solide, liquide, gaz, chimie et vivant, en lien avec des transformations chimiques et biochimiques. Le Labex rassemble l intégralité de la communauté de la mécanique de Grenoble ainsi que des unités de recherche actives dans les domaines du génie des procédés, des sciences des matériaux et de la physique de la matière molle. Ensemble, les chercheurs développent de nouvelles approches intégrant des couplages multi-physiques et multi-échelles entre phénomènes, fédérées autour du triptyque méthodologique modélisation/expérimentation /simulation. Enjeux sociétaux Un important travail prospectif a permis de dégager trois grands axes de progrès dans différents domaines d application. Le premier concerne la compréhension de systèmes complexes naturels (avalanches, sédiments ), biologiques (sang...) ou industriels (réacteurs, échangeurs, propulseurs ).Le deuxième vise à développer des technologies propres (éco-conception, recyclage) et à inventer de nouveaux procédés de transformation de la matière notamment à partir de la biomasse végétale. Enfin, le troisième contribue à futur - est né de l envie de mieux travailler ensemble. Cet élan nouveau s est créé afin de répondre à des besoins identifiés au niveau mondial. Cinq laboratoires se sont donc réunis pour développer de nombreuses idées de projets. Ils explorent les nanosciences pour l information, les énergies du futur et les nanocapteurs en santé à travers des thématiques pointues comme par exemple l énergie électrique, la supraconductivité avancée ou encore les nouvelles frontières en cryogénie Attirer de nouveaux talents Les domaines de recherche sont fixés, mais le programme scientifique n est pas figé, le choix de LANEF étant de fonctionner par appels à projets pour attirer des scientifiques talentueux. Le Labex a prévu de créer une chaire d excellence «environnée», Nanosciences et énergies du futur, avec six appels et une quarantaine de postes de doctorants et post-doctorants. Au niveau master, les acteurs fédérés par LANEF travaillent au montage d une nouvelle formation et mettent l accent sur les travaux pratiques. Avec ce projet, les laboratoires veulent aussi renforcer leurs relations avec des structures de R&D et l industrie et continuer à essaimer, comme ils l ont fait avec les entreprises Crocus, Cedrat et McPHy. une meilleure compréhension des mécanismes fondamentaux de certaines pathologies et au développement de nouvelles prothèses ou outils diagnostics. Le Labex considère aussi comme un enjeu majeur pour l innovation et l emploi la diffusion rapide vers le secteur industriel des nouveaux concepts et outils qu il développe. Les formations ainsi que les plateformes technologiques associées au Labex seront d importants vecteurs de ces transferts. En particulier, la mise en place de projets intégrés recherche/formation/industrie facilitera la diffusion rapide de ces nouvelles méthodes dans la formation des étudiants.

21 SERENADE : connaître les nanoparticules pour contrer les risques Pneus de voiture, crèmes solaires, circuits électriques, verres auto-nettoyants les nanomatériaux sont présents dans des produits variés. On les retrouve même parfois dans nos chaussettes. Dans les hôpitaux, les murs sont recouverts de peintures à base de nanoparticules d argent pour empêcher les bactéries de proliférer. Si aujourd hui leur usage est encore assez confidentiel, il va se développer d ici 2020 et devenir un enjeu important de notre société. Le Labex SERENADE a décidé de s intéresser à ces nanoparticules. L objectif : anticiper les risques éventuels liés à leur utilisation pour les contrer avant une propagation massive dans la nature. Les recherches du Labex devraient notamment aider l Union européenne à définir des normes pour réguler l utilisation de ces nanomatériaux à l avenir. Tissus intelligents Quel est leur cycle de vie? Leur toxicité pour l Homme? Et pour l environnement? SERENADE s attaque à ces questions de plus en plus actuelles. Après avoir étudié pendant des années les nanoparticules naturelles, les chercheurs transposent maintenant leurs connaissances pour comprendre les nanoparticules industrielles. Ils mesurent leur toxicité sur les plantes, mais aussi sur l Homme et notamment sur sa peau quand il porte des tissus «intelligents» comme les t-shirts à régulation thermique. Ils regardent aussi comment ces nanoparticules vieillissent et se dégradent. Former les industriels Ils espèrent grâce à leurs recherches arriver à une éco-conception des nanoparticules afin de préserver l environnement et de protéger la santé des professionnels et des utilisateurs. C est dans cette perspective que SERENADE a élaboré un volet formation ambitieux. Outre l attribution de bourses de thèses, les post-docs et la création de chaires de maîtres de conférences, le Labex va proposer un enseignement proche de l industrie. Par le biais d une formation continue ciblant les petites entreprises, il a l intention d initier les industriels à la toxicologie des nanomatériaux afin qu ils maîtrisent cet aspect tout au long de la chaîne de production. CEMAM : des matériaux «sur-mesure» pour l avenir Concevoir, réaliser et caractériser des matériaux hybrides qui amélioreront les performances des technologies futures de la santé, de l environnement, de l habitat et de l énergie, c est la vocation du Labex CEMAM. Grâce à leurs compétences pointues, les scientifiques de Grenoble conçoivent des matériaux aux nouvelles fonctionnalités qui répondent à des exigences en termes de fiabilité, de coût d élaboration, de durée de vie et de capacité de recyclage. Ce projet structurant accorde autant d importance à la modélisation, la caractérisation et l élaboration des matériaux. Il a pour objectif de fédérer les ressources scientifiques dans le domaine des matériaux grâce à des projets transversaux interdisciplinaires qui portent sur des défis d ingénierie et associent recherche académique et industrie. Ils couvrent des champs d application variés dans des secteurs liés à l énergie, aux nano et écotechnologies et à la santé. NANOSCIENCES, MATÉRIAUX INNOVANTS ET INGÉNIERIE ÉCO-RESPONSABLE 21