L'apprentissage automatique pour l'analyse cosmologique des images de lentille gravitationnelle faible provenant du satellite Euclid
L'effet de lentille gravitationnelle faible, la distorsion des images de galaxies à haut redshift due aux structures de matière au long de la ligne de visée à grande échelle, est l'un des outils les plus prometteurs de la cosmologie pour sonder le secteur sombre de l'Univers. Le satellite spatial européen Euclide mesurera les paramètres cosmologiques avec une précision sans précédent. Pour atteindre cet objectif ambitieux, un certain nombre de sources d’erreurs systématiques doivent être quantifiées et comprises. L’une des principales origines des biais est liée à la détection des galaxies. Il existe une forte dépendance à la densité de galaxies locale et au fait que l'émission lumineuse de la galaxie chevauche les objets proches. Si elles ne sont pas traitées correctement, de telles galaxies « mélangées » (blended) biaiseront fortement toute mesure ultérieure de distorsions d'image à faible lentille.
L'objectif de cette thèse est de quanti?er et de corriger les biais de détection des lentilles faibles, notamment dus au mélange. À cette fin, des algorithmes modernes d’apprentissage automatique et profond, y compris des techniques d’auto-différenciation, seront utilisés. Ces techniques permettent une estimation très efficace de la sensibilité des biais liés aux propriétés des galaxies et des levés sans qu'il soit nécessaire de créer un grand nombre de simulations. L'étudiant effectuera des analyses d'inférence de paramètres cosmologiques des données de lentille faible d'Euclide. Les corrections des biais développées dans cette thèse seront inclutes à prior dans la mesure de formes de galaxies, où à postérior â l'aide de paramètres de nuisance, afin d'obtenir des mesures de paramètres cosmologiques avec une fiabilitlé requise pour une cosmologie de précision.
Adaptation et Dégradation des PFAS par la bactérie Pseudomonas putida
Les substances per- et polyfluoroalkyles (PFAS) sont une classe de produits chimiques très variés que l'on trouve dans les produits d'usage quotidien qui sont très persistants. Elles s'accumulent dans la chaîne alimentaire naturelle et présentent une toxicité relativement élevée, y compris avec les « nouveaux » PFAS mis au point après l'interdiction des PAFS tels que le PFOA. Le monde est donc confronté à une situation très préoccupante, d'autant plus que le retraitement des sols, des sédiments ou de l'eau contaminés est difficile et coûteux. L'un des principaux défis réside dans le fait que les différents PFAS ont des propriétés physicochimiques très différentes, mais qu'ils sont souvent présents en mélange, ce qui rend difficile la mise au point d'une technologie efficace pour les éliminer tous. Nous proposons d'ouvrir la voie à une autre approche pour leur élimination, la bioremédiation, connue pour être une alternative efficace aux méthodes chimiques ou physiques d'élimination des substances toxiques (autosuffisance, moins cher, travail dans des conditions plus douces). Quelques bactéries ont été décrites comme étant capables de modifier/dégrader partiellement certains PFAS. Cependant, à l'exception de la transformation des PFAS, aucune donnée n'est disponible concernant leur adaptation à l'exposition aux PFAS. Quelques projets se concentrent sur la recherche d'enzymes impliquées dans la dégradation en tant que telle, mais si nous voulons utiliser des cultures bactériennes et non des enzymes, de nombreux autres paramètres doivent être pris en compte pour mettre en place une souche performante et, par conséquent, un processus performant. Par conséquent, nous proposons d'analyser en détail la réponse à plusieurs PFAS, de la souche dégradant les PFAS ATCC 17514 en termes de dégradation, d'adaptation à une toxicité potentielle et d'ajustement du métabolisme. Les analyses s'appuieront principalement sur une approche protéomique qui est une technique très puissante pour analyser les réponses globales sans a priori, et qui n'a jamais été utilisée pour caractériser la toxicité des PFASs ou le métabolisme des composés fluorés chez les bactéries. Le but ultime de ce projet sera de créer ou de sélectionner une souche robuste et efficace capable de biodégrader les PFASs.
Biothérapie acellulaire aux propriétés immunomodulatrices optimisées pour la prévention des lésions d'organe en contexte traumatique
Les traumatismes graves causent chaque année plus de 5,8 millions de décès dans le monde, souvent associés à des hémorragies massives et à des défaillances multiviscérales (˜33 % des cas). La rhabdomyolyse, fréquente chez ces patients, résulte de la destruction des cellules musculaires et entraîne la libération de leur contenu dans la circulation. Cette complication favorise l’insuffisance rénale aiguë et la dysfonction hépatique. Actuellement, aucun traitement spécifique n’existe; la prise en charge reste essentiellement symptomatique. Les cellules stromales mésenchymateuses (CSM) sont largement utilisées pour leurs propriétés immunomodulatrices et régénératrices. Des études précliniques ont montré que des CSM préconditionnées par l’IL-1ß peuvent prévenir les lésions rénales et hépatiques ainsi que réduire la perméabilité vasculaire après un choc hémorragique. Leur efficacité repose sur la sécrétion de facteurs solubles et de vésicules extracellulaires, appelés produits acellulaires. Une méthode de production à grande échelle et de qualité clinique de ces produits, basée sur la filtration à flux tangentiel, a été développée. Ces produits présentent une activité immunomodulatrice et un effet hépato-protecteur démontré expérimentalement. Prêts à l’emploi et faciles à stocker, ils représentent une alternative prometteuse aux thérapies cellulaires dans les contextes d’urgence. L’objectif de la thèse est d’optimiser les propriétés immunomodulatrices et anti-inflammatoires de ces produits acellulaires en favorisant l’expression de deux molécules clés de tolérance immunitaires PDL1 et HLA-G. Nous évaluerons les interactions entre les produits ainsi optimisés et différentes cibles immunitaires in vitro, puis in vivo dans un modèle de choc hémorragique traumatique déjà mis en place (modèle rat).
Contrôle du plasma en temps réel par calorimétrie
Dans les machines de fusion thermonucléaire, les composants face au plasma sont soumis à d’intenses flux de chaleur. Le tokamak WEST a des composants activement refroidis à l’eau afin de limiter leur échauffement. Des mesures calorimétriques sur les composants permettent de mesurer la puissance reçue par chaque composant. Il est ainsi possible d’effectuer un contrôle du plasma en position ou en puissance additionnelle en fonction de ces puissances reçues.
Dans cette thèse, une simulation du contrôle du plasma par calorimétrie sera effectuée, en simulant les flux de chaleur reçus par les composants en fonction de la position du plasma et de la réponse calorimétrique associée. Des mesures de calorimétrie in-situ seront effectuées sur les composants en haut et bas de la machine lors d’expériences plasmas dédiées pour affiner les simulations et le contrôle de la position du plasma de WEST à partir des mesures calorimétriques sera finalement mis en place et validé lors d’expériences dédiées, que ce soit dans un but de protection des composants face au plasma, mais aussi pour des aspects de physique du plasma.
Influence du cytomégalovirus sur les réponses immunitaires tissulaires chez le primate non humain (INCYTISS)
La plupart des travaux en immunité anti-infectieuse visent à caractériser les réponses dirigées contre les pathogènes et à identifier les leviers permettant leur optimisation. Il est désormais essentiel d’intégrer la variabilité interindividuelle liée à l’âge, au sexe, au statut métabolique et à l’historique infectieux, qui influence fortement ces réponses.
L’expertise d’IDMIT en modélisation préclinique des infections virales offre un cadre privilégié pour explorer ces déterminants. L’infection par le cytomégalovirus (CMV) constitue un modèle pertinent en raison de sa prévalence élevée, de ses effets contrastés selon l’âge et de son lien avec le vieillissement immunitaire. Si les données épidémiologiques indiquent que la séroprévalence du CMV influence la réponse à d’autres infections ou à la vaccination, les mécanismes sous-jacents restent mal élucidés. Nous faisons l’hypothèse d’effets hétérogènes liés à la diversité des interactions hôte–virus selon les sites de persistance.
Ce projet vise à caractériser, chez le primate non humain, les réponses immunitaires anti-CMV dans le sang et les tissus, chez des individus jeunes et âgés, puis au cours d’une infection chronique par le SIV. L’objectif est d’évaluer (i) les différences de dissémination et de réponse immunitaire selon l’âge, (ii) la valeur prédictive des marqueurs sanguins vis-à-vis des paramètres tissulaires, et (iii) les interactions entre infections CMV et SIV.
Ces travaux contribueront à orienter le développement de stratégies vaccinales ciblant les effets délétères du CMV et la modulation tissulaire des réponses immunitaires.
Méthodes pour la détection rapide d’évènements gravitationnels à partir des données LISA
La thèse porte sur le développement de méthodes d’analyse rapide pour la détection et la caractérisation des ondes gravitationnelles, en particulier dans le cadre de la future mission spatiale LISA (Laser Interferometer Space Antenna) prévue par l’ESA vers 2035.L’analyse des données fait intervenir différentes étapes dont l’une des premières est le « pipeline » d’analyse rapide, dont le rôle est la détection de nouveaux évènements, ainsi que la caractérisation d’évènements. Le dernier point a trait à l’estimation rapide de la position dans le ciel de la source d’émission d’ondes gravitationnelles, et de leur temps caractéristique tel que le temps de coalescence pour une fusion de trous noirs par exemple. Ces outils d'analyse forment le pipeline d'analyse à faible latence (low-latency pipeline). Au-delà de l’intérêt pour LISA, celui-ci joue également un rôle primordial pour le suivi rapide des évènements détectés par des observations électromagnétiques (observatoires au sol ou spatiaux, des ondes radio aux rayons gamma). Si des méthodes d’analyse rapides ont été développées pour les interféromètres au sol, le cas des interféromètres spatiaux tels que LISA reste un champ à explorer. Ainsi, un traitement adapté des données devra prendre en compte le mode de transmission des données par paquet, nécessitant ainsi la détection d’évènements à partir de données incomplètes. À partir de données entachées d’artefacts tels que des glitches, ces méthodes devront permettre la détection, la discrimination et l’analyse de sources diverses
Dans cette thèse, nous proposons de développer une méthode robuste et performante pour la détection précoce de binaires de trous noirs massifs (MBHBs). Cette méthode devra permettre la prise en compte du flux de données tel qu’attendu dans le cadre de LISA, traité de potentiels artefacts (e.g. bruit non-stationnaire et glitches). Elle permettra la production d’alarmes, incluant un indice de confiance de la détection ainsi qu’une première estimation des paramètres de la source (temps de coalescence, position dans le ciel et masse de la binaire) ; une première estimation rapide est essentielle pour initialiser au mieux une estimation plus précise mais plus couteuse de l’estimation de paramètres.
Contrôle temps-réel des instabilités MHD lors des chocs longs de WEST
Dans les plasmas de fusion magnétique, les instabilités macroscopiques magnétohydrodynamiques (MHD) à basse fréquence (~1-10 kHz) peuvent dégrader les performances et la stabilité du plasma. Lors des décharges longues sur le tokamak WEST, de tels modes apparaissent fréquemment provoquant une chute de la température centrale, une augmentation de la résistivité, réduisant ainsi les performances et conduisant à une fin prématurée des décharges. Leur détection en temps réel puis l’application de méthodes de stabilisation sont donc essentielles pour l’optimisation des performances de WEST mais aussi en vue des futures machines comme ITER.
Des instruments comme la radiométrie ECE (émission cyclotronique électronique) ou la réflectométrie peuvent mesurer les perturbations de température ou de densité générées par ces instabilités MHD avec une bonne résolution spatiale et temporelle. Toutefois, l’analyse des mesures est actuellement réalisée a posteriori après la décharge. Or, une détection en temps réel est indispensable pour déployer une stratégie de contrôle comme une modification du critère de stabilité MHD. Ce critère MHD est très sensible à une génération locale de courant ou un dépôt de chaleur, processus pour lesquels le système de chauffage ECRH/ECCD (Electron Cyclotron Resonance Heating/Current Drive) est bien adapté.
L’objectif de cette thèse est de développer puis déployer une stratégie de contrôle des instabilités MHD basses fréquence sur le tokamak WEST. L’étudiant commencera par développer la détection en temps-réel de ces instabilités grâce au radiomètre ECE, puis inclura d’autres mesures (imagerie ECE, réflectométrie) pour améliorer la fiabilité et la précision. Différentes stratégies de stabilisation seront étudiées via des outils de modélisation intégrée. L’ECRH/ECCD est l’actionneur de référence, mais d’autres leviers comme une modification temporaire de paramètres plasma (courant, température, densité) seront aussi évalués. Enfin, la stratégie de contrôle sera intégrée au système de contrôle de WEST en commençant par des algorithmes simples avant de tester des approches avancées (réseaux de neurones, apprentissage profond).
Matière active : auto-organisation des fuseaux mitotiques
Le fuseau mitotique est une structure du cytosquelette essentielle qui permet la séparation des chromosomes lors de la division cellulaire. Ce projet cherche à identifier les principes physiques qui contrôlent l'assemblage de ces fuseaux en utilisant un système simplifié biomimétique, composé uniquement de microtubules et de moteurs moléculaires. Nous utiliserons des moteurs de polarités opposées associés à des microtubules dynamiques pour comprendre comment ces composants s'organisent par séparation de phase active. En effet, des expériences préliminaires ont démontré que ces systèmes reconstitués peuvent spontanément former des structures bipolaires ressemblant aux fuseaux mitotiques. Nous proposons maintenant d'encapsuler ces composants moléculaires dans des compartiments de géométrie contrôlée afin de reconstruire une structure bipolaire minimale capable de s'allonger, se rétracter et séparer ses pôles organisateurs. Cette approche multidisciplinaire combinera des techniques biochimiques, physico-chimiques, de microscopie de pointe et d'analyse quantitative de l'évolution spatiale et temporelle du système. Le volet expérimental sera étroitement couplé à un volet théorique en collaboration avec le Pr Jean-François Joanny (Collège de France) pour développer un modèle physique de séparation de phase active qui permettra de mieux comprendre les mécanismes d'auto-organisation à l'échelle subcellulaire dans les organismes vivants.
Dynamique de faisceau pour un accélérateur laser-plasma multi-étages
Les accélérateurs laser-plasma à champs de sillage (LWFAs) peuvent produire des gradients d'accélération supérieurs à 100 GV/m, ouvrant la voie à la réduction de la taille et du coût des futurs accélérateurs haute énergie pour des applications en rayonnement synchrotron, lasers à électrons libres, ainsi que des applications médicales et industrielles émergentes.
L’augmentation de l’énergie et de la charge du faisceau nécessite à la fois une maturité technologique et des schémas d'accélération innovants. Les configurations multi-étages — connectant plusieurs étages d'accélération plasma — offrent des avantages clés : augmenter l'énergie du faisceau au-delà des limites d'une cellule unique et améliorer la charge totale et/ou la cadence de répétition. Ces systèmes visent à surmonter les limitations des accélérateurs mono-étage tout en maintenant ou améliorant la qualité du faisceau à plus hautes énergies.
Concevoir un accélérateur délivrant des faisceaux stables, reproductibles et de haute qualité nécessite une compréhension approfondie de la physique de l'accélération plasma et du transport de faisceau entre les étages successifs.
S'appuyant sur l'expertise du DACM du CEA Paris-Saclay, cette thèse se concentrera sur les études physiques et numériques nécessaires pour proposer une conception intégrée d'un LWFA multi-étages, avec une attention particulière à l'optimisation de tous les composants —cellule plasma et lignes de transport — afin de préserver la qualité du faisceau en termes de taille transverse, divergence, émittance et dispersion en énergie.
Simulation à grande échelle et apprentissage automatique dans la structure du nucléon?
Cette proposition de thèse porte sur la structure tridimensionnelle du nucléon à travers les distributions de partons généralisées (GPD). Les GPD permettent d’accéder à la répartition spatiale des quarks et gluons ainsi qu’au tenseur énergie-impulsion, offrant ainsi des informations sur le spin, la pression interne et la masse du nucléon. Deux défis majeurs sont identifiés?: le manque de données expérimentales et la difficulté à générer des observables simulées précises via le calcul sur réseau. Le projet se décline en deux volets?: (I) produire de nouvelles simulations de QCD sur réseau de moments de GPD, améliorer les algorithmes et assurer l’extrapolation vers le continuum?; (II) développer des méthodes d’apprentissage automatique pour résoudre les problèmes inverses mal posés et réaliser des ajustements globaux combinant données expérimentales et simulation. La thèse sera réalisée conjointement entre Julich Forschungszentrum (Allemagne) et le CEA (France) au travers du laboratoire virtuel AIDAS, avec un partage du temps entre les deux pays. Les compétences attendues incluent la théorie quantique des champs, la programmation (C++, Python) et une bonne maîtrise du calcul haute performance. Le but du travail est d'obtenir la première extraction fiable de la structure 3D du nucléon, utile pour les futurs collisionneurs EIC/EicC.