Mesure de la décohérence et de l’intrication quantique dans la photoémission attoseconde
Le projet de thèse est axé sur l'étude avancée de la dynamique de photoémission attoseconde. L'objectif est d'accéder en temps réel aux processus de décohérence induits, par exemple, par l'intrication quantique électron-ion. Pour ce faire, l’étudiant-e développera des techniques de spectroscopie attoseconde utilisant un nouveau laser Ytterbium à taux de répétition élevé.
Sujet détaillé :
Ces dernières années, des progrès spectaculaires ont été réalisés dans la génération d'impulsions attosecondes (1 as=10-18 s), récompensés par le prix Nobel 2023 [1]. Ces impulsions ultracourtes sont générées à partir de la forte interaction non linéaire entre des impulsions laser brèves et intenses et des jets de gaz [2]. Elles ont ouvert de nouvelles perspectives pour l'exploration de la matière à l'échelle de temps intrinsèque de l'électron : la spectroscopie attoseconde permet d'étudier en temps réel le processus quantique de photoémission et de filmer en 3D l'éjection du paquet d'ondes électronique [3, 4]. Cependant, ces études se sont limitées à des dynamiques pleinement cohérentes par manque d'outils expérimentaux et théoriques pour traiter la décohérence et l'intrication quantique. Récemment, deux techniques ont été proposées pour réaliser une tomographie quantique du photoélectron dans son état asymptotique final [5, 6].
L'objectif de ce projet de thèse est de développer la spectroscopie attoseconde afin d'accéder à l'évolution en temps réel de la décohérence et de l'intrication au cours de la photoémission. Les techniques tomographiques seront mises en œuvre sur la plateforme laser ATTOLab à l'aide d'une nouvelle source laser Ytterbium. Cette nouvelle technologie laser émergente offre une stabilité cinq fois supérieure et un taux de répétition dix fois supérieur à celui de la technologie actuelle Titane-Saphir. Ces nouvelles capacités représentent une avancée majeure dans le domaine et permettent, par exemple, d'utiliser des techniques de coïncidence de particules chargées pour étudier la dynamique de la photoémission et de l'intrication quantique avec une précision sans précédent.
Ce projet de thèse s'inscrit dans le cadre du réseau européen QU-ATTO (https://quatto.eu/), récemment financé, qui ouvre de nombreuses perspectives de collaboration avec des laboratoires européens. Des collaborations étroites sont notamment déjà en cours avec les groupes des Profs. Anne L’Huillier à Lund et Giuseppe Sansone à Fribourg. En raison de la règle de mobilité, les candidats ne doivent pas avoir résidé (travail, études) en France plus de 12 mois depuis août 2022.
L'étudiant recevra une solide formation en optique ultrarapide, physique atomique et moléculaire, science attoseconde, optique quantique, et acquerra une large maîtrise des techniques de spectroscopie XUV et de particules chargées.
Références :
[1] https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2023/summary/
[2] Y. Mairesse, et al., Science 302, 1540 (2003)
[3] V. Gruson, et al., Science 354, 734 (2016)
[4] A. Autuori, et al., Science Advances 8, eabl7594 (2022)
[5] C. Bourassin-Bouchet, et al., Phys. Rev. X 10, 031048 (2020)
[6] H. Laurell, et al., Nature Photonics, https://doi.org/10.1038/s41566-024-01607-8 (2025)
Développement et étude d'un matériau composite laminé intégrant des nanoTubes de carbone pour application en réservoirs cryogéniques
L'utilisation de matériaux composites dans le domaine spatial a conduit à de grandes améliorations de poids. Pour continuer à réaliser un gain de poids significatif, le réservoir cryogénique composite est la prochaine application technologique à atteindre en remplaçant les réservoirs d'ergols cryogéniques en alliage métallique actuels. Les matériaux composites à matrice organique renforcée plus légers (au moins aussi performants d'un point de vue mécanique, thermique, chimique et de résistance à l'inflammation) sont une cible réaliste à atteindre qui a été explorée ces dernières années. De nombreuses approches de recherche tendent à répondre à ce verrou technologique, mais les potentialités des nanotubes de carbone (NTC) en termes de propriétés mécaniques et physiques, doivent être explorées plus en profondeur.
Une première phase d'évaluation de l'intérêt des NTC pour les applications spatiales (collaboration CNES/CEA/I2M/CMP Composite) a été menée afin d'associer des NTC à une matrice cyanate-ester dans des matériaux composites stratifié suivant trois procédés et protocoles de développement de composites stratifiés : (i) le transfert de mats de NTC alignés par pressage à chaud, (ii) la dispersion de NTC enchevêtrés mélangés à de la résine, ou (iii) la croissance de nanotubes alignés directement sur le pli sec. Connaissant les sollicitations mécaniques et thermiques, l'objectif est de démontrer l'efficacité des NTC et l'influence de leurs caractéristiques sur la tolérance aux dommages du matériau apportée par la fonctionnalisation des NTC et consiste à retarder le processus de fissuration du composite à proximité de la couche de NTC et ainsi à bloquer la percolation du réseau de fissuration qui conduit à la perte d'étanchéité. Pour le procédé de développement privilégié identifié, l'objectif de ce travail doctoral est désormais de consolider la fonctionnalisation du matériau par des NTC (forme, densité, etc.) et la compréhension du comportement mécanique (à température ambiante et à basse température) pour le développement du matériau feuilleté intégrant des NTC.
Connaissant l'application finale potentielle comme réservoir cryogénique ou pour l'amélioration de la durabilité des matériaux structuraux dans une double application, des essais pertinents seront réalisés pour démontrer l'impact en termes de développement de dommages et d'étanchéité par rapport au même matériau sans NTC.
Alternatives aux perfluorés pour les traitements d’hydrofugation et oléofugation des textiles utilisés pour la protection corporelle individuelle NRBC
Trouver des alternatives aux composés fluorés (PFAS) concerne des domaines d'application très différents. Parmi eux
le traitement de textiles techniques pour les rendre hydrofuges et oléofuges est un enjeu majeur pour fabriquer
des tenues de protection aux contaminants tant aqueux que huileux. Notre laboratoire développe de telles alternatives en greffant
de manière covalente des molécules sur des fibres sélectionnées parmi celles déjà utilisées pour les textiles techniques. la thèse sera axée autour d'un travail expérimental composé de deux volets. Le premier volet consistera à améliorer et qualifier
au niveau semi-industriel les propriétés hydrofuges et oléofuges déjà obtenues et qualifiées selon les normes en vigueur (glissement de gouttes d'eau et d'huile,
imprégnation lente de gouttes d'huiles) grâce à nos revêtements chimiques nanométriques. Le second volet sera dédié à optimiser la structure du tissage, en relation avec le traitement chimique, pour déterminer le tissage optimal en fonction
des propriétés voulues. Le travail sera effectué en contact étroit avec un industriel du textile technique et avec l'ENSAIT de Roubaix.
Etude des propriétés thermomécaniques des écoulements d'hydrogène solide
Le Département des Systèmes Basses Températures (DSBT) de l’IRIG développe plusieurs thématiques de recherche autour de l’hydrogène solide cryogéniques et ses isotopes. Les applications de cette recherche vont de la production de cibles d’hydrogène solide micrométriques renouvelables pour la génération de protons de forte énergie pour l'accélération laser-plasma, à la formation et l’injection de glaçons d’hydrogène de taille millimétrique ou centimétrique pour l’alimentation et le contrôle du plasma dans les réacteurs de fusion par confinement magnétique ou inertiel. Une problématique transverse à ces applications réside dans la connaissance fine des propriétés mécaniques de l'hydrogène solide, que cela soit pour mieux comprendre la physique d’extrusion et de production des cibles ou celle de la formation et de l’accélération des glaçons pour leur injection dans les plasmas de fusion.
Le sujet de cette thèse se focalise sur l’étude de l’extrusion de l’hydrogène solide sous pression. Sur cette technologie, le DSBT développe depuis plus de 10 ans plusieurs cryostats permettant la production de ruban d’hydrogène solide, dont la taille varie de quelques millimètres à quelques dizaines de micromètres, extrudés à des vitesses de quelques millimètres par seconde.
L’axe principal de recherche est une meilleure compréhension des mécanismes d’extrusion pour permettre le développement d’outils prédictifs numériques de conception de système d’extrusion. Cette thèse expérimentale reposera sur de la rhéométrie cryogénique basée sur un rhéomètre capillaire et/ou une expérience de couette développée au cours d’une précédente thèse. Cette étude se fera en collaboration avec le Laboratoire de Rhéologie et Procédés du l’Université Grenoble Alpes.
ÉTUDE DE L'HÉTÉROGÉNÉITÉ CONFORMATIONNELLE ET DE LA DYNAMIQUE DES MARQUEURS FLUORESCENTS DE TYPE FAST
Les protéines fluorescentes, et en particulier les protéines fluorescentes réversiblement commutables (RSFPs), ont révolutionné l’imagerie par fluorescence avancée, ouvrant la voie à des applications comme la microscopie à super-résolution. Parmi les alternatives émergentes, les rapporteurs basés sur des fluorogènes, tels que les systèmes FAST (Fluorescence Activating and Absorption Shifting Tag) se distinguent par leur grande photostabilité et leur polyvalence. FAST fonctionne par liaison non covalente d’une petite protéine modifiée à un fluorogène organique, ce qui induit la fluorescence et permet un suivi en temps réel sans maturation du chromophore. Cependant, des défis subsistent dans l’optimisation de ces systèmes en raison d’une compréhension limitée des interactions fluorogène-protéine, des dynamiques de liaison et des comportements photophysiques sous illumination. Ce projet de thèse vise à caractériser les modes de liaison des systèmes FAST à une résolution atomique à l'aide de la spectroscopie RMN multidimensionnelle, de la cristallographie aux rayons X et de la spectroscopie UV-visible. Des résultats récents suggèrent que les fluorogènes peuvent adopter plusieurs modes de liaison et que de légères modifications chimiques affectent les cinétiques de liaison et l’intensité de la fluorescence. En intégrant un dispositif d'illumination laser dans les investigations RMN, nous explorerons plus avant comment l'absorption lumineuse influence la conformation et la dynamique des fluorogènes. Les connaissances ainsi acquises permettront de concevoir de manière rationnelle des variants optimisés de FAST, améliorant leurs performances pour des applications spécifiques en microscopie et faisant progresser le domaine de l’imagerie par fluorescence.
Dynamique et désordre molèculaire dans la machinerie de réplication du virus SRAS CoV 2
La protéine de nucléocapside (N) du coronavirus 2 du syndrome respiratoire aigu sévère (SARS-CoV-2) est essentielle à la réplication du génome, à l'encapsidation du génome viral et à la régulation de la transcription des gènes. La protéine est fortement désordonnée, comprenant deux terminaisons désordonnées et un domaine central désordonné qui sont essentiels à sa fonction. Le domaine central contient un certain nombre de mutations importantes qui sont responsables de l'amélioration de l'aptitude virale et comprend une région qui est hyperphosphorylée pendant le cycle viral. La spectroscopie RMN est l'outil de choix pour étudier le comportement conformationnel des protéines intrinsèquement désordonnées, une classe abondante de protéines qui sont fonctionnelles sous leur forme désordonnée. Elles représentent 40 % du protéome et sont trop dynamiques pour être étudiées par cristallographie ou microscopie électronique. Le laboratoire hôte a développé un grand nombre d'outils uniques basés sur la RMN pour aider à comprendre la fonction de cette classe de protéines à une résolution atomique. Nous utiliserons la RMN, la RMN paramagnétique, la diffusion aux petits angles, le FRET de molécule unique et la microscopie électronique, en combinaison avec la simulation de la dynamique moléculaire, pour décrire les interactions de N avec les protéines partenaires virales et l'ARN viral, pour décrire le processus d'encapsidation du génome viral par la protéine nucléocapside, ainsi que l'impact des mutations présentes dans les variantes de la préoccupation. Les résultats seront corrélés avec la microscopie optique et électronique, réalisée en collaboration.
HLA-G: Une nouvelle cible pour l'adressage des thérapies antitumorales
L'objectif principal de ce projet est de démontrer que la molécule HLA-G peut être utilisée pour adresser les traitements contre une variété de tumeurs, en particulier celles qui manquent d'antigènes spécifiques de la tumeur (TSA).
Rationnel du projet :
HLA-G présente deux caractéristiques principales qui la rendent intéressante pour la thérapie antitumorale:
Fonction immuno-inhibitrice: HLA-G agit comme un point de contrôle immunitaire, bloquant les cellules immunitaires cytotoxiques anti-tumorales et permettant aux cellules tumorales d'échapper à la surveillance immunitaire.
Expression Sélective: HLA-G est une molécule principalement fœtale, pratiquement pas exprimée chez l’adulte. Néanmoins, elle est couramment réexprimée dans de nombreuses tumeurs solides.
L'expression restreinte de HLA-G dans les tissus pathologiques, principalement les cellules tumorales, en fait une cible attrayante pour le ciblage thérapeutique, et c’est cette caractéristique qui sera exploitée dans ce projet. En effet, une molécule spécifiquement exprimée par une tumeur constitue un TSA idéal, permettant un traitement ciblé avec des effets secondaires minimes sur les cellules saines.
Malheureusement, les TSA spécifiques à une tumeur sont rares, coûteux à développer, et pour la majorité des tumeurs, il n’en existe pas à ce jour.
HLA-G, étant exprimée dans la majorité des types tumoraux, qu'ils soient communs ou rares, constitue un excellent candidat TSA multi-tumeurs.
Méthodologie du Projet
Le projet utilisera des puces microfluidiques et des avatars 3D de tumeurs (sphéroïdes tumoraux dérivés de patients atteints de cancer du rein) déjà en place au laboratoire pour évaluer l'efficacité de BiTEs (Bi-Specific T-cell Engagers) ciblant d’un côté HLA-G comme molécule d’adressage et de l’autre côté des antigènes spécifiques des cellules cytotoxiques infiltrant les tumeurs (lymphocytes T et cellules NK).
Moyens et expertise
Le projet s'appuiera sur l'expertise du laboratoire sur 1. La molécule HLA-G et ses fonctions en immunologie et immuno-oncologie, sujet principal du laboratoire depuis plus de 20 ans, 2. L'environnement immunologique des tumeurs rénales, en particulier les cellules cytotoxiques intratumorales, et 3. L’expertise clinique en immuno-uro-oncologie clinique des cliniciens de l’hôpital St Louis, Paris.
Le projet utilisera des technologies de pointe, notamment la cytométrie spectrale et l'étude d'avatars 3D de tumeurs en puces microfluidiques.
Conclusion
En utilisant des technologies innovantes et en s'appuyant sur une expertise solide, le projet vise à développer de nouvelles stratégies thérapeutiques applicables à un large éventail de cancers exprimant HLA-G.
Supraconductivité chirale et transport thermique
Dans ce projet de doctorat, nous voulons explorer deux supraconducteurs non conventionnels bien connus par transport thermique, à travers une approche originale combinant des sondes macroscopiques et microscopiques. Ces supraconducteurs sont UPt3 et UTe2, choisis car ils permettent d'aborder directement deux questions, au cœur des débats actuels dans la communauté internationale. UPt3 traite de la question de la supraconductivité topologique, tandis qu'UTe2 nécessite une identification claire de son paramètre d'ordre supraconducteur "triplet de spin". La supraconductivité topologique est un sujet très actif sur le plan théoriquen et en raison de son intérêt potentiel dans le domaine de l'ingénierie quantique. Cependant, les résultats expérimentaux dans ce domaine sont rares, et souvent controversés. UPt3, qui a été le premier supraconducteur présentant des transitions entre phases supraconductrices, est aussi le système qui a les preuves les plus convaincantes de supraconductivité chirale.
L'objectif est d'explorer les prédictions sur l'existence d'un effet Hall thermique anormal (à champ nul), qui découlerait des courants de bord chiraux. Une nouvelle approche est proposée, combinant un dispositif conçu pour la mesure macroscopique de la conductivité thermique et de l'effet Hall thermique, avec une sonde microscopique réalisant une Spectroscopie Thermique par Balayage. Cela sera réalisé grâce à une collaboration entre deux laboratoires à Grenoble : une équipe de Pheliqs, maîtrisant la croissance de cristaux de haute qualité de ces systèmes ainsi que les mesures de transport thermique à basse température, et deux équipes de l'Institut Néel, expertes en microscopie SQUID par balayage et en mesures thermiques microscopiques jusqu'à des températures sub-Kelvin. Avec ce projet, l'étudiant en doctorat acquerra des compétences très variées, allant de la préparation d'échantillons, à l'instrumentation à basse température, et aux enjeux majeurs actuels dans le domaine des matériaux quantiques.
Thérapie génique par trans-splicing pour la maladie de Stargardt : construction d’outils moléculaires et cellulaires pour cibler les mutations du gène ABCA4
Ce projet vise à développer une approche thérapeutique innovante pour la maladie de Stargardt, une dégénérescence maculaire causée par des mutations du gène ABCA4. La stratégie repose sur l’utilisation de la technologie SMaRT (Spliceosome-Mediated RNA Trans-splicing), qui permet de corriger les mutations au niveau du transcriptome en remplaçant les exons mutés de l’ARNm endogène par épissage en trans avec un ARN exogène (PTM). Les PTM ne contenant qu’une partie de l’ARNm à corriger, cette approche permettra de surmonter l’obstacle posé par la taille de l’ADNc ABCA4 qui dépasse la capacité d’emport de l’AAV. Le projet inclut plusieurs étapes faisant appel à des techniques de biologie moléculaire et cellulaire : construction de vecteurs pour exprimer les PTM, production de lignées cellulaires pour tester l'efficacité de domaines de liaison (BD) permettant l’épissage en trans et, criblage des BD pour l’optimisation des PTM. Les PTM sélectionnés seront ensuite testés dans des modèles d’organoïdes rétiniens et des modèles animaux pour démontrer leur potentiel thérapeutique pour traiter cette maladie génétique. L’AAV étant actuellement le vecteur le plus efficace pour transduire la rétine, ce projet ouvrira des nouvelles perspectives thérapeutiques pour la maladie de Stargardt.
DÉFENSOMES, CONTRE-DÉFENSOMES ET REMODELAGE DES COMMUNAUTÉS MICROBIENNES
Le transfert horizontal de gènes (HGT) permet aux bactéries de s'adapter rapidement à de nouveaux niches écologiques et défis. Ce processus est principalement facilité par les éléments génétiques mobiles (MGE), tels que les bactériophages (phages), les plasmides et les éléments transposables, qui sont présents dans la plupart des génomes, souvent en multiples copies. Le potentiel de conflits découlant des interactions entre les MGE et les bactéries a conduit à l'évolution de mécanismes de défense sophistiqués visant à filtrer, apprivoiser ou inactiver ces éléments. Parmi les exemples bien étudiés d'immunité anti-MGE figurent les systèmes de restriction-modification (R-M), l'infection abortive et les systèmes CRISPR-Cas. Ensemble, ces systèmes ont révolutionné le domaine de l'ingénierie génomique en tant qu'outils de clivage, de stabilisation et d'édition précis, et ont poussé la quête de nouveaux mécanismes de défense ainsi que de stratégies de contre-défense contre les MGE, capables de limiter leur action.
La dernière décennie a vu l'identification et, dans certains cas, la caractérisation mécanistique d'un arsenal étendu de systèmes de défense anti-MGE jusqu'alors inconnus. Ces systèmes peuvent être déployés à différentes étapes du processus d'infection par les MGE, soit en dégradant les acides nucléiques envahissants, en inhibant leur réplication, ou en induisant la dormance ou la mort des cellules infectées pour stopper la propagation de l'élément mobile à travers la population microbienne. Avec le nombre croissant de familles de défensomes identifiées, une découverte parallèle a été celle des systèmes de contre-défense codés par les MGE. Ces contre-défensomes déploient de multiples mécanismes pour inactiver les systèmes immunitaires de l'hôte (au-delà des mutations génétiques des bactériophages), incluant la liaison directe aux protéines immunitaires, la modification post-traductionnelle des protéines immunitaires, la ciblage des messagers secondaires et la contreaction des systèmes de défense épuisant des métabolites.
Beaucoup des systèmes de défense et de contre-défense connus à ce jour ont été découverts grâce à l'exploration bioinformatique des bases de données génomiques de référence (par exemple, NCBI RefSeq). Cependant, celles-ci surreprésentent des organismes qui peuvent être cultivés en laboratoire, offrant ainsi une vue limitée de la fraction inconnue de la diversité microbienne environnementale qui reste non cultivée. Afin de caractériser cette diversité cachée, nous avons récemment effectué un criblage à grande échelle de génomes de populations bactériennes de haute qualité, reconstruits à partir de métagénomes environnementaux, mettant en évidence la diversité des défensomes et le potentiel de coopération fonctionnelle ainsi que la génération de nouvelles fonctions entre différents modules défensifs [1]. Les résultats de cette étude ont soulevé des questions supplémentaires relatives à la nature des conflits et alliances entre les familles de systèmes de défense, l'étendue des stratégies de contre-défense dans le phagome environnemental, ainsi que la perspective de prioriser les gènes de défense 'core' pour le développement d'antimicrobiens capables de cibler une espèce bactérienne entière. Nous proposons d'aborder ces questions dans la proposition actuelle comme suit:
1) Premièrement, l'analyse de la co-occurrence / co-localisation des systèmes de défense et de l'immunité synergique à travers les espèces bactériennes et les biomes ;
2) Deuxièmement, une cartographie à grande échelle du contre-défensome des phagomes à travers plusieurs environnements ;
3) Troisièmement, l'analyse du 'core'-défensome à travers les espèces bactériennes, avec une validation supplémentaire du concept selon lequel ces gènes (dont beaucoup sont maintenant connus pour être essentiels) peuvent être utilisés comme cibles pour le développement d'antimicrobiens visant à éliminer une espèce bactérienne entière.