Interactions entre les cellules endothéliales et les fibroblastes dans les ulcères du pied diabétique : déchiffrer la communication intercellulaire responsable de la persistance des plaies chroniques
L’ulcère du pied diabétique (UPD), complication sévère du diabète touchant près de 18,6 millions de personnes dans le monde chaque année, demeure associé à des taux élevés d’amputation et de mortalité. Comme d’autres plaies chroniques, l’UPD se caractérise par une cicatrisation déficiente, conséquence d’une dérégulation des cascades de signalisation et des comportements cellulaires qui assurent normalement la fermeture rapide de la barrière cutanée. Parmi les acteurs clés de ce processus, les fibroblastes et les cellules endothéliales occupent une place centrale au cours des phases de prolifération et de remodelage de la cicatrisation – des étapes profondément altérées dans le cadre des plaies chroniques. Bien que la communication endothélio-fibroblastique soit reconnue comme un déterminant essentiel lors de la cicatrisation normale, les mécanismes gouvernant ces interactions dans le contexte de l’UPD demeurent mal compris.
L’objectif principal de ce projet de thèse est de caractériser les interactions entre cellules endothéliales et fibroblastes qui contribuent à la chronicité de l’UPD. Une attention particulière sera portée aux microARN (miARN) associés aux vésicules extracellulaires, véritables médiateurs de la communication intercellulaire via la modulation de l’expression génique des cellules cibles. Grâce à l’étude du répertoire des miARN pro- et anti-cicatrisants, ce projet vise à identifier de nouvelles cibles moléculaires et des stratégies thérapeutiques innovantes destinées à améliorer la cicatrisation de l’ulcère du pied diabétique.
Étude des interactions entre les sels de lanthanides et les systèmes lipidiques
Les interactions lanthanide–lipide ont suscité un vif intérêt en raison de leur importance dans les applications biophysiques et technologiques, notamment l’imagerie par résonance magnétique, le marquage cellulaire par fluorescence et la vectorisation de médicaments. Ce projet vise à étudier les interactions entre différents sels de lanthanides (LnX3, où X = Cl-, ClO4-, NO3-, etc.) et des agrégats lipidiques, en se concentrant sur les phénomènes de précipitation et de gélification qui se produisent lorsque leur concentration dépasse un certain seuil. La compréhension de ces phénomènes est essentielle pour l’étude de l’auto-assemblage et du comportement de phase dans les systèmes de matière molle. En examinant la manière dont les ions lanthanides interagissent avec les agrégats lipidiques — notamment en présence de différents anions — cette étude cherche à élucider leurs rôles dans l’induction de la précipitation et de la gélification. À cette fin, une combinaison de techniques spectroscopiques, de diffusion, de microscopie et de rhéologie sera employée pour caractériser les interactions moléculaires au sein des systèmes lanthanide–phospholipides. Ces recherches fourniront des informations sur les propriétés structurales et dynamiques de ces systèmes et soutiendront leur application dans des contextes à la fois biophysiques et technologiques.
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.
Exploration des exoplanètes rocheuses avec le JWST
L’un des principaux objectifs du télescope spatial JWST est de caractériser, pour la première fois, les atmosphères des exoplanètes rocheuses et tempérées, une étape clé dans la recherche de mondes potentiellement habitables. Les exoplanètes rocheuses tempérées accessibles au JWST sont principalement celles en orbite autour d’étoiles de type M. Cependant, une question majeure demeure quant à la capacité des planètes orbitant autour de ces étoiles froides à conserver leur atmosphère. En 2024, un programme exceptionnel de 500 heures de temps discrétionnaire du directeur (Director’s Discretionary Time, DDT), intitulé Rocky Worlds, a été consacré à cette thématique, soulignant son importance stratégique au plus haut niveau (NASA, STScI).
L’objectif principal de ce projet de doctorat est : 1) Analyser l’ensemble des données d’éclipses JWST/MIRI disponibles pour les exoplanètes rocheuses issues du programme Rocky Worlds et d’autres programmes publics, en utilisant un cadre d’analyse cohérent et homogène ; 2) Rechercher des tendances à l’échelle des populations dans les observations et de les interpréter à l’aide de simulations atmosphériques tridimensionnelles.
À travers ce travail, nous visons à identifier les processus physiques qui régissent la présence et la composition des atmosphères des exoplanètes rocheuses tempérées.
Estimation du bruit neutronique stochastique à l’aide d’une approche numérique de simulation d’événements rares. Application au suivi de la réactivité de systèmes nucléaires.
Ce sujet de thèse vise à développer une méthode innovante permettant de caractériser la réactivité de systèmes fissiles à partir de l’analyse de leurs fluctuations stochastiques (bruit neutronique à zéro puissance). Dans un milieu fissile sous-critique, les neutrons issus de fissions spontanées peuvent initier des réactions en chaîne plus ou moins courtes et aléatoires, générant un signal fluctuant. Ce bruit porte une information essentielle sur la distance du système étudié à la criticité, paramètre déterminant pour la sûreté des installations nucléaires (prévention de différents accidents de sûreté-criticité) et pour la détection de matières fissiles non déclarées (sécurité et non-prolifération de matières nucléaires).
Les approches théoriques existantes pour déduire la réactivité d'un système à partir du bruit neutronique sont en effet limitées aux situations idéalisées et deviennent inadaptées dans des configurations réalistes, en particulier lorsque le système est fortement sous critique ou lorsqu’il existe des incertitudes fortes sur sa géométrie ou sa composition (cas des coriums de Fukushima Daiichi ou du stockage de combustibles irradiés). Recourir à des simulations Monte Carlo constitue alors une alternative naturelle, mais ces simulations nécessitent la mise en oeuvre de méthodes de réduction de variance qui ne peuvent préserver correctement les fluctuations stochastiques.
La thèse propose d’adresser ce verrou scientifique en adaptant une méthode de réduction de variance relativement récente dite Adaptive Multilevel Splitting (AMS), utilisée pour explorer efficacement des événements rares tout en conservant leurs propriétés statistiques. L’objectif est d’étendre cette méthode au cas du transport neutronique dans des milieux reproducteurs et d’en faire un outil capable de simuler fidèlement les corrélations temporelles caractéristiques du bruit neutronique. Après développement théorique, l’algorithme sera implémenté dans Geant4, puis comparé à des solutions analytiques et validé expérimentalement via des mesures in situ (utilisant des sources de neutron ou auprès de réacteur). À terme, ce travail pourra ouvrir sur des applications directes en surveillance nucléaire, diagnostic de sûreté et physique des détecteurs, mais présente également des perspectives en physique fondamentale et en physique médicale.
Façonnage spatio-temporel de l'émission harmonique d'ordre élevé dans les cristaux nanostructurés
Nous proposons d’étudier la manipulation spatio-temporelle du rayonnement émis par la génération d’harmoniques d’ordre élevé, en mettant à profit les progrès des technologies de nanofabrication. L’approche consiste à transposer les méthodes développées pour les méta-optiques au régime de champs forts spécifique à la génération d’harmoniques. Le(la) candidat(e) devra explorer différentes stratégies de conception pour contrôler les propriétés spatio-temporelles de ce rayonnement, qui est intrinsèquement lié à la large bande spectrale des impulsions attosecondes. Ces concepts seront ensuite implémentés et validés expérimentalement. Ce projet a pour objectif de renforcer l’intégration de la génération d’harmoniques d’ordre élevé dans des dispositifs optoélectroniques, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles applications en photonique ultrarapide.
Formation des magnétars : de l’amplification à la relaxation des champs magnétiques les plus extrêmes
Les magnétars sont les étoiles à neutrons arborant les plus forts champs magnétiques connus dans l’Univers, observées comme des sources galactiques de haute énergie. La formation de ces objets figure parmi les scénarios les plus étudiés pour expliquer certaines des explosions les plus violentes : les supernovae superlumineuses, les hypernovae et les sursauts gamma. Notre équipe a réussi au cours des dernières années à reproduire numériquement des champs magnétiques d’une intensité comparable à celle des magnétars en simulant des mécanismes d'amplification dynamo qui se développent dans les premières secondes après la formation de l’étoile à neutrons. La plupart des manifestations observationnelles des magnétars nécessitent cependant que le champ magnétique survive sur des échelles de temps bien plus longues (de quelques semaines pour les supernovae superlumineuses à des milliers d’années pour les magnétars galactiques). Cette thèse consistera à développer des simulations numériques 3D de relaxation du champ magnétique initialisées à partir de différents états dynamo calculés précédemment par l’équipe, en les prolongeant vers des stades plus tardifs après la naissance de l’étoile à neutrons lorsque la dynamo n’est plus active. L’étudiant.e déterminera ainsi comment le champ magnétique turbulent généré dans les premières secondes va évoluer pour éventuellement atteindre un état d’équilibre stable, dont on cherchera à caractériser la topologie et à le confronter aux observations électromagnétiques.
Comprendre les signaux émis par les liquides en mouvement
L'élasticité est l'une des plus anciennes propriétés physiques de la matière condensée. Elle s'exprime par une constante de proportionnalité G entre la contrainte appliquée (s) et la déformation (?) : s = G.? (loi de Hooke). L'absence de résistance à la déformation de cisaillement (G' = 0) indique un comportement de type liquide (modèle de Maxwell). Longtemps considérée comme spécifique aux solides, l'élasticité de cisaillement a récemment été identifiée dans les liquides à l'échelle submillimétrique notamment mis en évidence par un groupe au Laboratoire Léon Brillouin [1].
L'identification de l'élasticité de cisaillement des liquides (G' non nul) est une promesse de découverte de nouvelles propriétés liquides. Nous avons ainsi montré qu'un liquide confiné change de température sous l'effet d'un écoulement. Pourtant, aucun modèle classique (Poiseuille, Navier-Stokes, Maxwell) ne prédit cet effet, car sans corrélation à longue portée entre les molécules (c'est-à-dire sans élasticité), l'écoulement est dissipatif, donc athermique. Pour qu'un changement de température soit induit par l'écoulement (sans source de chaleur), le liquide doit présenter une élasticité et cette élasticité doit être sollicitée mécaniquement [1,2]. La thèse de doctorat explorera la conversion de l'énergie mécanique de l'écoulement en températures hors-équilibre (Non-Fourier) [2]. Nous exploiterons notamment cette capacité de conversion pour développer une nouvelle génération de systèmes microfluidiques (brevet FR2206312).
Nous explorerons également l'impact du mouillage sur l'écoulement et, réciproquement, nous examinerons comment l'écoulement liquide modifie la dynamique solide (THz) du substrat [3]. Des méthodes performantes, disponibles uniquement dans les Très Grandes Installations de Recherche (TGIR) comme l'ILL, seront utilisées pour sonder la dynamique hors-équilibre des phonons. Enfin, nous renforcerons nos collaborations existantes avec des théoriciens.
Le sujet de thèse porte sur le mouillage, les effets thermiques macroscopiques, la dynamique des phonons et le transport liquide.
Références:
1. A. Zaccone, K. Trachenko, “Explaining the low-frequency shear elasticity of confined liquids" PNAS, 117 (2020) 19653–19655. Doi:10.1073/pnas.2010787117
2. E. Kume, P. Baroni, L. Noirez, “Strain-induced violation of temperature uniformity in mesoscale liquids” Sci. Rep. 10 13340 (2020). Doi: 10.1038/s41598-020-69404-1.
3. M. Warburton, J. Ablett, P. Baroni, JP Rueff, L. Paolasini, L. Noirez, “Identification by Inelastic X-Ray scattering of bulk alteration of solid dynamics due to Liquid Wetting”, J. of Molecular Liquids 391 (2023) 123342202.
Intégration des Nanotubes de carbone alignés dans les batteries sans anode : mécanisme et optimisation des cellules
Les batteries sans anode ou à anode libre suscitent un intérêt croissant en raison de leur excellente densité énergétique, de leur faible coût et de la facilité de mise à l’échelle de leur procédé de fabrication. L’exploration des batteries sans anode pourrait offrir une avancée majeure dans le domaine du stockage de l’énergie, en utilisant la réserve de lithium déjà présente dans la cathode NMC pour effectuer des cycles réversibles après un processus de formation initial. Cette approche permettrait de réduire l’épaisseur globale, le nombre d’étapes de traitement et le coût des matériaux, tout en offrant une excellente densité énergétique. Les nanotubes de carbone alignés verticalement (VACNTs) sur des substrats métalliques peuvent représenter un choix intéressant pour cette application en raison de leur faible épaisseur, de la reproductibilité de leur processus de synthèse et de leurs propriétés de surface uniformes, qui ont déjà démontré leur intérêt applicatif dans le domaine des supercondensateurs. Dans ce projet de doctorat, nous explorerons une nouvelle voie d’application : les batteries sans anode, où les VACNT servent de substrat de dépôt pour le lithium ou le sodium. Nous étudierons l’électrochimie des VACNTs dans les batteries lithium sans anode (avec électrolytes liquides et solides) ainsi que dans les batteries sodium sans anode avec électrolyte liquide. Le doctorant travaillera sur l’optimisation de la synthèse des VACNTs afin d’ajuster leur épaisseur et leur densité pour les adapter à leurs propriétés électrochimiques. Des études post-cyclage (Raman et MEB) seront menées afin d’analyser l’effet du cyclage et des électrolytes sur les couches de VACNTs. L’objectif du projet est d’explorer les opportunités d’application des VACNTs dans divers systèmes de stockage d’énergie, ce qui pourrait ouvrir de nouvelles perspectives d’utilisation et de valorisation.
Comprendre l’origine de la remarquable efficacité de formation des galaxies lointaines
Le télescope spatial James Webb révolutionne notre compréhension de l’univers lointain. Un résultat s’impose qui questionne nos modèles : la très grande efficacité de formation d’étoiles des galaxies lointaines. Mais ce constat est dérivé de manière indirecte : on mesure la masse d’étoiles dans les galaxies, pas leur taux de formation d’étoiles. C’est la principale faiblesse du James Webb. Le but de cette thèse est de remédier à cette faiblesse du James Webb en utilisant sa capacité de résolution angulaire, qui n’a jusqu’ici pas été prise en compte afin d’obtenir une mesure plus robuste du SFR des galaxies distantes. On en déduira une loi qui permettra d’améliorer la robustesse de la détermination du SFR grâce aux propriétés morphologiques et en combinant les données du James Webb avec celles d’ALMA (z=1-3). Puis on l’appliquera à l’univers lointain (z=3-6, 2e partie) et on l’utilisera comme benchmark pour les simulations numériques (3e partie).