Optimisation de la dégradation enzymatique du PLA pour la production de biohydrogène (BioH2) par photofermentation.
Ce projet de thèse propose une approche innovante pour produire du biohydrogène (BioH2) à partir de la dégradation enzymatique du PLA (acide polylactique), un bioplastique difficile à recycler. L’objectif est d’optimiser l’hydrolyse du PLA en acide lactique, un substrat directement métabolisable par des bactéries pourpres non sulfureuses (PNSB) pour générer du BioH2 en conditions anoxygéniques. Le travail consistera à sélectionner des estérases performantes (en collaboration avec le Génoscope CEA), à les exprimer de manière soluble dans des hôtes modèles (E. coli, levures, PNSB), et à optimiser les conditions réactionnelles (pH, température, concentration) pour maximiser la production d’acide lactique. Une seconde phase visera à améliorer la photofermentation dans un photobioréacteur (PBR) équipé de systèmes de contrôle avancés (LED, IA, CFD). Ce projet, financé par le CEA et le PUI Grenoble Alpes, s’inscrit dans une démarche d’économie circulaire et vise à développer un procédé scalable pour valoriser les déchets PLA en énergie renouvelable, en lien avec les enjeux de la transition énergétique
Etude expérimentale et numérique des systèmes de réfrigération cryogénique pour les centrales à fusion de nouvelle génération utilisant des supraconducteurs à haute température
Le défi du réchauffement climatique et la promesse de production d'énergie sans émission de CO2 stimulent le développement de nouveaux et audacieux concepts de réacteurs à fusion nucléaire, qui diffèrent sensiblement de systèmes tels qu'ITER ou JT60-SA [R1]. Ces nouveaux réacteurs à fusion repoussent les limites technologiques en réduisant les coûts d'investissement et d'exploitation en utilisant des aimants à haute température (HTS) pour confiner le plasma [R4]. Ces HTS promettent d'obtenir des champs magnétiques de haute intensité tout en fonctionnant à des températures de refroidissement plus élevées afin de réduire la complexité du refroidissement cryogénique, normalement assuré par circulation forcée d'hélium supercritique à environ 4,5 K (voir 1,8 K pour WEST/Tore Supra) délivré par une usine cryogénique dédiée.
Le fonctionnement pulsé, des tokamaks induit une variation temporelle de la charge thermique absorbée par le système de réfrigération. Ce scénario de fonctionnement a conduit au développement de plusieurs techniques de lissage de charge afin de réduire l'amplitude des variations de charge thermique, réduisant ainsi la taille et la puissance du système de réfrigération, avec des effets bénéfiques sur les coûts et l'impact environnemental. Ces techniques utilisent des bains d'hélium liquide (à environ 4 K) pour absorber et stocker temporairement une partie de l'énergie thermique libérée par l'impulsion de plasma avant de la transmettre à l'installation cryogénique [R5].
L'objectif de cette thèse est de contribuer au développement de concepts innovants pour la réfrigération de grands systèmes HTS à des températures comprises entre 5 et 20 K. Elle comprendra (1) la modélisation des architectures de l'installation cryogénique et de la cryodistribution en fonction de la température du fluide caloporteur, ainsi que (2) l’exploration des techniques de lissage de la charge innovantes en collaboration avec l'Equipe multidisciplinaire "Centrale à Fusion" du PEPR SUPRAFUSION, Le premier volet comportera le développement et l’amélioration d’outils numériques 0D/1D appelé Simcryogenics et basés sur Matlab/Simscape [R6] par l’implémentation de modèles physiques (lois de fermeture) et de choix de modélisation opportune pour analyser et confronter des solutions d’architecture adaptées. Le deuxième volet sera expérimental et comportera la réalisation d’expériences de lissage de la charge à l’aide d’une boucle cryogénique à entre 8 et 15 K existante.
L’activité sera à l'avant-garde de la révolution de la fusion nucléaire actuellement en cours en Europe [R3, R7] et aux États-Unis [R4], abordant un large éventail de domaines de l'ingénierie cryogénique tels que les technologies de réfrigération, l'hélium superfluide, la thermo-hydraulique, les propriétés des matériaux, la conception de systèmes et de sous-systèmes, la conception et réalisation d’essais cryogéniques. Elle sera ainsi utile au développement des nouvelles générations d’accélérateurs de particules utilisant des aimants HTS.
[R1] Cryogenic requirements for the JT-60SA Tokamak https://doi.org/10.1063/1.4706907]
[R2] Analysis of Cryogenic Cooling of Toroidal Field Magnets for Nuclear Fusion Reactorshttps://hdl.handle.net/1721.1/144277
[R3] https://tokamakenergy.com/our-fusion-energy-and-hts-technology/fusion-energy-technology/
[R4] https://tokamakenergy.com/our-fusion-energy-and-hts-technology/hts-business/
[R5] “Forced flow cryogenic cooling in fusion devices: A review” https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2021.e06053
[R6] “Simcryogenics: a Library to Simulate and Optimize Cryoplant and Cryodistribution Dynamics”, 10.1088/1757-899X/755/1/012076
[R7] https://renfusion.eu/
[R8] PEPR Suprafusion https://suprafusion.fr/
Révéler la structure d’un substrat dans le site actif d’une protéine kinase activée par les mitogènes
Les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK) sont des enzymes de signalisation clés qui régulent les réponses cellulaires au stress en phosphorylant des substrats protéiques spécifiques. Leur dérégulation contribue à de nombreuses maladies telles que les cancers et les troubles neurodégénératifs. Bien que les mécanismes d’activation et de catalyse des MAPK soient bien caractérisés, les bases structurales de leur spécificité de substrats demeurent inconnues. Ce projet vise à pallier ce manque de connaissances en déterminant des structures à résolution atomique de substrats liés au site actif de la kinase JNK1. Pour atteindre cet objectif, nous utiliserons la cristallographie aux rayons X combinée à des méthodes innovantes de résonance magnétique nucléaire (RMN), intégrant un marquage isotopique sélectif des groupements méthyles et une catalyse photoactivable. En élucidant les détails structuraux de la reconnaissance des substrats par le site actif de JNK1, ce travail ouvrira des perspectives pour le développement de nouveaux inhibiteurs compétitifs des MAPK, dotés d’une sélectivité et d’un potentiel thérapeutique accrus.
Découverte guidée par V-SYNTHES d’inhibiteurs des bromodomaines BET : une nouvelle stratégie antifongique cilbant Candida auris
De nouvelles stratégies antifongiques sont aujourd’hui indispensables pour lutter contre Candida auris, un « superchampignon » émergent multirésistant, à l'origine d’épidémies nosocomiales sévères et d’infections à taux de mortalité élevé. Nos études de preuve de concept réalisées sur Candida albicans et Candida glabrata ont démontré que les bromodomaines BET fongiques – des modules de liaison à la chromatine reconnaissant les histones acétylées – constituent de nouvelles cibles antifongiques prometteuses. Nous avons mis au point un ensemble d’outils moléculaires et cellulaires pour accélérer la découverte d’inhibiteurs des bromodomaines BET fongiques, comprenant des essais FRET pour le criblage de composés, des souches de Candida humanisées pour la validation de la spécificité de cible, ainsi que des tests NanoBiT permettant de suivre directement l’inhibition des bromodomaines BET dans des cellules fongiques.
Ce projet de thèse marque la prochaine étape translationnelle de notre programme de recherche. Il exploitera l’approche V-SYNTHES, une stratégie innovante de découverte et de conception de nouvelles molécules thérapeutiques guidée par l'IA, afin de développer des inhibiteurs BET hautement puissants ciblant C. auris. Ces inhibiteurs seront caractérisés par des analyses biophysiques, biochimiques et cellulaires, étudiés en co-cristallographie avec leurs bromodomaines cibles, puis validés pour leur activité spécifique dans C. auris ainsi que pour leur efficacité antifongique dans des modèles animaux d’infection. Ils serviront également à explorer les mécanismes d’émergence de la résistance aux inhibiteurs BET. Ce projet allie une stratégie antifongique originale à une approche méthodologique innovante, offrant un cadre de formation unique à la recherche interdisciplinaire et translationnelle.
Supraconducteurs triplets : du couplage spin-orbite faible au couplage spin-orbite fort
Depuis les années 1980, plusieurs supraconducteurs non conventionnels ont été découverts, certains présentant un appariement triplet (spin total S=1) pouvant donner lieu à des propriétés topologiques intéressantes. Contrairement aux supraconducteurs singulets, leur paramètre d’ordre est un vecteur dépendant des composantes du spin (S_z=-1,0,1) et est fortement influencé par la symétrie cristalline et le couplage spin-orbite (SO).
La thèse vise à étudier la transition entre faible et fort couplage spin-orbite dans un supraconducteur triplet, en s’appuyant sur un modèle multibande minimal inspiré du matériau CdRh2As3, où une phase triplet induite par champ a été récemment observée. Cette recherche permettra de calculer la susceptibilité dynamique de spin et d’identifier d’éventuelles résonances de spin collectives, analogues à celles du superfluide He3.
Le travail reposera principalement sur des outils analytiques de théorie des champs appliqués à la matière condensée. Le projet s’adresse à des candidats ayant une solide formation en mécanique quantique, physique statistique et physique du solide.
Croissance et caractérisation de l’AlScN : un nouveau matériau prometteur pour les dispositifs piézoélectriques et ferroélectriques
Les semi-conducteurs III-nitrures — GaN, AlN et InN — ont révolutionné le marché de l’éclairage et pénètrent rapidement le secteur de l’électronique de puissance. Actuellement, de nouveaux composés nitrures sont explorés dans la recherche de nouvelles fonctionnalités. Dans ce contexte, le nitrure d’aluminium et de scandium (AlScN) s’est imposé comme un nouveau membre particulièrement prometteur de la famille des nitrures. L’incorporation de scandium dans l’AlN conduit à :
* Des constantes piézoélectriques accrues : ce qui rend l’AlScN très attractif pour la fabrication de générateurs piézoélectriques et de filtres SAW/BAW à haute fréquence.
* Une polarisation spontanée augmentée : cette polarisation renforcée peut être exploitée dans la conception de transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) présentant une densité de charge très élevée dans le canal.
* La ferroélectricité : la découverte récente (2019) de propriétés ferroélectriques ouvre la voie au développement de nouvelles mémoires non volatiles.
Au cours des cinq dernières années, l’AlScN est devenu un sujet majeur de recherche, présentant de nombreuses questions ouvertes et de passionnantes perspectives à explorer.
Cette thèse de doctorat portera sur l’étude de la croissance et des propriétés de l’AlScN et du GaScN synthétisés par épitaxie par jets moléculaires (MBE). Le doctorant sera formé à l’utilisation d’un système MBE pour la synthèse des semi-conducteurs III-nitrures ainsi qu’à la caractérisation structurale des matériaux par microscopie à force atomique (AFM) et diffraction des rayons X (XRD). La variation des propriétés de polarisation du matériau sera étudiée par l’analyse de la photoluminescence de structures à puits quantiques. Enfin, le doctorant sera formé à l’utilisation de logiciels de simulation pour modéliser la structure électronique des échantillons, afin de faciliter l’interprétation des résultats optiques.
Approches chémobiologiques pour la toxicologie des terres rares chez l’Humain
L’utilisation technologique des lanthanides s’est intensifiée dans des domaines aussi divers que les énergies renouvelables, l’informatique et la médecine. Leur utilisation croissante pose la question de leur impact sur l’environnement et la santé humaine. Cependant, peu d’études existent sur leur toxicité éventuelle et les mécanismes moléculaires qui la sous-tendent. Nous proposons une approche pluridisciplinaire pour répondre à ces questions, et notamment : (i) identifier les protéines impliquées dans la réponse cellulaire à l’exposition aux lanthanides ; (ii) identifier les protéines interagissant avec ces ions métalliques, en utilisant des outils chémobiologiques développées au laboratoire. Nous déterminerons ainsi les partenaires d’interaction de ces métaux critiques, leur effet sur les organismes vivants et les caractéristiques clés qui leur permettent de lier le métal. Nos résultats permettront d’étendre nos connaissances sur la toxicologie de ces métaux, peu étudiée, et d’informer les politiques de protection environnementale et humaine. Sur le long terme, la compréhension des mécanismes moléculaires des interactions métal-vivant permettra l’émergence de stratégies bio-inspirées pour leur extraction, leur recyclage et leur (bio)remédiation.
Effets combinés de l’hypoxie et de la mécanique matricielle sur la physiopathologie de la fibrose pulmonaire
La fibrose pulmonaire idiopathique (FPI) est une maladie chronique, incurable et mortelle, caractérisée par une altération de la barrière alvéolo-capillaire, un dépôt excessif de matrice extracellulaire (MEC), une hypoxie locale et une rigidité accrue du tissu pulmonaire. Ces modifications perturbent les interactions cellulaires et favorisent la transition vers un état pro-fibrosant. Ce projet de thèse vise à comprendre comment l’environnement mécanique (rigidité tissulaire) et chimique (hypoxie) influence le comportement des cellules pulmonaires (plasticité, phénotype) et leurs communications intercellulaires (paracrines et juxtacrines), en conditions in vitro contrôlées. Pour cela, des supports biomimétiques à rigidité variable seront développés, adaptés à la co-culture des principaux types cellulaires de la barrière alvéolo-capillaire. L’étude portera sur la réponse cellulaire à la rigidité et à l’hypoxie, l’analyse du sécrétome, du protéome et l’impact de la communication cellulaire. L’objectif est d’identifier des facteurs pro-fibrosants mécano- et chimio-dépendants, afin de mieux comprendre les mécanismes de progression de la FPI et de proposer de nouvelles cibles thérapeutiques et approches régénératives.
Stimulation magnéto-mécanique pour la destruction sélective de cellules cancéreuses de pancréas tout en épargnant les cellules saines.
Une nouvelle approche pour détruire les cellules cancéreuses est développée en collaboration entre le laboratoire de biologie BIOMICS et le laboratoire de magnétisme SPINTEC, tous deux au sein de l’IRIG. Cette méthode utilise des particules magnétiques dispersées parmi les cellules cancéreuses, mises en vibration à basse fréquence (1-20 Hz) par un champ magnétique rotatif. Ces vibrations induisent un stress mécanique sur les cellules, déclenchant leur mort (apoptose) de manière contrôlée.
L’effet a été démontré in vitro sur divers types de cellules cancéreuses (gliome, pancréas, rein) en culture 2D, ainsi que sur des sphéroïdes 3D (tumoroïdes) de cellules cancéreuses pancréatiques et des organoïdes de cellules saines. Les modèles 3D, plus proches des tissus biologiques réels, facilitent la transition vers des études in vivo et réduisent le recours aux modèles animaux. Les premiers résultats montrent que les cellules cancéreuses pancréatiques ont une plus grande affinité pour les particules magnétiques et sont plus sensibles au stress mécanique que les cellules saines, permettant une destruction sélective.
La prochaine étape consistera à confirmer cette spécificité dans des sphéroïdes mixtes (cellules cancéreuses et saines), à quantifier statistiquement ces résultats, et à élucider les mécanismes mécanobiologiques responsables de la mort cellulaire. Ces résultats prometteurs ouvrent la voie à une approche biomédicale innovante contre les cancers.
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.