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PEPR exploratoire Luma : 40,38 M€ pour explorer les interactions lumière-matière (CEA/CNRS)

News Tank Éducation & Recherche - Paris - Actualité n°313918 - Publié le 21/02/2024 à 14:50
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©  L. Godart / CEA
Catalin Miron - ©  L. Godart / CEA

« Luma pourra soutenir de façon significative une communauté nationale de plus de 1 000 scientifiques, qui est déjà très visible internationalement. Je suis donc confiant qu’un grand nombre de résultats scientifiques majeurs verront le jour pendant le programme », déclare Catalin Miron Co-directeur du PEPR exploratoire Luma @ Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) • Directeur du Lydil (Laboratoire interactions, dynamiques et lasers - CEA, Universit… , co-directeur de ce PEPR Programmes et équipements prioritaires de recherche exploratoire consacré aux interactions lumière-matière pour le CEA Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives , à News Tank le 31/01/2024.

Ce PEPR, copiloté par le CEA et le CNRS Centre national de la recherche scientifique et doté de 40,38 M€ sur « au moins six ans », doit être lancé institutionnellement en 2024. Il finance notamment deux réseaux de plateformes distribuées. « L’objectif est que les premières plateformes, qui ont commencé à s’équiper dès 2023, ouvrent l’accès aux utilisateurs dès mi-2024. »

« Lors de l’audition du PEPR, le jury international a posé une question que nous n’avions pas anticipée : dans quelle thématique pensez-vous que la France puisse se hisser au premier rang mondial ? J’ai parlé de l’attoscience, et des découvertes majeures d’Anne L’Huillier, qui a passé 15 ans de sa carrière en France et a réussi à nous donner un rôle de premier plan dans cette discipline, et qui a depuis obtenu le prix Nobel de physique 2023. »

Il mentionne aussi le domaine de l'énergie. « L’un des objectifs de Luma est de développer des carburants solaires : l’idée est de capturer le CO2 de l’atmosphère pour produire des carburants chimiques pouvant être stockés. Nous pensons avec Luma pouvoir passer de l’échelle du centimètre au mètre carré pour les cellules de ces dispositifs. Ces recherches pourront aussi apporter des réponses concrètes aux besoins de la société. »


« Six prix Nobel dans ce domaine » en France

« La genèse du PEPR remonte à avril 2021. J’ai rejoint l’aventure avec Rémi Métivier, qui est le co-directeur du PEPR pour le CNRS. Nous sommes très complémentaires, car il est physico-chimiste, directeur de recherche CNRS au laboratoire PPSM (Photophysique et photochimie supramoléculaires et macromoléculaires) à l’ENS Paris-Saclay École normale supérieure Paris-Saclay  », indique Catalin Miron, qui est physicien de l’interaction lumière-matière et directeur du Lidyl (Laboratoire interactions, dynamiques et lasers - CEA, Université Paris-Saclay).

« À l’époque, nous parlions du potentiel des interactions lumière-matière et de la très grande expertise historique en France dans ce domaine. Nous avions quatre prix Nobel dans le domaine, nous en sommes maintenant à six.

Sur cette base, nous nous sommes dit qu’en combinant les compétences existantes entre des domaines aux frontières entre la biologie, la chimie et la physique, nous pouvions développer les applications de ces interactions. »

« La génération de la lumière s’est beaucoup améliorée »

« Nous partions de deux constats :

  • la génération de la lumière s’est beaucoup améliorée, avec des sources de plus en plus performantes — avec la possibilité de générer des impulsions de plus en plus courtes et de façonner les faisceaux de lumière un peu comme on le souhaite — mais aussi de plus en plus portables, avec des coûts réduits, plus sobres énergétiquement et pouvant être contrôlées à distance ;
  • l’émergence des matériaux photo-actifs, avec des molécules fonctionnelles, des assemblages supramoléculaires et des systèmes hybrides nano-bio-inspirés.

L’idée était de promouvoir cette science, de structurer les communautés scientifiques d’une part, et les plateformes de recherche d’autre part, dans le but de répondre à des défis sociétaux actuels que ce soient les développements technologiques pour une industrie plus verte, la protection de l’environnement et du patrimoine ou la santé, etc. »

Trois défis scientifiques interdisciplinaires

« Nous avons commencé à structurer ce PEPR et nous avons finalement abouti à trois défis scientifiques interdisciplinaires :

  • vers une photoscience intelligente ;
  • des photons pour les technologies vertes ;
  • la lumière pour protéger.

Ces défis partent d’enjeux généraux que sont le contrôle spatio-temporel par la lumière des dépôts d’énergie et des processus physico-chimiques, l’efficacité — puisque la lumière permet de transformer efficacement la matière et être convertie en énergie chimique —, et la photostabilité dans le but d’assurer une durabilité à long terme des dispositifs et de préserver ou protéger par exemple l’environnement ou le patrimoine. »

Les co-directeurs se sont « appuyés dès juin 2021 sur des groupes de travail plutôt centrés au début sur des axes disciplinaires (chimie, physique…). Pas loin d’une centaine de scientifiques y ont participé de près ou de loin ».

« Avec le temps, nous nous sommes rendu compte que ce n’était pas la bonne façon de faire, car cela ne mettait pas assez en valeur l’interdisciplinarité des interactions lumière-matière. Nous avons ainsi abouti à des axes scientifiques prioritaires, permettant de stimuler et d’exploiter cette interdisciplinarité. »

Deux réseaux de plateformes

Le PEPR finance d’une part des plateformes distribuées : « Nous nous sommes très fortement inspirés des projets de type I3 européens, structurants autour d’une discipline, qui en général mettaient en œuvre trois types d’actions : l’accès à des plateformes, des actions de R&D Recherche et développement communes et du networking.

  • Ils permettent par exemple à des scientifiques européens de venir utiliser le synchrotron Soleil gratuitement, avec des frais de missions pris en charge.
  • Un autre exemple est le réseau européen Laserlab-Europe dont plusieurs laboratoires du périmètre de Luma sont partenaires depuis plus de 15 ans », indique Catalin Miron.

« De même, nous avons en France, à certains endroits, des appareils ou des installations absolument uniques, et il est dommage que toute la communauté française ne puisse pas y avoir accès. »

Ainsi, plutôt que de financer des équipements de façon isolée, deux réseaux ont été constitués :

  • Ultrafast, avec sept plateformes, essentiellement dédiées à la photoscience ultrarapide et à la nano-structuration de la matière par laser ;
  • et Operando/Prototypage, avec huit plateformes rassemblant des instruments de caractérisation et d’analyse dans des conditions operando et des équipements permettant l’étude et le prototypage de matériaux photoactifs et la conversion de l’énergie solaire.

« Nous les structurerons dans un hub national de plateformes, qui sont toutes uniques et complémentaires les unes des autres. Nous y donnerons accès à la communauté nationale pour des projets de recherche dans le domaine de l’interaction lumière-matière, et préférentiellement pour des actions de recherche thématiques qui sont celles que nous mettrons en œuvre grâce aux projets ciblés du PEPR. »

Environ 15 M€ de budget

D’après Catalin Miron, il y a trois types de plateformes : « Certaines existent et ont déjà des équipements à la pointe, d’autres veulent mettre à jour ou améliorer leurs équipements, d’autres enfin souhaitent se constituer en plateforme au service de la communauté. »

  • « Ces plateformes sont distribuées sur le territoire national, mais nous assurerons un point d’entrée unique. Un portail sera disponible via le site internet du PEPR Luma pour chercher la plateforme la plus adaptée à ses besoins de recherche.
  • L’accès à du temps d’expérience se fera sur la base d’un appel compétitif. Un comité d’experts analysera la qualité scientifique et l’impact attendu des projets.
  • En cas de compétition, nous donnerons l’accès aux meilleurs projets, en finançant le coût d’opération correspondant à cet accès, ainsi que les frais de missions des utilisateurs. »

De plus, Luma financera :

  • « des équipements pour certaines plateformes qui font des investissements ;
  • de la main-d’œuvre (CDD ingénieurs) pour celles qui mettent en œuvre des équipements très lourds et complexes ».

Tout cela représente « un budget d’environ 15 M€, qui ne sont pas complètement engagés. En effet, les deux projets ciblés “plateformes distribuées” représentent environ 9,5 M€.

Il reste donc un complément de budget d’environ 5,5 M€. Il sera utilisé au travers d’un nouvel AMI Appel à manifestation d’intérêt prévu courant 2024, visant à élargir le périmètre scientifique, technologique et territorial de ces plateformes et rendre le hub encore plus complet ».

« Au sein de Luma, trois des huit plateformes d’Ultrafast travaillent à promouvoir et à développer davantage les applications des impulsions attoseconde, pour explorer la matière et les systèmes dans les détails spatio-temporels les plus fins, et amener cette science vers des applications dans divers dispositifs », indique Catalin Miron.

« Nous avons également un jeune collègue lauréat de l’ERC dans mon laboratoire : il étudie le couplage cohérent entre la lumière et le spin électronique, dans le but de concevoir des dispositifs magnéto-optiques à commutation extrêmement rapide, avec des applications potentielles pouvant répondre aux besoins croissants de stockage et d’analyse de l’information par exemple. »

8 M€ pour quatre actions de recherche thématiques

Le PEPR finance aussi « quatre autres projets ciblés correspondant à des actions de recherche thématiques, avec quatre axes qui sont en résonance avec les plateformes choisies », indique Catalin Miron.

« Nous avons écrit un cahier des charges sur un périmètre large et nous avons récemment lancé un AMI pour la constitution de consortiums, qui se positionneront et qui nous proposeront la mise en œuvre de ces actions de recherche. »

  • « Le budget pour ces quatre projets ciblés s’élève à environ 8 M€, et comme nous souhaitons le répartir équitablement entre axes thématiques, nous veillerons aux équilibres en prenant en considération les résultats de cet AMI lors du lancement d’actions de recherche futures.
  • Les montants attribués aux consortiums varieront donc selon le degré de couverture du périmètre scientifique de l’axe thématique par la proposition.
  • Et nous avons limité à 50 k€ les investissements dans de l’instrumentation dans ces projets ciblés qui devront s’appuyer sur le réseau de plateformes, le reste étant dédié majoritairement à de la main-d’œuvre et au fonctionnement. »

• « Chiralité : nous regarderons par exemple les réponses chiroptiques, la sensibilité (les molécules chirales en tant que senseurs), le contrôle du spin ou du moment orbital de la lumière ;

Photochimie et matériaux : nous traiterons les aspects de photochimie supramoléculaire ou en flux, la photo-structuration nano-confinée de la matière grâce à la lumière ou par impulsions ultrabrèves ;

Énergie et environnement : nous étudierons par exemple la conversion de l’énergie solaire en énergie chimique pour fabriquer des carburants solaires grâce à des systèmes hybrides pouvant s’inspirer de la nature, mais aussi la protection contre la photo-dégradation par la lumière, notamment des œuvres d’art ;

Santé : grâce au haut degré de contrôle par la lumière, il est possible de générer à la fois des cibles moléculaires photosensibles pour la photo-stimulation, de faire de la photothérapie en particulier pour le cancer, avec l’idée d’aller jusqu’à la recherche clinique si possible. »

Un appel à projets ouvert de 13 M€

S’y ajoute « un AAP Appel à projets , doté de 13 M€, avec plusieurs composantes :

  • Pour des “joint research activities” visant le développement de dispositifs ou d’instrumentation uniques qui n’existent pas de façon commerciale : imaginons que la communauté ait besoin d’un laser ou d’un spectromètre qu’elle ne peut pas acheter commercialement. Sur la base des compétences existantes en France dans nos réseaux, nous souhaitons que les experts mettent en commun leurs compétences pour créer de nouveaux équipements et instruments. Ceci donnera un avantage compétitif à la recherche française.
  • Pour de la modélisation et simulation multi-échelles, pour que les modélisateurs puissent par exemple proposer le développement de méthodes n’ayant peut-être pas leur place dans les projets ciblés, mais servant de support à la science faite dans les projets ciblés.
  • Pour de la recherche thématique, complémentaire de ce qui sera fait dans les projets ciblés thématiques. Par exemple, si pour un axe thématique donné, le projet ciblé sélectionné couvre 70 % de la thématique fixée par notre cahier des charges, l’appel couvrira les 30 % restants ».

4 M€ pour la gouvernance

La gouvernance du PEPR, dotée d’environ 4 M€, comporte :

  • « un comité de pilotage qui réunit, outre les représentants de copilotes, le CEA et le CNRS, les représentants des universités partenaires, et représente l’organe décisionnaire du PEPR ;
  • un conseil scientifique constitué de personnalités scientifiques étrangères et de représentants de l’industrie, en particulier Anne L’Huillier, prix Nobel de physique 2023, qui a accepté dès 2021, ainsi que des représentants d’acteurs industriels comme Thalès et Solvay notamment ;
  • un comité de direction composé des deux codirecteurs et de deux cheffes de programme, ainsi que d’une chargée de communication (partagée avec le PEPR Diadem) ;
  • un comité exécutif constitué des codirecteurs et des responsables de chacun des projets ciblés ;
  • un comité recherche constitué des codirecteurs et des responsables des projets ciblés recherche ;
  • et en miroir un comité infrastructures composé des codirecteurs et des deux responsables des projets ciblés infrastructures ».

« Aux interfaces entre le comité infrastructures et le comité de direction, nous avons un comité des utilisateurs, car nous voulons que nos décisions, en particulier pour l’AMI de 2024, s’appuient sur les besoins de la communauté que nous sommes en train de constituer.

Nous avons aussi constitué un comité d’experts qui évaluera nos projets d’accès aux plateformes. »

« Le budget demandé initialement pour le PEPR Luma en décembre 2021 était de 71 M€. Le ministère nous a attribué 40,38 M€ sur au moins six ans d’activité. En accord avec les tutelles, nous avons donc fait le choix de préserver les équipements et les actions de recherche avec un potentiel certain en vue de l’établissement d’une future stratégie nationale d’accélération. Les actions transverses sont donc moins bien identifiées qu’initialement prévu », indique Catalin Miron.

« Mais dans le cadre du projet de gouvernance, nous prévoyons tout à fait de maintenir des actions de formation et d’échange à l’international tout en privilégiant la communication et la dissémination les plus larges possibles des résultats des recherches et innovations du PEPR.

Et dans le cadre du réseau de plateformes, nous aurons des actions de formation professionnelle pour les utilisateurs, les étudiants et les postdocs. Les ingénieurs que nous recrutons en CDD nous permettront de maintenir une main-d’œuvre spécialisée bien formée dans le domaine d’excellence de Luma, qui profitera aussi bien au secteur de l’ESR ainsi qu’à celui industriel, car il y a un manque de spécialistes. »

Des liens avec les PEPR Diadem et Spin, et des réseaux européens

« Nous avons tissé des liens assez forts avec le PEPR exploratoire Diadem (Dispositifs intégrés pour l’accélération du déploiement de matériaux émergents), liés à une proximité thématique et de gouvernance, ainsi qu’avec le PEPR exploratoire Spin (Spintronique), mais différentes voies de coopération sont en train de se mettre en place au niveau de la gouvernance et de la communication avec d’autres PEPR », indique Catalin Miron.

« Nombre de nos plateformes sont impliquées dans des réseaux européens tels que Laserlab-Europe et Eurolabs.

Par ailleurs, le projet européen Lasers4EU démarre en 2024 et propose des actions similaires à celles de Luma. Nous avons noté que de nombreux scientifiques impliqués dans les différentes propositions reçues lors de l’AMI lancé fin 2023 sont aussi impliqués dans des réseaux européens thématiques dans leurs disciplines ».

Catalin Miron


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Parcours

Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Directeur du Lydil (Laboratoire interactions, dynamiques et lasers - CEA, Université Paris-Saclay)
Université Paris-Saclay (EPE)
Directeur adjoint de l’ISL (Institut des sciences de la lumière )
Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
Directeur adjoint du Lydil (Laboratoire interactions, dynamiques et lasers - CEA, Université Paris-Saclay)
Synchrotron SOLEIL
Directeur d’un groupe de recherche, puis conseiller scientifque à partir de 2014
Uppsala University (Suède)
Chercheur junior

Établissement & diplôme

SDA Bocconi school of management
Master exécutif en management des organisations internationales
Université Paris-Saclay (EPE)
Habilitation à diriger des recherches
Université Paris-Saclay (EPE)
Docotrat en physique atomique et moléculaire
École normale supérieure de Lyon (ENS de Lyon)
Master en physique fondamentale

Fiche n° 50937, créée le 20/02/2024 à 21:36 - MàJ le 20/02/2024 à 21:52

Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Catégorie : Organismes publics de recherche
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- INSTN
- CEA List
- CEA Leti


Adresse du siège

25 rue Leblanc
75015 Paris France


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Fiche n° 1958, créée le 05/05/2014 à 12:27 - MàJ le 17/04/2024 à 17:04

Centre national de la recherche scientifique (CNRS)

Le CNRS est le principal organisme de recherche français.


Catégorie : Organismes publics de recherche
Entité(s) affiliée(s) :
- CNRS Innovation (CNRS Innovation)
- Institut de l'information scientifique et technique - INIST (Inist)


Adresse du siège

3 rue Michel-Ange
75794 Paris Cedex 16 France


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Fiche n° 1955, créée le - MàJ le 16/04/2024 à 17:49

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