Recherche fondamentale

Recherche fondamentale

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En soutien de ses autres missions, le CEA s’investit dans les domaines des biotechnologies et de la santé, des sciences de la matière et de l'Univers, de la physique et des nanosciences. Ces activités sont menées par sa Direction de la recherche fondamentale (DRF)

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Dans une double dynamique de questionnements fondamentaux et de réponse aux grands enjeux sociétaux, les équipes pluridisciplinaires de la DRF, qui intègrent une forte composante d’ingénierie, assurent le continuum de la découverte vers l’application. »

Recherche fondamentale

3 700

Le nombre annuel de publications dans des revues scientifiques.

En lien étroit avec l’écosystème scientifique académique, national et international, le CEA investit dans une recherche fondamentale d’excellence. Elle est à l’origine d’un spectre très étendu de savoirs et savoir-faire, au service du progrès des connaissances comme de l’ensemble de ses missions et au bénéfice de la société.

Depuis sa création, le CEA développe une recherche fondamentale de pointe dans les disciplines qui fondent son action : la physique, la chimie et la biologie. La Direction de la recherche fondamentale (DRF) regroupe la majeure partie de cette activité. Ses équipes développent un spectre large de connaissances et d’outils d’exception au meilleur niveau mondial, et contribuent à l’exploitation de grandes infrastructures de recherche au bénéfice de la communauté scientifique. Elles participent ainsi au rayonnement scientifique et technologique du pays. Leurs résultats alimentent les autres missions du CEA tout en assurant, plus largement, la pérennité des compétences nécessaires à leur réalisation.

5 domaines

Elles interviennent dans cinq grands domaines au sein des sciences de la matière et du vivant :

  • Les lois fondamentales de l’Univers et le monde quantique
    Les équipes de recherche fondamentale du CEA tentent ainsi de dépasser le Modèle standard utilisé pour décrire l’Univers, qu’on sait incomplet. Elles œuvrent également pour le développement d’une « nouvelle physique » autour de la matière et l’énergie noires et s’investissent sur le « quantique », toujours en fort développement tant au niveau fondamental qu’applicatif.

  • Les nouveaux matériaux et états de la matière
    Sur la base du triptyque « concevoir, fabriquer, comprendre », le CEA s’intéresse à des systèmes aux propriétés nouvelles et mène des travaux sur la matière complexe et hors d’équilibre ainsi que sur les phénomènes de turbulence.

  • Les évolutions du climat et de l’environnement
    Les équipes étudient l’évolution des mécanismes climatiques naturels passés et présents pour en comprendre la dynamique, observent les conditions physico-chimiques modernes depuis le sol et l’espace pour surveiller les changements planétaires et leurs impacts, et simulent les évolutions du climat et de l’environnement.

  • Les mécanismes du vivant
    Le CEA caractérise les organismes à toutes les échelles spatiales et temporelles par une approche multidisciplinaire et intégrative de la biologie. Cette approche permet également de travailler à mieux comprendre les modifications pathologiques associées aux cancers et aux maladies infectieuses, immunologiques et neurodégénératives, mais également à mesurer l’impact des changements environnementaux sur la biodiversité.

  • L’organisation du cerveau et le code neural
    Le CEA intervient sur ce champ avec un ensemble unique d’instruments de pointe, depuis l’IRM humain le plus puissant du monde jusqu’au microscope trois-photons, en passant par des capteurs électriques et magnétiques ultimes, et des méthodes de stockage, de traitement et d’analyse des données par intelligence artificielle.

Des travaux au service des grandes transitions sociétales

Avec une approche interdisciplinaire intégrant science et technologie, la recherche fondamentale du CEA est également présente sur les grandes questions posées par l’évolution de nos sociétés.

Dans le domaine du numérique, elle a fait très tôt le pari des technologies quantiques, en déployant un premier volet sur les « dispositifs innovants » et un second sur la « théorie de l’information ». Cette implication avec les autres directions permet aujourd’hui au CEA de co-piloter, avec le CNRS et Inria, le « plan quantique » présenté en janvier 2021 par le Président de la République.

Dans le domaine des énergies, elle investit dans le développement des nouvelles technologies de l’énergie (développement de matériaux…) ou des technologies et procédés visant à réduire et valoriser les émissions de gaz à effet de serre (économie circulaire du carbone, batterie, bio-carburants…). Ses travaux portent également sur la physique nucléaire, la fusion et le changement climatique.

Dans le domaine de la santé, elle développe les technologies de la médecine du futur, avec des implications sur la santé numérique, les dispositifs à composante biologique, le parcours de soin et l’organisation de l’Hôpital du futur.

Dans le domaine de la Défense enfin, la DRF participe au programme interministériel de R&D NRBC-E, aux travaux sur l’antibiorésistance et aux recherches duales en sciences et techniques de l’information et de la communication.

Une forte démarche de coopération

Dans cette double dynamique de questionnements fondamentaux et de réponse aux grands enjeux sociétaux, les équipes pluridisciplinaires de la DRF, qui intègrent une forte composante d’ingénierie, assurent le continuum de la découverte vers l’application. La DRF entretient ainsi aussi bien des liens académiques – avec les autres organismes de recherche, en particulier dans le cadre d’unités mixtes et de partenariats avec les grandes universités de recherche - que des connexions avec l’écosystème de l’innovation en travaillant l’industrie.

La recherche fondamentale du CEA est également très engagée dans l’information scientifique, la formation et la construction des grandes universités de recherche. Son rôle d’expert auprès des pouvoirs publics et de la société, ses actions en réponse aux commandes de l’État, son implication dans les enjeux de souveraineté et son action auprès des entreprises et du tissu économique complètent son action. Par des avancées spectaculaires sur des sujets qui nous touchent tou(te)s comme le climat, l’Univers, la santé ou le cerveau, la DRF participe à l’excellence du CEA et contribue aux progrès de la science.




Recherche

Faits marquants 2020

Incendie de Notre-Dame
Expertise

Incendie de Notre-Dame : quelle contribution à la pollution au plomb de l’environnement parisien ?

— En s'appuyant sur les signatures isotopiques du plomb, le groupe Métal du chantier Notre-Dame de Paris, qui compte des chercheurs du LSCE, a montré que l'incendie de la cathédrale a relâché ce métal dans l'atmosphère provoquant, le jour même, un pic de pollution ponctuel, atteignant jusqu'à cent fois la valeur habituelle. Avant ce jour fatidique, le plomb contenu dans la couverture et la flèche de Notre-Dame de Paris, estimé à environ 450 tonnes, était déjà une source de pollution, via le lessivage par l'eau de pluie, parmi d'autres sources comme les joints d'étanchéité des toitures et des balcons. Le soir de l'incendie, selon les endroits et la température atteinte, le plomb de la couverture a fondu ou s'est dispersé sous forme d'aérosols. Si l'incendie a eu un impact réel et très court sur la qualité de l'air sous le panache, à proximité de Paris, rien n'indique à ce stade qu'il ait eu un impact environnemental global et durable. Les travaux se poursuivent, notamment sur les sédiments de la Seine et les poussières intérieures des habitats parisiens.

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LSCE : Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (CEA/CNRS/UVSQ)

Mise en service progressive de Spiral2
Grands instruments

Mise en service progressive de Spiral2

Tout au long de l’année 2020, le Ganil a poursuivi avec succès la mise en service de Spiral2 (Système de production d'ions radioactifs en ligne de 2de génération), installation destinée à compléter ses moyens de recherche en physique du noyau, de l’atome et de la matière condensée, en astrophysique et en radiobiologie. Fin novembre 2020, les faisceaux de protons du nouvel accélérateur linéaire supraconducteur (Linac) de Spiral2 ont ainsi atteint 10 % de leur puissance maximale, avec un niveau de pertes extrêmement faible. L'installation Neutrons For Science (NFS) a, quant à elle, produit en septembre 2020 ses premiers neutrons par interaction des protons du Linac avec des cibles minces de lithium et de béryllium. Les premières expériences sont prévues à l'automne 2021.

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Zoom sur le Ganil

Zoom sur le Ganil

Mis en service en 1983 à Caen, le Ganil (Grand accélérateur national d’ions lourds) est une très grande infrastructure de recherche exploitée par un GIE CNRS-CEA qui comprend des sources d’ions, des cyclotrons permettant d’accélérer les faisceaux d’ions et des salles d’expériences pour accueillir des dispositifs expérimentaux uniques, développés pour les besoins de la communauté scientifique. Les recherches qui y sont menées ont permis d’importantes avancées en physique nucléaire.

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Observer un objet nanométrique avec une résolution attoseconde
Nouveaux matériaux et états de la matière

Observer un objet nanométrique avec une résolution attoseconde

— ​Des chercheurs de l'Iramis et du synchrotron Soleil ont montré qu’il était possible de former l'image d'un objet de dimension nanométrique avec une résolution temporelle attoseconde. Grâce à l’imagerie « sans lentille » qui permet de s'affranchir des limitations des systèmes optiques classiques, l’objet est éclairé avec une lumière spatialement cohérente de courte longueur d'onde. La figure de diffraction ainsi obtenue est ensuite traitée par des algorithmes qui en reconstruisent l'image. La structure tridimensionnelle de virus ou de complexes de protéines, impossible à cristalliser, a ainsi pu être révélée à l'aide de sources X ou extrême UV de dernière génération. Ce nouvel outil ouvre également la voie à des recherches en physique du solide pour l’électronique du futur, notamment l’optoélectronique petahertz dans le cadre du projet européen PETACom, coordonné par l’Iramis.

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Iramis : Institut rayonnement-matière de Saclay (CEA/CNRS/Ecole Polytechnique/Ensicaen)
Synchrotron Soleil : Situé sur le plateau de Saclay, le synchrotron Soleil est une très grande infrastructure de recherche, gérée dans le cadre d’une société civile de droit français dont les membres sont le CNRS et le CEA, en partenariat avec la Région Ile-de-France, le Conseil départemental de l’Essonne et la Région Centre Val-de-Loire. www.synchrotron-soleil.fr/fr
Attoseconde : Une attoseconde est égale à 10-18 seconde (soit un trillionème de seconde)

Le site de forage Beyond Epica est choisi
Évolutions du climat et de l’environnement

Le site de forage Beyond Epica est choisi

— ​La collaboration européenne Beyond Epica à laquelle participe le LSCE a choisi son prochain site de forage profond en Antarctique pour étudier le climat jusqu'à 1,5 million d'années. Les premières évaluations, réalisées sur une carotte de 120 mètres en confirment tout le potentiel. Le précédent forage Epica en Antarctique, à proximité de la station Concordia, a déjà permis de reconstituer le climat pendant près de 800 000 ans. Les paléo-climatologues cherchent désormais à comprendre pourquoi, il y a un million d'années (entre 1,2 million et 900 000 ans), la durée du cycle glaciaire-interglaciaire est passée de 41 000 ans à 100 000 ans sans cause apparente. La teneur en CO2 serait-elle incriminée ? Réponse attendue avec le forage profond qui devrait permettre de prélever une carotte glaciaire, bien préservée, remontant à 1,5 million d'années.

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Epica : European Project for Ice Coring in Antarctica
LSCE : Laboratoire des sciences du climat et de l’environnement (CEA/CNRS/UVSQ)

Mécanique des cellules : décidément très surprenante !
Mécanismes du vivant

Mécanique des cellules : décidément très surprenante !

— ​Au niveau microscopique, le cytosquelette des cellules (leur charpente interne) est constitué de protéines spécialisées qui assurent la génération et la transmission des forces cellulaires à leur environnement. Bien que ces structures soient largement reconnues comme participant à la production de force à l’échelle moléculaire, le mécanisme par lequel ces forces sont générées et réparties à l’échelle de la cellule par le cytosquelette demeure inconnu. En utilisant différentes techniques d’exploration, des chercheurs de l’Irig ont réussi à caractériser la production des forces cellulaires. Avec des surprises à la clef, en particulier l’existence d’une intégrité mécanique au sein de la cellule qui, bien que composée de multitudes de petits filaments, se comporte comme un objet unique et entièrement connecté.

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Irig : Institut de recherche interdisciplinaire de Grenoble (CEA/Université Grenoble Alpes)

Des « mini-cerveaux » pour modéliser la démence fronto-temporale
Organisation du cerveau et code neural

Des « mini-cerveaux » pour modéliser la démence fronto-temporale

— Des chercheurs de l’Institut Jacob, en collaboration avec l’école d’ingénieurs Sup’Biotech ont mis au point un outil génétique permettant l'expression à long terme d'une protéine dans des organoïdes cérébraux humains. Ces « mini-cerveaux », constitués d’amas de cellules de plusieurs millimètres, issues de cellules souches capables de se différencier et de reproduire la structure de certaines parties d’un cerveau humain, permettent d’étudier, entre autres, le comportement cellulaire dans le cas de maladies neurodégénératives, comme Alzheimer ou Parkinson. La stratégie mise au point vise à explorer une forme génétique de la démence fronto-temporale, liée à une mutation du gène codant pour la protéine tau, qui s'accumule et forme des inclusions toxiques entraînant la dégradation des neurones. Cette « tauopathie » présente l’intérêt d’être proche de celle observée dans la maladie d'Alzheimer.

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Institut Jacob : Institut de biologie François-Jacob du CEA