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.
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.
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. Les équipes de la DRF développent un spectre large de connaissances et d’outils d’exception au meilleur niveau mondial. Elles 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. Les résultats de ces recherches alimentent les missions technologiques du CEA tout en assurant, plus largement, la pérennité des compétences nécessaires à leur réalisation.
Répondre à de grandes questions fondamentales dans cinq domaines
Les questions qui marquent la frontière des connaissances sont en constante évolution au fil des découvertes et de l’émergence de nouvelles interrogations. Le CEA se concentre aujourd’hui sur cinq grandes questions en science de la matière et du vivant qui intègrent sciences et technologies et ont souvent une dimension interdisciplinaire et un impact sociétal :
- Les lois fondamentales de l’Univers et le monde quantique
Les équipes du CEA étudient les propriétés des lois fondamentales de l’Univers, au Cern et auprès des grandes expériences internationales sur les neutrinos. Elles tentent ainsi de dépasser le « Modèle standard », avancée théorique majeure du XXe siècle permettant de décrire l’Univers aux plus petites échelles mais que l’on sait incomplet. Elles œuvrent également pour le développement d’une « nouvelle physique » grâce à l’observation de l’Univers à grande échelle comme en particulier la question non résolue de la matière noire et l’énergie noire. La physique quantique est au cœur de ces questions et, plus globalement, les équipes CEA s’investissent sur le « quantique », toujours en fort développement tant au niveau fondamental qu’applicatif.
- Les nouveaux matériaux et états de la matière
Le CEA s’appuie sur un ensemble d’expertises en physique de la matière condensée, en particulier dans le domaine de la synthèse et de la caractérisation de nouveaux matériaux, présentant des propriétés remarquables pour les technologies de l’énergie et de l’information de demain. Il développe également des outils de pointe pour la R&D de source compacte de neutrons, l’étude de processus physico-chimiques ultra rapides et de phénomènes complexes et hors d’équilibre (turbulence).
- Les évolutions du climat et de l’environnement
Les équipes étudient l’évolution des mécanismes climatiques passés et présents pour en comprendre la dynamique et améliorer les prévisions des changements en cours en particulier grâce à des simulations à grandes échelle. Elles étudient également, depuis le sol et l’espace, la composition de l’atmosphère notamment en gaz à effet de serre pour surveiller les changements planétaires et l’impacts des activités humaines sur l’environnement.
- Les mécanismes fondamentaux 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 mieux comprendre les modifications pathologiques associées aux cancers et aux maladies infectieuses, immunologiques et neurodégénératives, mais également de mesurer l’impact des changements environnementaux sur la biodiversité.
- L’organisation du cerveau et le code neural
Le CEA est un acteur majeur en neurosciences avec un ensemble unique d’instruments de pointe, depuis l’IRM humain le plus puissant du monde jusqu’au microscope trois-photons, des cryomicroscopes de haute résolution, en passant par des capteurs électriques et magnétiques ultimes, et des méthodes de stockage, de traitement et d’analyse des données par intelligence artificielle. Ces outils donnent des moyens d’investigations pour observer, cartographier et quantifier l’activité cérébrale et comprendre le fonctionnement cérébral depuis le neurone unique jusqu’à la dynamiques des réseaux connectés. Ils permettent également des études pour mieux comprendre les dysfonctionnements qui provoquent les maladies neurodégénératives et psychiatriques.
Pour mener à bien cette mission de recherche fondamentale, le CEA développe un ensemble d’outils innovants pour les besoins de ses recherches et de la communauté scientifique. Il conçoit et réalise de grands instruments qui contribuent à la compétitivité des grandes infrastructures de recherche nationales et internationales. Ces développements favorisent l’innovation et le transfert industriel dans les domaines des cryotechnologies (accélérateurs, grands aimants, spatial), des systèmes de détection, d’imagerie, de la simulation, du traitement de données et du calcul intensif.
Se positionner sur de grands enjeux sociétaux
À travers cette approche interdisciplinaire intégrant science et technologie, la recherche fondamentale du CEA contribue à apporter des solutions aux grandes questions de sociétés.
Dans le domaine du numérique, la recherche fondamentale du CEA a été pionnière sur les technologies quantiques. Aujourd’hui en alliant recherche fondamentale et recherche technologique le CEA est l’un des leaders européens du domaine. Le CEA est un élément clef de la stratégie nationale sur les technologies quantiques présentée en janvier 2021 par le Président de la République. À ce titre, le CEA co-pilote, avec le CNRS et l’Inria, le programme et équipements prioritaires de recherche (PEPR) avec des actions ciblées sur les qubits Silicium en technologie CMOS pour l’intégration à grande échelle, les qubits robustes supraconducteurs pour réduire les erreurs, les algorithmes et l’environnement logiciel ainsi que la communication quantique.
La recherche fondamentale explore de nouveaux matériaux et procédés visant à améliorer l’efficacité, les performances et la recyclabilité des technologies de l’énergie et à réduire l’utilisation de matières stratégiques, rares ou toxiques pour l’homme ou l’environnement. Le CEA déploie un ensemble de recherches en physique, chimie et biologie afin de convertir le gaz carbonique en produits de synthèse d’intérêt et ainsi développer une économie circulaire du carbone. Dans le domaine du nucléaire, les recherches fondamentales se concentrent sur les données nucléaires au service des réacteurs et du cycle ; les chercheurs mènent également des recherches sur la fusion par confinement magnétique afin de produire une électricité décarbonnée. La prédiction des impacts des changements du climat et de l’environnement participent également à la construction d’une vision intégrée de l’énergie.
Dans le domaine de la santé, l’expertise du CEA dans les sciences du vivant et les infrastructures de recherche associées dont il dispose, articulées avec les briques technologiques qu’il développe et ses compétences dans le numérique, le positionnent comme un acteur des technologies de la médecine de demain, répondant à plusieurs objectifs :
- contribuer à l’imagerie biomédicale du futur ;
- développer des dispositifs médicaux pour la détection et le diagnostic ;
- développer des solutions vaccinales et immunologiques contre les maladies infectieuses émergentes ;
- contribuer au développement de nouvelles approches thérapeutiques ;
- développer le numérique au service de la santé.
Dans le domaine de la Défense enfin, les travaux des équipes de la recherche fondamentale participent à la recherche duale dont le programme interministériel de R&D NRBC-E à travers, notamment, de la photonique avancée, des études sur l’antibiorésistance, des moyens de détection et des diagnostics des menaces biologiques et chimiques.
Contribuer à la structuration de la recherche et à l’innovation
Les équipes de la recherche fondamentale intègrent une forte composante pluridisciplinaire et d’ingénierie, qui participe au continuum de la découverte scientifique jusqu’aux applications. Elles travaillent le plus souvent au sein d’unités mixtes, participent aux stratégies de site des grandes universités de recherche (notamment des universités Paris-Saclay, Grenoble Alpes et Aix-Marseille) et aux écosystèmes régionaux de l’innovation en lien avec l’industrie.
La recherche fondamentale du CEA est également très engagée dans l’information scientifique et la formation. Par des avancées spectaculaires sur des sujets qui concernent les enjeux de société, elle participe à l’excellence du CEA et contribue aux progrès de la science et à son attractivité.
