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Les cellules eucaryotes et procaryotes peuvent s'adapter à leur environnement, en adoptant des phénotypes distincts de manière réversible et dynamique, et ce indépendamment des altérations génétiques. Ce phénomène, communément appelé plasticité cellulaire (ou transitions d'état cellulaire), est exploité par de nombreux types de cellules dans divers scénarios comme les processus métastatiques des cellules cancéreuses et dans les processus inflammatoires. Par exemple, dans le cancer, de rares sous-populations de cellules cancéreuses prolifératives dans la masse des tumeurs primaires ont la capacité de réduire la prolifération cellulaire pour adopter plutôt des propriétés de migration et d'invasion, ce qui permet à ces cellules de disséminer loin de la tumeur primaire, de coloniser des endroits éloignés dans le corps et d'ensemencer de nouvelles tumeurs dans d’autres organes vitaux. Lorsqu'elles sont exposées à des agents chimiothérapeutiques standard, ces cellules peuvent aussi adopter un état cellulaire tolérant aux médicaments qui alimente les rechutes, responsables de 90 % des décès liés au cancer. Dans le contexte de l'inflammation, les cellules immunitaires exposées à un agent pathogène (bactéries, virus, etc.) peuvent adopter un état cellulaire activé capable d'éradiquer cet agent pathogène. Fréquemment des phénomènes, encore mal connus, impliquant les cations métalliques endogènes interviennent. Une activation incontrôlée peut cependant être préjudiciable aux tissus sains et provoquer une inflammation aiguë conduisant à la mort de l'hôte, comme on l’a vu dans la COVID. La compréhension des bases moléculaires qui sous-tendent la plasticité cellulaire dans le contexte du cancer, de l'inflammation et de l’infection, et plus largement des cellules procaryotes, de la résistance aux antibiotiques et de la virulence bactérienne, peut révéler des cibles biologiques jusqu'alors inexplorées qui se prêtent à une intervention thérapeutique, ce qui renforce l'idée que le contrôle de l'état cellulaire peut conférer des avantages thérapeutiques. ​

Dans ce projet, nous avons réuni des experts issus de milieux scientifiques apparemment très différents afin de décrypter les mécanismes moléculaires de la plasticité cellulaire. Cela impliquera des chimistes organiciens de synthèse et (bio)-inorganiciens, des physico-chimistes, des biochimistes, des biologistes structuralistes et spécialistes du cancer, des neuroscientifiques, des biologistes cellulaires, des microbiologistes et des immunologistes qui, ensemble, seront en mesure de fournir de nouvelles connaissances de nature académique en combinant leurs expertises. ​

ChemCellState a pour fil conducteur le rôle des ions métalliques dans la régulation de ces phénomènes, dont l'exploration nécessite des interactions interdisciplinaires qui ne sont pas courantes dans le monde universitaire et qui caractérisent l'±«²Ô¾±±¹±ð°ù²õ¾±³Ùé PSL. Le programme est divisé en quatre axes interconnectés visant à 1. disséquer les différents aspects moléculaires et biologiques qui sous-tendent la plasticité cellulaire, 2. développer des outils biologiques et chimiques pour étudier la plasticité cellulaire, 3. développer des petites molécules de type médicament, notamment à base de métaux, capables de contrôler la plasticité cellulaire dans des contextes pathologiques et 4. développer des méthodes physico-chimiques en chimie quantitative et en modélisation pour contrôler et quantifier les paramètres qui caractérisent les transitions d'états cellulaires, avec un focus particulier sur le rôle des cations métalliques. Ce n'est qu'en réunissant toutes ces compétences que nous pourrons comprendre le mystère de l'adaptation cellulaire responsable de la progression de la maladie. Ce programme devrait jeter les bases du développement de la prochaine génération de produits thérapeutiques.

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L'objectif de CultureLab est de renforcer la position de PSL en tant que leader dans le domaine des sciences humaines et sociales computationnelles, en rassemblant un réseau important mais jusqu'ici informel de laboratoires. Les approches informatiques dans nos disciplines ne sont plus considérées comme une niche interdisciplinaire : elles font partie intégrante de la recherche traditionnelle. Pour qu'elles puissent déployer tout leur potentiel, une plus grande synergie est nécessaire entre leurs diverses applications, de la conservation des données à leur restauration, des simulations et de la modélisation à la visualisation des données, et des données textuelles à la culture visuelle et à la musique. CultureLab réalisera cette synergie au sein de PSL, en aidant notre communauté à recueillir et à annoter des ensembles de données culturelles à grande échelle (des textes aux images) ; en construisant des modèles théoriques solides et prédictifs pour les sciences humaines et sociales, afin de s'assurer que l'analyse des données informatiques n'est pas simplement exploratoire mais pilotée par des modèles informatiques ; en unifiant l'étude des processus historiques et sociaux à travers le temps, du présent sociologique immédiat à la longue durée historique ; et en contribuant à développer des modèles théoriques pour les sciences humaines et sociales, afin d'assurer que l'analyse des données informatiques ne soit pas simplement exploratoire. Culture Lab souhaite unir l'étude des processus historiques et sociaux à travers le temps, du présent sociologique immédiat à la longue durée historique et au-delà, jusqu'au passé profond de l'évolution culturelle humaine. Ces recherches vont au-delà du monde académique, à travers nos liens avec les institutions culturelles dont les collections peuvent tirer une nouvelle valeur de notre recherche. Pour maximiser la cohérence scientifique et l'impact de ce projet, une partie du financement que nous demandons sera concentrée sur deux post-doctorats longs incluant des financements de recherche, des chercheurs en début de carrière qui consacreront tout leur temps à CultureLab. Ils seront guidés par un comité exécutif qui agira pour favoriser l'émergence de projets communs inter-laboratoires par le biais de bourses de doctorat, d'études supérieures et de premier cycle, d'ateliers conjoints, d'écoles d'été, et par la mise en place d'une interface technico-administrative à partager entre les membres de CultureLab.

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Aujourd'hui, l'Institut Pierre-Gilles de Gennes (IPGG) est un écosystème interdisciplinaire au sein de PSL, englobant une recherche scientifique de pointe, une plateforme technologique, des actions de formation initiale et de formation continue, des actions d'innovation et de valorisation, et une connexion solide avec les industries par le biais du Carnot IPGG.​

Cette synergie au sein de PSL sera encore renforcée puisque le périmètre du prochain Grand Programme IPGG sera étendu non seulement à plusieurs équipes des 4 institutions IPGG mais aussi à des équipes de Mines ParisTech PSL et du Collège de France. L'arrivée de nouvelles équipes dans notre projet apportera une richesse de compétences et d'expertises nouvelles. En abordant les défis du 21ème siècle, y compris les transitions écologiques et énergétiques, ainsi que les questions critiques dans le domaine de la santé et des sciences de la vie, le projet IPGG apparaît comme une initiative pionnière.​

L'innovation dans ces domaines stratégiques nécessite des percées technologiques et conceptuelles. Le projet IPGG s'est engagé à aborder ces questions sociétales sous l'angle des concepts et technologies microfluidiques. Nous avons identifié des questions scientifiques importantes dans des domaines clés tels que les transitions environnementales et écologiques, la biologie et la santé. Ces domaines interconnectés sont prêts à connaître un impact transformateur grâce aux approches micro et nanofluidiques.​

Nous nous concentrerons sur le lancement de projets ayant un impact sur la transition écologique, en particulier dans le domaine des technologies à émissions négatives de CO2 et d'énergie.​

Simultanément, la communauté IPGG a fait ses preuves à l'interface de la biologie et de la microfluidique, illustrant comment les micro et nanotechnologies peuvent être exploitées pour répondre à des questions biologiques. Dans un avenir proche, nous souhaitons étudier le contrôle des fonctions biologiques et synthétiques basé sur l'auto-organisation, comprendre l'état stable et l'évolution des systèmes vivants et biosynthétiques dans des environnements changeants, et explorer des alternatives à l'expérimentation animale pour accélérer la découverte de médicaments. En outre, deux projets transversaux ont été identifiés pour être développés dans le cadre du projet IPGG, en se concentrant sur la chimie des flux et les approches de recyclage/upcyclage. Ces initiatives reflètent notre engagement à repousser les frontières scientifiques et à contribuer à trouver des solutions à certains défis mondiaux les plus urgents.

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Le « Grand programme de recherche » (GPR) « Les fabriques de l'antique : Construire et représenter les temps anciens » : FAn) propose de doter PSL d'un observatoire du passé et des multiples représentations des sociétés anciennes. Cette structure de recherche, unique dans le paysage académique français, a pour objectif d'étudier et d'analyser la formation des identités collectives, des mémoires culturelles et des régimes d'historicité dans les sociétés anciennes de toutes les aires culturelles et de toutes les époques historiques. Le programme contribuera ainsi à structurer les recherches menées par de nombreux partenaires qui, jusqu'à présent, ont eu tendance à travailler séparément sur le thème des constructions et des représentations de l'antiquité : 1. la construction du temps et ses différents enjeux : périodisation, modes d'historicité, etc. ; 2. la construction et la représentation des « temps anciens » non seulement dans les sociétés modernes et contemporaines, mais aussi, et tout autant, dans les sociétés anciennes elles-mêmes ; 3. la mise en forme linguistique du monde : les langues et les écritures comme objets d'histoire. Dans tous ces domaines, nous visons une approche globale des phénomènes historiques impliqués dans la construction de l’antique, de l'Asie orientale à l'Amérique centrale, en passant par l'Inde, le Proche-Orient et la Méditerranée. Institutionnellement, le programme présente une structure concentrique centrée sur les établissements et unités de recherche de l'±«²Ô¾±±¹±ð°ù²õ¾±³Ùé PSL dont il contribuera à renforcer les riches liens préexistants. Au-delà, le programme travaillera en étroite collaboration avec les musées (Louvre, Musée Guimet, Petit Palais), relais vers la société et eux-mêmes lieux publics où se construisent et se redéfinissent les représentations sociétales de l’antique. Le programme s'appuiera par ailleurs sur le Réseau des Écoles françaises à l'étranger (ResEFE) comme centres d'expertise et relais locaux pour les recherches de terrain.​​

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La « matière quantique » est un concept essentiel au centre d'une grande variété de systèmes physiques à l'intersection de la physique de la matière condensée, de la science des matériaux, de la physique des atomes froids et de l'ingénierie quantique. Bien que la description physique de tous les matériaux soit fondamentalement basée sur la mécanique quantique au niveau microscopique, les matériaux quantiques présentent une richesse de phénomènes quantiques émergents qui peuvent persister à travers une gamme plus large d'échelles d'énergie et de taille.Ìý Au-delà des matériaux traditionnels, tels que les semi-conducteurs ou les métaux, le concept de matériaux quantiques englobe une diversité de systèmes tels que les supraconducteurs, le graphène, les hétérostructures de van der Waals, la matière quantique topologique, les semi-métaux de Weyl, les oxydes complexes, les couches 2Dtorsadées, les liquides de spin quantiques ou les atomes refroidis par laser. Le projet Q-MAT est un projet fédérateur qui rassemble des équipes actives dans le domaine de la matière quantique de cinq institutions différentes de PSL : ENS, ESPCI Paris, Chimie ParisTech, Observatoire de Paris et Collège de France. Ce consortium offre un potentiel unique de collaboration entre les équipes sur les différents sujets couverts par le projet. Il englobe un large éventail d'approches expérimentales et théoriques qui permettront une fertilisation croisée et un transfert de connaissances entre les différentes communautés impliquées, avec l'objectif commun d'ouvrir de nouvelles directions de recherche qui pourraient faire le lien entre la matière quantique et les technologies quantiques dans le futur. Ce projet vise à fédérer et à coordonner les forces uniques présentes à PSL dans le domaine de la physique quantique et à promouvoir notre université en tant que leader mondial dans ce domaine de recherche dynamique.

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La physique statistique est la partie de la physique théorique qui met en œuvre une vision stochastique de la nature. Elle a connu de grands succès, comme la théorie cinétique des gaz, la mécanique statistique et la mécanique quantique, et a attiré et attire encore de grands esprits, comme Ludwig Boltzmann, Albert Einstein, Paul Langevin et, plus récemment, Giorgio Parisi (prix Nobel 2021) et Hugo Duminil-Copin (médaille Fields 2022). La physique statistique est aussi essentiellement liée aux mathématiques par le biais de la théorie des probabilités, et nous pouvons véritablement parler de physique statistique au sens large à travers la physique théorique et les mathématiques. L'objectif principal du projet est de mettre en place et de dynamiser une communauté scientifique autour de la physique statistique à PSL. Actuellement, plusieurs experts en physique statistique au sens large sont présents dans trois départements de PSL : CEREMADE, DMA, LPENS, et deux communautés : mathématiciens et physiciens théoriciens, intéressés par les systèmes aléatoires et complexes. Le projet vise à créer et organiser une communauté scientifique au-delà de ces frontières départementales historiques au sein de PSL, et à favoriser les fertilisations croisées entre les mathématiques et la physique. Plus largement, ce projet fera de l'université PSL un pôle visible de la physique statistique. À l'origine, la physique statistique est née du désir de déduire les propriétés thermodynamiques globales d'ensembles de particules à partir de la connaissance de leurs interactions microscopiques. Lorsque le nombre de particules est important, comme c'est le cas dans le monde réel, il est impossible de résoudre toutes les équations pour chaque particule. Au lieu de cela, il faut se rendre compte que le comportement des particules apparaît comme aléatoire. Les concepts essentiels de la physique statistique fournissent des méthodes pour comprendre le comportement global moyen et pour quantifier la probabilité des fluctuations extrêmes. Parmi les concepts scientifiques essentiels, on trouve les distributions de Boltzmann-Gibbs, les interactions entropie/énergie, les phénomènes de seuil liés aux transitions de phase, les systèmes de particules en interaction et les limites multi-échelles, les phénomènes de grande dimension pour les systèmes complexes, l'analyse asymptotique en termes de fluctuations et de grandes déviations. Ces méthodes s'appliquent également à tout système formé d'un grand nombre de constituants élémentaires qui interagissent de manière microscopique : animaux dans une population, neurones dans le cerveau, utilisateurs dans les réseaux sociaux, etc. Au cours du siècle dernier, le domaine a évolué parallèlement au développement des théories des champs en physique et de la théorie des probabilités en mathématiques. De nos jours, avec l'émergence d'énormes ensembles de données dans tous les domaines scientifiques, les méthodes de la physique statistique sont omniprésentes et d'autant plus pertinentes que des problèmes théoriques exceptionnels se posent chaque jour.

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L'objectif du projet ChemAI est d'amener l'±«²Ô¾±±¹±ð°ù²õ¾±³Ùé PSL à l'avant-garde de la révolution en cours de la science des données et de l'intelligence artificielle en chimie. Plus précisément, l'objectif de ce projet est triple : i) transformer la manière dont les données expérimentales et théoriques sont produites et collectées à PSL, en permettant la création de bases de données efficaces d'une importance cruciale pour le développement de modèles basés sur l’IA, ii) favoriser l'utilisation de la conception guidée par l'IA en chimie, permettant l'exploration d'un espace chimique beaucoup plus large que celui accessible par les moyens traditionnels, iii) réaliser des percées scientifiques, rendues possibles par l'IA, dans divers domaines de la chimie. Pour atteindre ces objectifs, nous envisageons la création d'un centre de données de recherche, facilitant l'enregistrement et le partage des données - à la fois au sein de l'université et au-delà, par le biais d'interfaces avec des bases de données communautaires existantes, spécifiques à un domaine - dans le but de favoriser une collaboration rationalisée entre les groupes de recherche expérimentale et théorique. En outre, nous avons l'intention de mettre à jour des parties essentielles de l'infrastructure de recherche des groupes participants afin de faciliter l'expérimentation basée sur des données à plus haut volume - et potentiellement à haut débit - en réalisant les investissements nécessaires au niveau universitaire. Grâce à un système de gestion des données universellement adopté et à une infrastructure de recherche actualisée, de nouveaux types de projets et de collaborations seront mis en place entre les différents groupes impliqués dans le projet. Plus précisément, nous envisageons quatre grands axes de recherche, dans lesquels l'±«²Ô¾±±¹±ð°ù²õ¾±³Ùé PSL a déjà fait preuve d'une grande expertise et a acquis une excellente réputation, et qui pourraient être renforcés par les investissements prévus : l'optimisation des transformations chimiques, c'est-à-dire la synthèse, la conception de matériaux, l'analyse et la prédiction d'informations complexes (résolues dans le temps), et la recherche fondamentale sur l'intelligence artificielle adaptée à la chimie. Grâce à l'implication de l'ensemble de la communauté des chimistes de l'±«²Ô¾±±¹±ð°ù²õ¾±³Ùé PSL dans ce programme de recherche majeur, nous espérons développer une nouvelle culture autour de la génération et de la gestion des données dans les différents laboratoires de chimie. Cette culture des données renforcera les activités et la réputation de l'université, non seulement en termes de recherche, mais aussi en termes d'enseignement, où nous prévoyons de former une nouvelle génération de chimistes et d'ingénieurs chimistes qui adopteront de plus en plus les outils de la chimie du futur axés sur les données.

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METASOFT a pour objectif de définir les contours scientifiques des prochaines décennies dans le domaine de la matière molle. PSL dispose traditionnellement d'une compétence reconnue dans ce domaine et doit se positionner dans des domaines stratégiques pour rester le leader mondial. @PSLMETASOFT a identifié un certain nombre d'axes de recherche de pointe pour révolutionner et inventer les technologies de demain, en s'appuyant sur l'expertise, le savoir-faire et la mise en commun de nos talents scientifiques présents danse la communauté. Nous voulons exploiter et combiner toutes ces technologies émergentes pour renforcer trois axes de recherche. Premièrement, nous voulons combiner l'expertise de PSL en matière de matériaux souples, de métamatériaux, de robotique souple et de conception, afin d'inventer les robots souples de demain. Deuxièmement, nous avons l'intention d'investir un effort de recherche considérable dans la compréhension des fluides complexes, jusqu'aux solides amorphes, qui sont des sujets d'importance stratégique pour l'industrie. Enfin, nous souhaitons nous positionner dans des domaines à fort impact environnemental, avec des stratégies complémentaires aux efforts actuels en matière de recyclage, de gestion de l'eau et de valorisation du CO2. @PSLMETASOFT, c'est 2 articles par jour, un brevet par semaine, une start-up par mois. Nous exploiterons ce dynamisme scientifique pour faire rayonner la science de la matière molle de PSL dans le monde entier.​

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