The Excellence of Science (EOS) est un programme s'étendant sur quatre ans et financé par le F.R.S.-FNRS, pour la Fédération Walllonie-Bruxelles, et par le FWO, pour la Communauté flamande.

Découvrez ici les projets EOS menés à la Faculté des Sciences.

Evolution and Tracers of Habitability on Mars and the Earth

Le projet ET-HOME vise à comprendre l’habitabilité de la Terre primitive et de Mars dans le passé et le présent. L’habitabilité est la possibilité d’un environnement à soutenir la vie, ce qui n’implique pas que la vie y soit forcément présente. Avoir de l’eau liquide est sans doute la condition minimale, mais d’autres paramètres vont être importants pour contrôler les conditions environnementales nécessaires à la vie.

Le projet comprend une approche multidisciplinaire, depuis la géochimie jusqu’aux simulations numériques, pour comprendre le rôle de facteurs géologiques (tectoniques des plaques, impact de météorites, volcanisme) et des signatures chimiques attribuées à des processus biologiques. Finalement, les missions spatiales présentes et futures seront utilisées pour comprendre l’évolution de l’habitabilité de la planète rouge, Mars, en la comparant avec la Terre ancienne.

Ce projet est coordonné par Vinciane Debaille et implique le Service G-Time de la Faculté des Sciences de l’ULB. Il associe l’UCL, l’ULiège, la VUB, l’UGent, l’Observatoire Royal de Belgique et l’Institut d'Aéronomie Spatiale de Belgique

Techniques symplectiques appliquées à la géométrie différentielle

Le thème central de ce projet est l’application des techniques et idées de la géométrie symplectique à la résolution des questions de la géométrie différentielle. À l’origine, la géométrie symplectique se situait à l’intersection de la géométrie et de la physique, mais ces 25 dernières années ont vu une véritable explosion de l’usage des méthodes symplectiques pour résoudre des problèmes beaucoup plus vastes. Ce projet entend continuer cette révolution, en confrontant des problèmes qui, à première vue, n’ont rien à voir avec la géométrie symplectique (variétés d’Einstein de dimension 4, surfaces minimales, géométrie conforme en dimension 3, feuilletages, invariants de variétés de dimension 3…) tout en contribuant aux théories qui se trouvent au coeur de la géométrie symplectique elle-même (systèmes intégrables, théorie de Floer, connexions symplectiques…).

Le projet est coordonné par Joel Fine (Service de Géométrie différentielle, Faculté des Sciences) et associe des chercheurs du Service de Géométrie différentielle, Faculté des Sciences.

Bio based factory: Sustainable chemistry from wood

Souvent décriés, les produits chimiques ont pourtant une importance majeure dans la vie quotidienne et ont des applications cruciales dans des domaines clés comme, par exemple, la santé, la communication, l’énergie, l’agriculture ou l’alimentation.

Leur production à large échelle est donc fondamentale et se fait majoritairement au départ de ressources fossiles non renouvelables telles que le pétrole, le gaz naturel ou le charbon. L’épuisement de ces ressources fossiles nécessite cependant un virage vers l’utilisation de nouvelles matières premières, qui doivent en outre être renouvelables et non-comestibles. Le bois, une des sources de carbone les plus abondantes sur terre, est un candidat idéal. L’objectif ambitieux du projet "Biofact" est de transformer la lignine, peu exploitée actuellement, en produits chimiques à hautes valeurs ajoutées. Ceci afin de considérer enfin le bois comme une alternative viable aux ressources fossiles traditionnelles.

Coordonné par la KULeuven, ce projet associe des équipes de l’ULB (Gwilherm Evano, Laboratoire de Chimie Organique, Faculté des Sciences), l’Ulg, l’UA, l’UGent et du Leibniz-Institut für Katalyse.

BCarbon nanomaterial enHanced opticAl fibRes for bioMedical Imaging and seNsinG

Grâce aux technologies liées aux nanomatériaux de carbone en 2D et en 1D, tels que le graphène et les nanotubes de carbone monofeuillet (SWCNT), de nouvelles découvertes ont pu être réalisées dans la détection des cellules et des molécules biologiques.

L’objectif global du projet CHARMING est d’explorer certaines caractéristiques de ces matériaux, et de mettre au point une nouvelle plateforme technologique qui permettrait de créer sur mesure des systèmes destinés à des applications diverses dans le domaine de la détection et de l’imagerie biomédicales. CHARMING exploitera ces caractéristiques pour fabriquer de nouveaux « laboratoires sur fibre » pour la biodétection plasmonique, ainsi que de nouvelles sondes microscopiques basées sur la génération de seconde harmonique.

Cette technologie peut être utilisée pour l’immunodétection dans des fluides complexes, par exemple le sérum ou le sang total. Les sondes peuvent cibler l’ADN, les protéines et les cellules avec un degré de sensibilité élevé, le seuil de détection étant inférieur à 1 picomolaire. Un autre objectif du projet CHARMING est de permettre la détection sélective dans un milieu complexe de 10 cellules, ainsi que le multiplexage de 3 régions de biodétection dans une unique fibre optique microstructurée. Il serait ainsi possible, grâce au projet CHARMING, de détecter les cellules tumorales circulantes avec un degré de sensibilité sans précédent.

Le projet est mené par des chercheurs de la VUB (université coordinatrice), de l’université d’Anvers, de l’université de Mons, de l’ULB (Erik Goormaghtigh – Structure et Fonction des Membranes biologiques, Faculté des Sciences) et de l’Instytut Technologii Materialów Elektronicznych.

Climate change and effect on Pollination Services

La pollinisation est un service majeur fourni aux écosystèmes par divers pollinisateurs (tels que les abeilles). La biodiversité de ces pollinisateurs a un impact économique direct sur l'agriculture. Diverses menaces accentuent cependant la pression sur ces communautés de pollinisateurs.

Le projet CliPS vise à comprendre l'impact du changement climatique sur les pollinisateurs et leurs activités. Les chercheurs se focaliseront sur les communautés d’abeilles sauvages et domestiques et estimeront leur efficacité de pollinisation sur deux types de cultures: celle des pommes et celle des tournesols. CliPS s’intéressera également aux mécanismes d'adaptation: suite au réchauffement climatique, on s'attend à ce que la distribution des espèces évolue dans l'espace (migration vers le Nord) et dans le temps (émergence plus précoce), tandis que certaines cultures importantes (comme les pommiers) sont susceptibles d’offrir une floraison retardée et plus longue. Ces projections permettront aux chercheurs d'évaluer les changements attendus dans la distribution des espèces de pollinisateurs en 2050 et en 2100, en Espagne, en France et en Belgique, ainsi qu’à l'échelle européenne.

Coordonné par l’Université de Gand, le projet associe l’Université de Mons et l’ULB (Nicolas Vereecken – Groupe d’Agroécologie & Pollinisation, Faculté des Sciences).

Prévisibilité et variabilité décennale à centennale du climat polaire: le rôle des interactions multi-échelles entre l'atmosphère, l’océan et la cryosphère

Les régions polaires ont été le théâtre de changements environnementaux spectaculaires au cours des 40 dernières années. Ces changements résultent des variations forcées (par exemple, dues aux activités humaines), d’une part, et des fluctuations internes du système climatique, d’autre part.
Quantifier la contribution spécifique de ces deux éléments reste cependant difficile, notamment à cause du faible échantillonnage des régions polaires, des couplages forts entre les composantes du système climatique, et du fait que les effets locaux se répercutent de manière globale.
Le projet PARAMOUR approfondira cette compréhension de la variabilité et de la prévisibilité du climat aux hautes latitudes. Les chercheurs utiliseront des prévisions climatiques rétrospectives (1980-2015) et prospectives (2015-2045) pour estimer le rôle des conditions initiales, des téléconnexions et des processus couplés sur l’évolution actuelle et future du climat.

Coordonné par l’Université Catholique de Louvain, le projet rassemble des équipes de l’Université de Liège, de la VUB, de la KU Leuven, de l’ULB (Frank Pattyn, Laboratoire de Glaciologie, Faculté des Sciences) et du Barcelona Supercomputing Center.

Experimental and theoretical study of the fundamental mechanisms of nitrogen fixation by plasma and plasma-catalysis: towards the development of novel, environmentally friendly and efficient processes

L’azote (N2) est un élément chimique utilisé pour former des plasmas froids de N2/O2 et N2/CH4, en phase liquide et gazeuse. Cependant, cette conversion de l’azote utilise actuellement des procédés très énergivores, comme le procédé Haber-Bosch.

Le projet NITROPLAS vise à acquérir une connaissance approfondie des mécanismes de conversion de l’azote dans ces plasmas froids. Pour accroître la vitesse et le rendement de conversion de N2, les plasmas seront également couplés à la catalyse. Le projet s’intéressera notamment à la synthèse des catalyseurs, leur caractérisation et leur fonctionnement in situ, ainsi que l’étude de la production de NOx, NH3 et HCN dans différents réacteurs. Un autre aspect concerne la caractérisation in situ de la décharge et des films minces catalytiques et de la caractérisation post-mortem des films catalytiques.

Le consortium comprend tous les principaux acteurs belges de la conversion de gaz par plasma froid, issus de l’UGent (coordinateur), UAntwerpen, UMons, et ULB (CHANI, F. Reniers, Faculté des Sciences & 4MAT, M.P. Delplancke, Ecole Polytechnique de Bruxelles)

From 2D to 3D crystals: a multi-scale, multi-technique and multi-system approach of the crystallization of organic molecules

Le polymorphisme est la présence de plusieurs structures cristallines au sein d’une substance donnée. Ce phénomène peut s’observer dans différentes catégories de composés à la fois naturels et synthétiques, utilisés dans de nombreux domaines: alimentation, explosifs, pigments, semiconducteurs, engrais, médicaments. Différentes structures cristallines du même composé, appelées polymorphes, présentent parfois des propriétés physiques, une réactivité chimique, et des fonctions biologiques très différentes, qui peuvent influencer par exemple les propriétés pharmaceutiques d’un composé donné. C’est pourquoi il est très important de comprendre et de maîtriser le polymorphisme.

Le projet "2Dto3D" permettra de répondre à certaines questions qui demeurent ouvertes dans ce domaine, telles que "combien de polymorphes existent pour un composé donné?" ou "quels sont les déterminants de la sélection des polymorphes?". Les chercheurs étudieront le polymorphisme induit par le substrat, c’est-à-dire la formation de polymorphes qui n’existent qu’à proximité de substrats solides, afin de mieux comprendre ce phénomène encore mal connu.

Ce projet réunit des chercheurs de l’ULB (Yves Geerts - Laboratoire de chimie des polymères, Faculté des Sciences), de l’université de Mons, de l’Universiteit Antwerpen, de l’université technique de Graz, de l’institut Max Planck de recherche sur les polymères, et de la KU Leuven (coordinateur). 

hEaVy Element REsearch for nuclear, atomic and astrophysics STudies

Les éléments chimiques les plus lourds du tableau de Mendeleev présentent un intérêt particulier pour la physique nucléaire, la physique atomique et l’astrophysique. La détermination de leurs propriétés atomiques et chimiques reste cependant complexe et les processus de fabrication de ces atomes lourds au sein des étoiles, mal connus.

Il est donc impératif d’étudier expérimentalement les noyaux les plus lourds accessibles en laboratoire et, pour les plus exotiques, de développer des modèles nucléaires et atomiques fiables. Le but de ce projet est d’effectuer des études précises de spectroscopie par laser et des expériences de fission sur les atomes les plus lourds accessibles. Les modèles seront améliorés et validés à partir des nouvelles données, puis seront utilisés pour prédire la structure nucléaire des éléments les plus lourds produits dans les explosions stellaires, pour effectuer des calculs de processus r et, en combinant avec des données observationnelles, pour estimer l’âge des étoiles.

Le projet rassemble plusieurs équipes de la KUL (coordinateur) et de l’ULB : Michel Godefroid (Chimie quantique et Photophysique, Faculté des Sciences), Stéphane Goriely & Sophie Van Eck (Institut d'Astronomie et d'Astrophysique, Faculté des Sciences)

The H boson gateway to physics beyond the Standard Model

En 2012, une particule scalaire a été découverte au LHC (CERN). Ses propriétés correspondent actuellement à celles du boson de Brout-Englert-Higgs (boson H) du modèle standard, dans la théorie actuelle des interactions fondamentales.

L’objectif global de ce projet, mené par une équipe de théoriciens et d’expérimentateurs, est d’utiliser le boson H pour sonder des domaines encore largement inconnus qui vont au-delà du modèle standard. Il s’agit tout d’abord de déterminer plus précisément les diverses formes de couplage du boson H au sein du modèle standard, y compris l’auto-couplage. Les chercheurs tenteront dans le même temps d’identifier de nouvelles particules scalaires qui pourraient être des « cousines » du boson H. Ils se concentreront ensuite sur un aspect particulier du boson H : celui-ci peut en effet être utilisé pour explorer un territoire entièrement nouveau, peuplé de particules et d’interactions encore inconnues. Cette exploration pourrait permettre de mieux comprendre les mystères de la matière noire et des neutrinos.

Ce projet est une collaboration entre l’UCL, la VUB, l’université de Gand, l’université d’Anvers, et des équipes de la Faculté de Sciences de l’ULB : Riccardo Argurio (Physique théorique mathématique) – Barbara Clerbaux, Laurent Favart et Pascal Vanlaer (IIHE) – Thomas Hambye et Michel Tytgat (Physique théorique).
Site web: https://be-h.be/ 

Verifying Learning Artificial Intelligence Systems

"Une grande responsabilité est la suite inséparable d’un grand pouvoir". Ceci s’applique sans conteste aux applications récentes de l’intelligence artificielle. Alors que la technologie progresse rapidement, les outils manquent pour obtenir des garanties fortes (quant à la sécurité, la vie privée, etc.) de ces nouveaux logiciels intelligents.
Une solution pourrait être trouvée via la vérification automatique de logiciels : cette discipline consiste à concevoir des méthodes (partiellement) automatisées pour améliorer la fiabilité des systèmes informatiques. Bien que ce domaine ait remarquablement progressé, il n’est pas encore applicable à des systèmes utilisant de l’intelligence artificielle ou de l’apprentissage automatique.

Ce projet vise à dépasser ces limitations en étudiant les bases communes de la vérification, de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle. Les résultats attendus sont de nouveaux formalismes, théories, et algorithmes pour une nouvelle génération de méthodes et outils de vérification adaptées à l’intelligence artificielle.
Ce projet rassemble des chercheurs de l’ULB (Emmanuel Filiot, Gilles Geeraerts & Jean-François Raskin - Méthodes formelles et vérification, Faculté des Sciences), de l’Université de Namur et de la KULeuven (coordinateur).

Mis à jour le 14 décembre 2018