Projets de recherche de l'année en cours

Participants : Bertrand Illien, Pierre-Eric Campos, Arnaud Marvillers

En général, la configuration relative d’une molécule est déterminée expérimentalement à partir de ses spectres de résonance magnétique nucléaire (RMN), d’infrarouge, d’UV-visible et de masse haute résolution. Néanmoins, il existe dans la littérature de nombreuses erreurs, notamment pour les composés présentant plusieurs centres d’asymétrie. La comparaison statistique (DP4+) des déplacements chimiques calculés par la chimie quantique, pour les différents diastéréoisomères possibles d’un composé, aux déplacements chimiques expérimentaux est aujourd’hui une méthode fiable pour vérifier ou corriger la stéréochimie relative issue de l’expérience.

La détermination de la configuration absolue d’un composé est importante si l’on souhaite comprendre son activité biologique, car deux énantiomères peuvent présenter des activités biologiques très différentes. Une des méthodes les plus utilisées en solution pour déterminer la configuration absolue d’un composé est de comparer son spectre de dichroïsme circulaire (DC) expérimental aux spectres théoriques de ses deux énantiomères calculés par la chimie quantique.

En solution, chaque molécule présente une certaine flexibilité, les spectres RMN et de DC expérimentaux sont donc des spectres « moyennés » par les différentes conformations de la molécule présentes en solution. Au niveau de la chimie quantique, il faut prendre en compte les effets de solvants et optimiser l’ensemble des conformères ayant une population significative à la température de l’expérience (température ambiante en général). Ensuite les déplacements chimiques RMN et le spectre de DC sont calculés pour chaque conformère. Enfin des déplacements chimiques et un spectre de DC moyennés par les populations de ces conformères sont calculés pour être comparer à l’expérience. Ceci est particulièrement important pour le DC car les spectres théoriques de DC varient souvent beaucoup d’un conformère à l’autre.

Cette année, nous appliquerons cette procédure à de nouvelles molécules naturelles, notamment à une molécule isolée de l’éponge Haliclona fascigera

Recherche de nouveaux agents thérapeutiques dans le traitement des lymphomes à cellules B

Participants : Guillaume Beck, Fabrice Gardebien

Ce projet vise à développer de nouvelles molécules agissant comme inhibiteurs de la protéine PI3K/p110δ pour tuer les cellules B tumorales exprimant cette protéine. A l'Université Joseph Fourier de Grenoble, l'équipe MEDCHEM du Département de Pharmacochimie Moléculaire du Pr. A. Boumendjel a réalisé des tests préliminaires expérimentaux d'inhibition de cette protéine à partir de la molécule MBL-II-103. Il s'avère que cette molécule possède des propriétés d'inhibition de la protéine PI3K/p110δ, même si l'inhibition mesurée demeure modeste et insuffisante à ce stade. Cette molécule fait partie d'une classe plus large de molécules appelées chalconoïdes ou chalcones qui sont d'origine végétale. Les chalconoïdes possèdent par ailleurs de nombreuses vertus (antibactérienne, antifongique, anti-inflammatoire et anti-cancéreuse). La particularité de MBL-II-103 est qu'elle peut également être classée comme un dérivé d'un polyphénol (les polyphénols, autres composés d'origine végétale, sont par ailleurs reconnus comme intrinsèquement bénéfiques pour la santé).

Dans le cadre d'une collaboration avec l'équipe MEDCHEM du Département de Pharmacochimie Moléculaire, l'objectif est de déterminer des modifications structurales de la molécule MBL-II-103 qui permettraient (a) d'augmenter ses propriétés d'inhibition vis-à-vis de l'isoforme δ (étant donné la faible inhibition jusqu'ici mesurée) et (b) de minimiser son effet d'inhibition des trois autres isoformes. Cette inhibition des autres isoformes est en effet attendue étant donné le fort taux d'identité (l'alignement multiple de ces isoformes indiquent un taux d'identité de 37%). 

En considérant les substitutions possibles à partir de la molécule MBL-II-103, la structure générale de la molécule de départ servira de canevas initial. L'équipe MEDCHEM synthétise de manière routinière ces molécules chalcones à partir de dérivés d'acétophénone et de benzaldéhyde. Il s'agira d'utiliser les techniques de modélisation et de simulation moléculaires afin de déterminer les modifications structurales qui permettent de satisfaire au double objectifs mentionnés précédemment. De ces interactions dépendront l'affinité (mesure de la force globale d'interaction entre la protéine et la molécule) ainsi que la spécificité vis-à-vis de PI3K/p110δ. La spécificité mesure la capacité de la molécule à interagir préférentiellement avec cette isoforme plutôt qu'avec les autres (p110α, p110β et p110γ). L'obtention d'une spécificité raisonnable vis-à-vis de la protéine cible contribue à diminuer les causes des effets secondaires associés à la molécule (sans pour autant, à elle seule, en garantir l'absence dans un organisme complexe comme l'homme).

Dans ce projet ces méthodes de modélisation et de simulation serviront à prédire de manière rationnelle les modifications structurales à apporter à la structure des chalcones. Les modifications structurales de ces molécules devront être associées à de bonnes affinités prédites par nos calculs (c'est-à-dire à des énergies moyennes prédites les plus basses possibles). La détermination précise de ces affinités permettra de classer les différentes modifications structurales envisagées par ordre d'intérêt. Seules les modifications associées aux meilleures affinités prédites seront proposées dans les étapes de synthèse chimique et de mesure d'inhibition qui seront réalisée par nos collaborateurs de l'équipe MEDCHEM de l'Université Joseph Fourier.

Génétique des populations de requins tigre et bouledogues dans le sud-ouest de l'Océan Indien

Participants : Agathe Pirog, Sébastien Jaquemet

Ce projet vise à estimer la connectivité et la taille des populations de requins tigre et bouledogue dans le Sud-Ouest de l'océan Indien en utilisant la génétique des populations. Les travaux pour calculer les flux de migration et les tailles efficaces se poursuivent cette année.

Participants : David Jean Dupreez, Nelson Bègue

Suite à l'installation des deux principaux codes, à savoir MIMOSA-CHIM (dans sa configuration sud) et MIMOSA, nous avons étudié la propagation du panache volcanique du Calbuco au sein de l'Hémisphère sud avec MIMOSA. Cette étude a fait l'objet d'un article en cours de review  pour publication dans ACP.

La validation du module chimie de MIMOSA au sein de la région tropicale par le biais de simulations basées sur l'évolution de l'ozone sur une période de 10 ans a aussi pu être effectuée.

Les perspectives pour cette année s'organisent suivant deux axes :

1) Finaliser la validation des performance du module chimique de MIMOSA au travers d'un cas d'étude d'enrichement d'ozone à la Réunion par le biais d'une masse d'air située en bordure du vortex polaire.

2) Développer un module aérosols dans MIMOSA et fusionner MIMOSA-CHIM à la version 8.1 de MIMOSA. Cela dans le but d'avoir un outils complet pour l'étude des aérosols au sein de la stratosphère tropical

Simulation numériques des ondes de gravité méso-échelles observées durant le cyclone Soudelor (2015) et la campagne ChArMEx 2013

Participants : Fabrice Chane-Ming, Samuel Jolivet, Petronille Kafando,  Frederik Kurzrock

Les modèles numériques actuels souffrent encore de biais persistants provenant de difficultés dans la représentation de la dynamique de la stratosphère. En particulier, la variabilité de la stratosphère dans la région équatoriale est dominée par une oscillation dans le vent zonal, l'oscillation quasi-biennale (QBO), qui est produite par les ondes équatoriales et tropicales excitées dans une large gamme d'échelles par la convection troposphérique. 

La plupart des modèles ne parviennent toujours pas à simuler une QBO réaliste.

De récentes études numériques de la dynamique de la stratosphère et de sa variabilité du climat, ont souligné la nécessité d'analyses plus observationnelles pour améliorer la simulation de la mousson africaine. Kafando et al. (2008,2015) analysent l'activité des ondes équatoriales et tropicales et leurs caractéristiques spectrales de longueurs d'onde <4 km durant la mousson africaine.La variation mensuelle de la densité de l'énergie des ondes permet de tracer l'évolution de la convergence intertropicale sur l'Afrique de l'Ouest. Deplus l'activité à long terme des ondes de gravité de janvier 2001 à Décembre 2009 met en évidence une forte variation d'année en année superposée à l'activité convective et la QBO.

Dans ce projet, on intégrera la modélisation méso­échelle pour étudier l'activité et le rôle des ondes de gravité pendant la mousson africaine et s'inscrit dans les objectifs de la nouvelle thèse de P. Kafando, MC à l'Université d'Ouagadougou (encadrement de thèse : M. Petitdidier (CNRS LATMOS), F. Chane Ming (UR, LAcy), S. Jolivet (Reuniwatt)), bourse du ministère des affaires étrangères). On exploitera les modèles Meso-NH et WRF sur le calculateur Titan pour engager l'étude dans une perspective de réaliser les simulations importantes sur des calculateurs nationaux.

Ces simulations seront utilisées pour fournir des proxy de la génération ondes de gravité qui pourront être appliqués aux réanalyses afin d'estimer la contribution des ondes de gravité à l'échelle globale et en particulier à la dynamique de la QBO tropicale. Cette étude engagée par le LACy et le LATMOS s'inscrit dans le projet StraDyVariUS ANR-13-BS06-0011-01.

Perspectives de cette année : modéliser les ondes de gravité produites par le jet-streak durant Charmex 2013 et par les cyclones asymétriques.

Participants : Chao Tang, Peng Li, Béatrice Morel

In the South West Indian Ocean (SWIO) where the solar resource is abundant, solar energy appears to be an interesting alternative to conventional sources of energy for electricity generation. In this regard, Reunion Island, which is looking to reach energy self-sufficiency by 2030, is actively engaged in the development of photovoltaic (PV) and concentrating solar power (CSP) systems. However, the design and deployment of these systems require a comprehensive assessment not only of the mean characteristics of the solar resource at any location but also its temporal repartition. In particular, the impacts of possible climate change of the solar resource on system performance need to be addressed when considering the life expectancy of solar energy systems (>20 years for PV panels).

In this project, we propose to evaluate possible changes of the solar resource at regional scales over SWIO in the 21st century. To that end, we will complete an array of high-resolution simulations of present and future climate with a regional climate model. Initial and lateral boundary conditions for these simulations will be obtained from different global climate models used in the Coupled Model Intercomparison Project in support of the Intergovernmental Panel on Climate Change 5th Assessment Report. An energy module to fit with the outputs from the regional climate simulations will also be developed in order to quantify possible impact of climate change on solar power potential delivered by PV and CSP systems.

I was running the regional climate model RegCM4 on titan. This model calculate climate information at regional scale based on the fundamental physical equations and parameterizations of some physical processes. The model could have different combinations of parameterizations. Also different research domain prefers different parameterizations. To find the optimistic physical configuration of my research domain, I have tested RegCM4 with a serious of different model configurations on titan.

The new works on titan in the new year is to simulate the future climate using RegCM4. Simulating climate is a computer-resource-consuming task. As estimated based on our running experience on titan, this task will running several months to one year. So, if it's possible to increase the available CPUs or calculating walltime will be very helpful.

Participants : Fabrice Fontaine, Anthony Dofal

L'analyse des données sismologiques des stations permanentes installées à La Réunion et autour du point chaud de La Réunion permet grâce à la méthode des fonctions récepteurs d'obtenir une cartographie des interfaces sismiques : croûte-manteau et entre l’édifice volcanique et la croûte.

Nous avons déployé fin 2012 un réseau de 57 stations sismiques larges bandes sur le plancher océanique autour du point chaud de La Réunion et 10 stations sismologiques ont été installées à La Réunion dans le cadre du projet RHUM-RUM (Réunion Hotspot and Upper Mantle – Réunions Unterer Mantel, www.rhum-rum.net). Les stations sismiques sont restées installées pendant 13 mois sur le plancher océanique.

L'analyse des données sismologiques des stations RHUM RUM installées à La Réunion et autour du point chaud de La Réunion permettra grâce à la méthode des fonctions de transfert d'obtenir une cartographie des interfaces sismiques : entre l’édifice volcanique et la croûte, entre la croûte et le manteau et entre la lithosphère et l’asthénosphère. L’orientation des stations sismologiques déployées sur le plancher océanique a été déterminée par des méthodes de polarisation dans le cadre du travail de thèse de Scholz J.-R. (Scholz et al., Geophysical Journal International, 208, 1277-1289, 2017). L'année 2016-2017 devrait permettre de cartographier en grande partie les structures de la lithosphère à La Réunion et autour du point chaud grâce à la méthode des fonctions de transfert. L'analyse de ce grand nombre de données nécessitera d'importantes capacités en calcul parallèle. Une thèse débutera à l’Université de La Réunion en octobre 2017 sur ce sujet (thèse de A. DOFAL).

Modélisation numérique des coulées de débris volcaniques

Participants : Claude Smutek, Pierre Saramito, Olivier Ozenda

Dans ce travail, nous nous intéressons aux coulées de débris : il s’agit,comme pour les avalanches de neige ou bien les coulées de lave, d’un fluide à seuil.Cependant, les mécanismes spécifiquement granulaires y sont à l’œuvre : la migration des débris et la ségrégation jouent un rôle primordial dans ce type d’écoulements. Sous l’effet de l’écoulement, les débris, plus lourd que le fluide, migrent vers la surface, là où l’écoulement est plus rapide qu’au fond. Ils sont alors emporté plus rapidement vers l’aval : au front avant, les gros blocs s’accumulent. L’écoulement devient alors constitué d’un front composé de gros blocs, suivit par une traînée de débris de plus en plus fins. Cette hétérogénéité de l’écoulement peut être prise en compte dans la modélisation par une équation de migration des débris, décrits par leur fraction volumique et leur taille.

Dans un premier temps, nous aborderons la modélisation de la migration, avec une équation satisfaite par la fraction volumique. Pour des écoulements simples (Couette, Poiseuille) les résultats de simulation seront comparés à des expériences de laboratoires disponibles dans la littérature. Cette modélisation sera ensuite complétée par la prise en compte de l’hétérogénéité de l’écoulement avec une distribution de taille.

Dans un deuxième temps, nous développerons des modèles numériques pour des écoulements mince : des modèles réduits permettent de passer d’une description 3D à 2D surfacique, et de traiter ainsi des problèmes réalistes de coulées de plusieurs kilomètres pour des hauteurs de quelques mètres sur des topographies complexes.

Participants : RAMAHATANA Faly, DAVID Mathieu

Création et test d’algorithme / politique de gestion de système de stockage d’énergie couplé avec une source renouvelable afin de minimiser l’apport du réseau sur l’alimentation du bâtiment.

Participant : Philippe Lauret

Autant d’un point de vue technique qu’économique, il est aujourd’hui difficile de se prononcer sur la pertinence d’un recours massif à des petits stockages d’énergie décentralisés par rapport à la centralisation dans des systèmes de stockage de grande capacité. Pourtant, une connaissance approfondie de cette problématique serait utile pour l’orientation des politiques publiques en la matière (appels d’offres, incitations et législation) ainsi que pour le développement d’une filière industrielle locale autour du stockage.

L’objectif de ce programme de recherche est d’étudier par rapport à la problématique de l’intermittence d’une part les apports et les coûts comparés de solutions de stockage centralisé par rapport à une multitude de stockages diffus dans le réseau électrique réunionnais et d’autre part la gestion des écrêtements de production ENR lorsque la sureté du système l’exige. Ce programme de recherche se décline en trois tâches : l’étude du foisonnement spatio temporel, la comparaison entre stockage centralisé et stockage diffus et enfin l’évaluation comparative entre déconnexion ciblée et écrêtement réparti notamment vis-à-vis de l’impact sur l’intermittence globale du parc de production ENR restant.

Participant : Mathieu Zubialde, Alain Bastide

Modélisation fine des écoulements d'air dans les bâtiments en tenant compte des conditions limites à fine échelle établies à partir des données météorologiques déterminées par des modèles de climat. L'idée est d’identifier le potentiel climatique à fine échelle pour la conception bioclimatique et de tenir compte de phénomènes locaux pouvant favoriser le confort des bâtiments fonctionnant partiellement ou totalement en ventilation naturelle. A partir de ces informations, une modélisation fine des écoulements d'air dans les bâtiments est réalisée. On sait actuellement quel renouvellement d'air constant il faut viser pour avoir des conditions de confort satisfaisantes dans les bâtiments. Mais les prévisions de ces conditions de confort doivent être basées sur l'estimation fine des écoulements aérauliques (notamment les débits réels de renouvellement d'air et la vitesse de l'air) en fonction du vent limite. Les outils de conception classiques (codes de STD) montrent des limites pour l’analyse de ces problématiques avec l'utilisation de modèles en pression. Les pistes d'analyse se tournent vers les outils de CFD ou la co-simulation (couplage code STD avec des codes dédiés à l'aéraulique).

Participants : Mathieu DAVID, Faly RAMAHATANA

Une prévision localisée du rayonnement solaire pour l'île de la Réunion a été réalisée par une descente d'échelle avec le code régional WRF à partir des résultats du modèle global GFS. Ces prévisions pour le jour suivant (J+1) ont été réalisé pour une année de test (2011) et comparées avec des mesures au sol. Pour corriger les erreurs de prévision, des analyses statistiques ont été menées. Elles ont conduit à l'élaboration de 2 modèles de corrections (Filtre de Kalman et Réseau de Neurones). Les modèles de corrections sont limitées dans leur performance si l'on ne considère que la série temporelle du rayonnement. Un ajout de données exogènes apparaît nécessaire pour accroître la précision des prévisions à l'échelle locale.

D'autre part, la descente d'échelle souffre des faibles performances du modèle global GFS pour la zone Océan Indien (résolution trop grossière). Un couplage du modèle régional WRF avec les prévisions du modèle global ECMWF réputé comme plus performant va être testée.

Des simulations et du traitement numérique de prévisions réalisées par les modèles atmosphériques GFS et WRF ont été réalisés en 2013-2014 pour améliorer les entrées de modèles statistiques de prévision du rayonnement solaire.

L'objectif est de continuer des travaux entamés dans le cadre de la prévision du rayonnement solaire.

Les travaux réalisés sur le calculateur ont permis de mettre en place un cadre de test nécessaire au développement de méthodes de post-processing de la prévision de rayonnement solaire générée par des modèles de Prévision Numérique du Temps (PNT).

Les approches développées jusqu'à aujourd'hui pour corriger les prévisions du rayonnement solaire par des PNT globaux ou méso-échelles s'appuient uniquement sur des données endogènes. Une collaboration avec le LACy et le Laboratoire de Météorologie Dynamique (IPSL) est en cours pour déterminer les paramètres exogènes influençant la formation nuageuse à La Réunion et prédits avec fiabilité par les PNT. Les perspectives sont d'utiliser ces données exogènes dans de nouvelles méthodes de post-processing permettant d'améliorer encore plus significativement les prévisions du rayonnement solaire.

Participants : Mathieu DAVID, Faly RAMAHATANA

L'objet de ce projet est de réaliser une descente d'échelle des résultats issus du modèle atmosphérique global IFS avec le modèle local WRF.

Participants : Delphine Ramalingom, Pierre-Henri Cocquet, Alain Bastide

Ce projet a pour objet d'étudier les transferts thermiques dans des géométries type canal vertical et d'identifier par la méthode d'optimisation topologique les formes les plus adaptées aux objectifs de l'industriel (échangeurs thermiques, mur trombe, ...).

Participants : Garry Rivière, Alain Bastide

On cherche à contrôler les écoulements d'air dans une cavité en mécanique des fluides numériques. Il est nécessaire de réaliser des comparaisons avec des benchmarks numériques et de lancer plusieurs calculs en parallèle pour étudier l'impact de différents paramètres.

Un premier travail a porté sur l'optimisation de la forme d'une conduite d'aération en forme de Té pour un écoulement incompressible et isotherme. L'étude s'est axée sur une optimisation topologique de la conduite par la méthode continue de l'équation adjointe.

Ensuite, nous nous sommes orienté vers l'optimisation topologique de conduites de ventilation soumise à deux régimes d'écoulement (laminaire et turbulent).  

Pour cette année les travaux seront dans la continuité de l'année précédente avec une modification des modèles de turbulence.

Participant : Marania Hopuare

L'objectif du projet COBIOPOL est d'élaborer un fichier de données climatologiques sur Tahiti exploitable par les bureaux d'études en bâtiments. Le réseau d'observations météo étant très restreint sur Tahiti, le recours au modèle de climat permet d'avoir des données météo sur toute l'île (après validation par les observations) à 4 km de résolution.  

Après une classification en régimes de temps sur Tahiti, 4 régimes ont été identifiés et plusieurs dates ont été simulées en faisant une descente d'échelle avec WRF jusqu'à 1.33 km de résolution. Une évaluation du potentiel de ventilation naturelle a été réalisé sur Tahiti à l'aide des 4 régimes modélisés.

Les travaux vont maintenant consister à tester la sensibilité des simulations sur Tahiti à plusieurs schémas de paramétrisation et, ensuite à réaliser une descente d'échelle avec les paramètres optimaux du climat de Tahiti.

Participant : Hervé Pascalis

L’objectif du projet Phylo-Viro consiste en l'étude de nouveaux paramyxovirus hébergés chez des micromammifères terrestres (tanrec, rats, etc.) ou volants (chauves-souris) de la zone du sud ouest de l'océan Indien (SOOI). Par des études phylogénétiques, phylodynamiques et phylogéographiques, il est possible de :

• Tenter de positionner ces nouveaux virus parmi les Paramyxoviridae (classification taxonomique),
• Tenter de déterminer la datation (Phylodynamique) des flux viraux inter-îles du SOOOI et avec le reste du monde;
• Tenter de déterminer l'orientation des flux viraux (biogéographie).

Ces différentes approches phylogénétiques permettent de mieux comprendre l'histoire évolutive de ces nouveaux paramyxovirus et d'appréhender certains aspects liés à l'émergence des virus zoonotiques.

Nos travaux en cours de soumission, ont permis de démontrer, entre autres, que le genre Morbillivirus (Rougeole, Oreillons, etc.) procéderait d'un lignage ancestral de paramyxovirus issus des Rodentia.

Participant : Hervé Pascalis

Depuis 2016, les Seychelles font face à une très forte épidémie de Dengue, et ceci est toujours d'actualité en 2017. Les Seychelles étant à un carrefour aéroportuaire important, nous ne savons pas encore quelle est l'origine des souches actuellement en circulation. Nos travaux devraient pouvoir permettre de statuer sur l'origine de ces souches virales, et permettre également de déterminer depuis quand réellement ces souches auraient pu circuler de façon asymptotiquement en population humaine avant l'avènement de la première vague épidémique de 2016.

Participants : Colette Cordonin, Yann Gomard, Pablo Tortosa

La leptospirose est une maladie humaine d'origine animale. Dans les îles du Sud Ouest de l'Océan Indien, cette maladie représente un problème de santé publique majeur. L'objectif principal du présent projet est de caractériser les leptospires (bactéries pathogènes à l'origine de la leptospirose)  issues la faune sauvage de différentes îles de la région. Pour cela nous avons besoin du supercalculateur pour réaliser les phylogénies de ces bactéries afin de les identifier mais aussi d'évaluer leur diversité.

Nous avons réalisé un séquençage shotgun de leptospires isolées à partir de la faune régionale, et souhaitons achever l'assemblage grâce à un nouveau jeu de données (PacBio) obtenu à partir des mêmes souches.

Etant en fin de thèse l'objectif est de compléter et de terminer les phylogénies grâce au supercalculateur afin que les résultats soient valorisés rapidement.

Analyse des communautés bactériennes des tiques de certaines îles du Sud-ouest de l'Océan Indien

Participant : Yann Gomard

A travers ce projet nous allons explorer les communautés des bactéries hébergées par différentes espèces de tiques d'oiseaux de la région du Sud-ouest de l'Océan Indien. L'objectif principal est de tester si nous avons des variations dans la diversité de ces tiques en fonction de plusieurs paramètres : île d'origine, espèces d'oiseaux, les différents stades de vies des tiques ... Le supercalculateur sera sollicité pour les analyses des séquences bactériennes obtenues.