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Améliorer les thérapies par Deep Brain Stimulation (DBS) pour mieux soigner la maladie de Parkinson

La DBS, qui consiste en une stimulation électrique de certaines zones cérébrales, est aujourd’hui l’une des thérapies privilégiées dans le traitement des symptômes moteurs parkinsoniens. Mais elle souffre encore d’importantes limites auxquelles Antoine Chaillet souhaite remédier grâce aux principes de l’automatique. Certains symptômes étant liés à des oscillations cérébrales intempestives dans des zones profondes du cerveau, l’enseignant-chercheur propose ainsi d’atténuer ces oscillations et d’affiner la DBS pour qu’elle s’adapte en temps réel à l’état du patient, à partir de mesures provenant d’électrodes implantées. Son objectif : adapter l’intensité et la force du signal de stimulation pour rendre le traitement plus efficace… et énergiquement plus économe.

Antoine Chaillet effectue ses travaux au sein du Laboratoire des Signaux et Systèmes (L2S), en collaboration avec l’Hôpital Henri-Mondor de Créteil.

Mieux traiter le cancer du sein grâce aux mathématiques

Le traitement reçu par une femme atteinte d’un cancer du sein a-t-il un impact sur la durée de survie sans rechute ? Quels sont les gènes pertinents qui permettent d’expliquer la durée de survie sans rechute ? Peut-on prédire cette durée en fonction des caractéristiques génétiques propres à chaque patiente ? Telles sont les questions auxquelles Sarah Lemler souhaite apporter des réponses par une analyse statistique reliant la durée de survie sans rechute à des variables génétiques et cliniques (âge, taille de la tumeur, stade de la maladie…). Sarah travaille ainsi sur une cohorte d’environ 250 patientes, disposant pour chacune d’entre elles de 6 variables cliniques et de près de 45 000 niveaux d’expression de gènes. Son objectif : améliorer les traitements en agissant plus spécifiquement sur les gènes qui influencent la durée de survie des patientes. Un enjeu au cœur de l’essor de la médecine personnalisée.

Sarah Lemler est Maître de conférence rattachée au Laboratoire Mathématiques et Informatique pour la Complexité et les Systèmes (MICS).

Comprendre et reconstruire le vivant grâce à l'ingénierie tissulaire

L’ingénierie tissulaire vise à la conception de systèmes bio-artificiels d’une part et la création de tissus et d’organes fonctionnels d’autre part. Elle ouvre la voie à la médecine régénérative permettant la réparation ou le remplacement d’organes endommagés en s’affranchissant des contraintes du don d’organes et du rejet des greffes. L’ingénierie tissulaire est interdisciplinaire : elle intègre les sciences de l’ingénierie et de la biologie à la médecine et à l’exercice clinique.

En cas de blessure traumatique entraînant une perte de substance osseuse importante, le processus naturel de guérison est altéré. Dans cette indication clinique, le « gold standard » chirurgical est l’autogreffe. Cependant, le stock osseux du patient est limité. Une alternative à ce traitement de référence est donc nécessaire. Bertrand David mène des recherches sur la possibilité, en appliquant les principes de l’ingénierie tissulaire, de produire des substituts osseux ostéogènes, véritable alternative à l’autogreffe, à partir de biomatériaux et de cellules souches grâce à une meilleure compréhension et par conséquent, une meilleure maitrise de l’influence de la mécanique sur le vivant.

Bertrand David est chercheur CNRS au sein du Laboratoire de Mécanique Paris-Saclay (LMPS).

BioArtLung

Porté par l'Hôpital Marie Lannelongue, le projet BioArt Lung a pour objectif d'apporter une réponse thérapeutique innovante dans la prise en charge de l'insuffisance respiratoire terminale. Cette insuffisance est causée par un dsyfonctionnement du ventricule droit dû à la résistance opposée par une hypertension pulmonaire). La transplantation pulmonaire est aujourd'hui la seule solution possible. Ce projet propose de développer un dispositif médical implantable utilisant une source d'énergie portable favorisant l'autonomie des patients.

Un écosystème exceptionnel au service de la santé et des sciences du vivant

Laboratoire ou équipe	Directeur / responsable	Domaines de recherche
Centre de Vision Numérique CVN	J.C. Pesquet	Imagerie, numérique, traitement du signal, modélisation
Energétique Moléculaire et Macroscopique EM2C	S. Ducruix	Energétique, combustion, physique, mathématiques appliquées
Laboratoire de Génie électrique de Paris GeePs	C. Marchand	Génie électrique, matériaux, électromagnétisme, caractérisation de matériaux pour l’électronique et pour l’énergie
Institut d'électronique et des Technologies du Numérique de Rennes (IETR) - Equipes AUT & AIMAC	G. Andrieux R. Séguier	Automatique, traitement du signal, télécom Réalité virtuelle et augmentée
International Laboratory on Learning Systems (IRL ILLS)	P. Piantanida	Intelligence artificielle
Laboratoire des Signaux et Systèmes L2S	P. Bondon	Automatique, traitement du signal et statistiques, télécom
Laboratoire Génie Industriel LGI	B. Yannou	Génie industriel, management, économie
Laboratoire Génie des Procédés et Matériaux LGPM	F. Puel	Ingénierie des Procédés de production et transformation de la matière, Elaboration de matériaux et biomatériaux
Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique (LISN)	S. Rosset	Sciences du numérique
Laboratoire de Mécanique de paris-Saclay LMPS	P.-A. Boucard	Mécanique des matériaux et des structures
Laboratoire Lorrain de recherche en informatique et ses applications (LORIA)	Y. Toussaint	Fabrication additive, traitement du signal
Lumière, Matière et Interfaces (LuMIn)	F. Bretenaker
Mathématiques et Informatique pour la Complexité et les Systèmes - MICS	C. Hudelot	Mathématiques appliquées Informatique
Structures properties and Modeling of solids SPMS	H. Dammak	Physique, chimie, matériaux

La santé et les sciences du vivant s’inscrivent au coeur des compétences historiques et des missions de Centralesupélec.

Secteur en pleine mutation, la Santé et plus généralement le vivant, doit relever de multiples défis, qu’ils concernent les diagnostics de plus en plus précis, la mise au point de nouveaux traitements, la prise en charge toujours plus personnalisée et connectée du patient, ou encore l’organisation des systèmes de soin. L’industrie des bioprocédés est également en pleine transformation technologique comme économique.

Face à ces nouvelles problématiques, les progrès réalisés s’appuient sur des ruptures scientifiques et technologiques diverses et font de plus en plus appel à une multitude de compétences. Or, ces progrès ne pourront être réalisés que par une démarche associant 3 grandes composantes :

le monde traditionnel de la santé (médecine, pharmacie, biologie)
le monde de l’ingénieur et ses disciplines historiques (mathématiques appliquées, physique, science des nano-objets, mécanique, génie électrique et électronique…)
une approche scientifique fondée sur le triptyque « modélisation - simulation - caractérisation expérimentale », véritable marque de fabrique de notre École.

Nous touchons là non seulement au coeur des compétences historiques de CentraleSupélec et à son positionnement de spécialiste des systèmes complexes, mais également au cœur de ses missions : la formation, la recherche, l’innovation et la valorisation au plus haut niveau scientifique, au bénéfice de la société et des entreprises.

En matière d’enseignement, tout d’abord, le domaine de la Santé et du Vivant est déjà pleinement intégré au cursus Ingénieur CentraleSupélec, de la 1re à la 3e année.

L’implication de notre Centre de recherche est également remarquable, la quasi-totalité des laboratoires, sur 4 campus (Paris-Saclay, Metz, Rennes et Pomacle), étant investie de manière pérenne dans le domaine de la Santé et des Sciences du vivant.

S’y ajoutent les liens privilégiés tissés par l’École d’une part avec le monde des entreprises et d’autre part avec de grands organismes de recherche français et internationaux. À ce titre, les accords-cadres déjà signés avec l’INSERM, l’IRSTEA, l’AP-HP et, plus récemment l’Institut Gustave Roussy, constituent de véritables marques de reconnaissance de nos compétences.

Au vu des domaines d’excellence de l’École et de sa réelle implication dans ses missions d’enseignement, de recherche et d’innovation, on peut affirmer que CentraleSupélec est LA grande école d’ingénieurs engagée pour la Santé humaine.

En enseignement et en recherche, CentraleSupélec a développé des compétences dans les 4 secteurs de l’ingénierie pour la santé

La modélisation pour la santé (thérapies)
L’instrumentation de pointe (MedTech)
L’ingénierie tissulaire
Les services pour la santé

Edito

Laboratoires
impliqués

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La Fabrique

Quelques exemples

Ecosystème

Chaire Risques et Résilience des Systèmes Complexes

La Chaire RRSC est une chaire de recherche et d’enseignement dédiée à l’analyse des risques et l’optimisation de la résilience des infrastructures critiques. Elle se base sur des méthodes d’analyse issues du domaine de la fiabilité et des techniques de modélisation probabilistes et statistiques développées en mathématiques appliquées. L’objectif final est de résoudre des problèmes de décision et d’optimisation sous incertitude qui engagent les trois partenaires de la chaire, à savoir EDF, Orange et la SNCF.

Titulaire : Anne Barros
Partenaires : EDF, Orange et SNCF
Site web de la chaire

SINAPSE : salle 3D immersive pour la recherche et l’enseignement

Digiscope est un réseau de plateformes pour la visualisation interactive de grandes quantités de données et de calculs complexes. Installées au sein de l'Université Paris-Saclay, les dix salles de Digiscope sont interconnectées par un réseau de téléprésence permettant la collaboration distante. Les applications visées sont la recherche scientifique, la conception industrielle, l'aide à la décision et la formation. CentraleSupélec a développé l’équipement Sinapse (Salle Interactive Numérique d’Affichage pour Pédagogie et Science d’Excellence), un mur d’images reposant sur un système de rétroprojection en 3D sur un écran d’environ 11m2. Les utilisations principales de la plateforme sont la visualisation de données scientifiques issues du calcul haute performance, l’enseignement et les projets d’élèves.

Pour augmenter l’immersivité, el suivi du mouvement est assuré par 4 caméras infra-rouges. La puissance de calcul pour le rendu temps réel est assurée par une machine possédant 32 cœurs, 1 To de RAM, 2 cartes graphiques Nvidia K6000 et des disques SSD.

Chaire FlexTech : conception anthropocentrée

Développée en partenariat avec l’ESTIA, la Chaire FlexTech est une chaire de recherche et d’enseignement dédiée à l’intégration humains-systèmes dans les systèmes complexes à autonomie croissante. Elle se base sur la démarche innovante du Human Centered Design (HCD), place l’humain et les organisations au cœur des problématiques industrielles et sociétales. Cette méthode a fait ses preuves depuis vingt ans dans les domaines de hautes technologies (notamment aérospatiales) nécessitant une approche flexible et demande à être développée sur le plan scientifique et technique.

Titulaire : Guy André Boy
Partenaires : Armée de l’Air, CS-Group, ESTIA
Site web de la chaire

FAPS (Fabrication Additive Paris-Saclay) : une plateforme collaborative de fabrication additive

L’Initiative de Recherche Stratégique FAPS, co-financée par l’Université Paris-Saclay, a pour objectif de mettre à disposition une plateforme équipée d’une machine SLM ainsi que d’une cellule robotisée de fabrication additive et soustractive s’appuyant sur le procédé de dépôt de fil laser. Ces équipements complètent ceux déjà disponibles, tels que la tour d’atomisation de l’ONERA et le tomographe à rayons X de l’ENS Paris-Saclay, deux équipements de l’Equipex MATMECA, ainsi que la machine cinq axes de projection de poudre de l’école Polytechnique et de l’ENSTA.
Les Membres de l’IRS-FAPS sont le CEA, CentraleSupélec, l’ENSTA, l’ENS Paris-Saclay, l’école Polytechnique, et l’ONERA.

Tout un écosystème autour de l'industrie du futur

L’action Industrie_du_Futur[at]cs repose sur l’engagement historique de CentraleSupélec pour accompagner le développement d’une industrie durable, compétitive et innovante.

L’avenir de l’industrie, dans les pays développés, passe désormais par la modernisation des processus de production et une évolution des modèles économiques associés. Les nouvelles technologies sont des éléments clefs de cette transformation avec, notamment, les secteurs liés à la numérisation de la chaîne de la valeur, à la fabrication additive, au monitoring et contrôle, aux matériaux composites et aux nouveaux matériaux, à la place de l’homme et du management dans l’usine et, enfin, à l’efficacité énergétique et l’empreinte environnementale des entreprises.

CentraleSupélec, en tant qu’école d’ingénieur généraliste de premier plan, s’est positionnée naturellement sur l’ensemble de ces secteurs en s’appuyant sur des disciplines fondamentales qui constituent son cœur de métier : le contrôle, le traitement du signal et les télécoms, le génie industriel et le génie des procédés, la physique et la physico-chimie, les mathématiques et l’informatique. Depuis plusieurs années, des équipes de recherche et d’enseignement venant de toutes ces disciplines s’impliquent pour faire progresser les connaissances et valoriser auprès des étudiants les problématiques associées à l’industrie du futur.

L’action transverse Industrie_du_Futur[at]cs implique la plupart des laboratoires de recherche de CentraleSupélec sur les trois sites et une grande partie des départements d’enseignement. Elle a pour vocation de fédérer et promouvoir les nombreuses actions existantes au sein de chaque entité, mais également de favoriser l’émergence de nouvelles initiatives ou thématiques transverses et de coordonner des projets collectifs à l’échelle de l’établissement.

Le nombre d’acteurs engagés, leur diversité et leur complémentarité permettent à CentraleSupélec d’aborder les problématiques posées par l’industrie du futur à des niveaux très différents (scientifique, méthodologique, technologique, expérimental) et dans presque tous les domaines. CentraleSupélec entend ainsi contribuer de manière significative au développement de l’industrie du futur par le biais de la recherche, de la formation, de l’innovation et du transfert, avec deux ambitions majeures : donner à notre industrie les moyens de produire de manière compétitive et innovante mais également à notre société, les moyens de produire et consommer de manière durable et éclairée.

Les activités de recherche établies et en devenir, les programmes pédagogiques, les projets nationaux et internationaux, les spin-offs, les plateformes expérimentales, les chaires d’entreprise, les partenariats industriels ou académiques, ainsi que les événements marquants récurrents sur le sujet (journées de séminaire inter-laboratoire, école d’été) font de CentraleSupélec un acteur historique et majeur pour le développement d’une industrie toujours tournée vers le futur dans un contexte de plus en plus compétitif et de plus en plus contraint par la rareté des ressources.

Ce sont 6 grands domaines couverts pour l’Industrie du Futur à CentraleSupélec :

Technologies de production avancées, contrôle avancé
Usines et lignes / ilôts connectés, pilotés, optimisés
Nouveaux modèles économiques et sociétaux
Objets connectés, Internet des objets, Internet industriel, IA
Nouvelles approches de l’homme au travail
Relations fournisseurs clients intégrées

Laboratoire ou équipe	Directeur / responsable	Domaines de recherche
Centre de Vision Numérique CVN	J.C. Pesquet	Imagerie, numérique, traitement du signal, modélisation
Energétique Moléculaire et Macroscopique EM2C	S. Ducruix	Energétique, combustion, physique, mathématiques appliquées
Laboratoire de Génie électrique de Paris GeePs	C. Marchand	Génie électrique, matériaux, électromagnétisme, caractérisation de matériaux pour l’électronique et pour l’énergie
Institut d'électronique et des Technologies du Numérique de Rennes (IETR)	G. Andrieux	Automatique, traitement du signal, télécoms Réalité virtuelle et augmentée
Institut de Recherche en informatique et Systèmes Aléatoires - IRISA Equipe CIDRE	Valérie Viet Triem Tong	Informatique, cybersécurité
Laboratoire des Signaux et Systèmes L2S	P. Bondon	Automatique, traitement du signal, statistiques, télécom
Laboratoire Génie Industriel LGI	B. Yannou	Génie industriel, management, économie
Laboratoire Génie des Procédés et Matériaux LGPM	F. Puel	Ingénierie des Procédés de production et transformation de la matière, Elaboration de matériaux et biomatériaux
Laboratoire Interdisciplinaire des Sciences du Numérique LISN	S. Rosset
Laboratoire de Mécanique de paris-Saclay LMPS	P.-A. Boucard	Mécanique des matériaux et des structures
Laboratoire Lorrain de Recherche en Informatique et ses Applications - LORIA		Fabrication additive, traitement du signal
Mathématiques et Informatique pour la Complexité et les Systèmes - MICS	C. Hudelot	Mathématiques appliquées Informatique
CentraleSupelec ONERA NUS DSO Research Alliance SONDRA	S. Saillant	Ondes, radar, traitement du signal
Structures properties and Modeling of solids SPMS	H. Dammak	Physique, chimie, matériaux