Deux bourses avancées de l’ERC

Le Conseil Européen de la Recherche (CER) a accordé une bourse de recherche à deux membres expérimentés de la STI, en plus des deux bourses de recherche déjà octroyées à des scientifiques en début de carrière en novembre de l’année passée.

Les bourses à  l’intention de chercheurs déjà expérimentés et reconnus sont destinées à soutenir des projets que le CER considère comme étant "hautement ambitieux, pionniers et non-conventionnels". Les bénéficiaires en sont les professeurs Michael Unser, du Laboratoire d’imagerie biomédicale (LIB) et Nava Setter, du Laboratoire de céramiques (LC).

En 2010, le doyen des Sciences et Techniques de l’Ingénieur (STI) a décerné un prix de recherche, sous la forme d’un financement de doctorat d’une durée de 3 ans, aux deux laboratoires jugés comme étant les plus productifs si l’on se base sur le nombre de publications par équivalent à plein-temps. Les bénéficiaires sont ceux ayant également reçu une distinction du CER.

Le Laboratoire de céramiques du Prof. Setter rassemble plusieurs scientifiques, renommés dans le domaine de la ferroélectricité, qui possèdent des compétences complémentaires allant de la théorie et du modelage, en passant par la science du processing ("processing-science" en anglais) et la caractérisation structurale et fonctionnelle, au design, à la fabrication et à l’expérimentation de nouveaux types de micro- et nano-engins basés sur la ferroélectricité.

Dans une interview, le Prof. Setter explique en détail dans quelle mesure cette bourse de recherche affectera le Laboratoire de céramiques :

    Les matériaux ferroélectriques contiennent des interfaces que l’on appelle des murs de domaine ("domain walls" en anglais). Ces interfaces, qui ont une largeur standard d’un à deux nanomètres, sont mobiles. En principe, ils peuvent être contrôlés et modifiés dynamiquement à l’aide de forces externes (par exemple: l’électricité, un champ de contrainte, des variations de températures), voire même détruits et recréés. Notre rêve est de les fonctionnaliser afin de produire des appareils qui peuvent être modifiés et repositionnés de manière dynamique ("Device on-demand" en anglais). De tel appareils pourraient potentiellement mener à de nouveaux paradigmes dans le domaine de l’électronique et de la détection ("sensing" en anglais).

    À cause de leur faible épaisseur et de leur instabilité, les murs de domaine ferroélectriques ne sont actuellement que partiellement compris et très peu contrôlés. L’instrumentation qui nous permet d’explorer les murs de domaine individuels de plus près n’a été développée que pendant les dix dernières années. Le mois dernier, le Fond National Suisse de la Recherche Scientifique a procuré à notre laboratoire de quoi acquérir un des instruments les plus avancés permettant de sonder les murs de domaine; ce ne sera que le deuxième article du genre disponible dans le monde.

    La bourse du CER (ainsi qu’un soutien additionnel) va permettre à notre équipe du Laboratoire de céramiques de se concentrer sur les murs de domaine ferroélectriques: d’enquêter sur leurs propriétés fondamentales afin de parvenir, avec un peu de chance, à les stimuler et les apprivoiser afin de parvenir à dégager de nouvelles fonctionnalités. Réaliser un tel effort serait impossible sans le soutien de la bourse conférée par le CER.


Dans quelle direction pensez-vous que les domaines de la ferroélectrique et la piézoélectricité vont évoluer dans les cinquante prochaines années?

    Je pense que l’enjeu principal est de parvenir à "maîtriser" le matériau. C’est l’essence même de la profession de l’Ingénieur en matériaux :

    Seront-nous capable de construire  de nouveaux matériaux, plus performants que ceux dont nous disposons à présent? Nous pensons que c’est possible pour plusieurs raisons. Les bénéfices seront nombreux; à titre d’exemple, des matériaux piézoélectriques plus performants amélioreront la résolution de l’image ultrason utilisée en médecine et en feront par la même occasion un instrument de contrôle sanitaire extrêmement puissant.

    La fusion des trois pourrait nous amener à bénéficier d’un nouveau type d’électronique à haut rendement (miniaturisation améliorée, fréquence d’opération plus élevée, etc.). Ce potentiel pourrait avoir un impact sur plusieurs domaines tels que l’énergie, les instruments de diagnostiques médicaux, les communications longue distance, entre autre. Cependant, il ne s’agit actuellement que d’un rêve encore assez vague.


Le groupe de travail du Prof. Unser travaille sur les frontières pratiques et théoriques de l’imagerie biomédicale et du traitement du signal :

    En premier lieu, nous étudions certaines problématiques fondamentales telles que la représentation et la modélisation d’images, qui découlent d’opérations mathématiques particulièrement sophistiquées: l’analyse fonctionnelle, la théorie de l’approximation et les splines.

    Deuxièmement, en parallèle à la théorie, nous travaillons sur des problèmes très concrets d’imagerie en étroite collaboration avec des scientifiques biomédicaux. D’une part, nous sommes en train de développer des algorithmes de reconstruction novateurs pour des modalités spécifiques (IRM, microscopie par fluorescence, holographie numérique, tomographie par contraste de phase), en collaboration directe avec les scientifiques de l’imagerie à l’origine des instruments que nous utilisons.

    D’autre part, nous mettons actuellement sur pied des logiciels d’analyse des images du domaine public (comme par exempe des plug-ins pour l’image) afin de répondre aux besoins directs des utilisateurs, en l’occurrence des biologistes. Nous espérons parvenir à avoir un véritable impact pratique tout en maintenant un haut niveau de traitement du signal.

    Le fait d’avoir gagné la bourse du CER va nous donner les moyens de poursuivre les objectifs sus-cités. Nous utiliserons les fonds ainsi que le prestige de la subvention du CER afin d’attirer les collaborateurs dont nous avons besoin: des mathématiciens appliqués qui sont disposés à collaborer avec des ingénieurs, ainsi que des chercheurs en traitement du signal ayant des compétences pratiques dans le domaine de l’analyse de l’imagerie biomédicale.

    Grâce à la bourse octroyée par le CER (FUN-SP: un cadre fonctionnel pour le traitement de signaux diffus, non-Gaussiens et de bio-imagerie), nous pouvons espérer contribuer à l’élaboration d’une base statistique pour le traitement du signal en mettant sous forme de formules l’équivalent "diffus" de la théorie classique des processus stochastiques Gaussiens. Nous pensons qu’un système aussi théorique est nécessaire afin d’encadrer la tendance dominante et actuelle en matière de traitement du signal et d’imagerie: le développement d’algorithmes de deuxième génération basés sur le concept de la diffusion. À l’aide de notre connaissance experte des splines, nous projetons d’utiliser des équations différentielles partielles et la théorie des distributions comme pierres angulaires de notre approche.

Comment voyez-vous le futur de l’imagerie biomédicale ?

    La partie computationnelle de l’imagerie (le traitement du signal, les algorithmes de reconstruction sophistiqués) aura un rôle plus dominant, tandis que l’instrumentation de l’imagerie se verra réduite, miniaturisée. Les limites actuelles de résolution seront dépassées à mesure que l’on développera de nouveaux paradigmes et des sondes d’imagerie novatrices. L’imagerie fonctionnelle (en opposition à celle appelée structurelle ou encore anatomique) sera mise au premier plan. La gestion de quantités plus importantes de données exigera des façons intelligentes de les traiter et une meilleure stratégie d’archivage.

    L’imagerie médicale: une impulsion particulière sera donnée à la micro-imagerie à l’aide d’une version améliorée de l’IRM et d’une tomographie à rayons X adéquate et comportant un contraste de phase. La radiologie sera basée sur des analyses différentielles, à savoir une détection des changements assistée par ordinateur selon les références d’un atlas et/ou celles d’un examen antérieur.

    L’imagerie biologique: la microscopie, optique et par fluorescence, qui est actuellement en phase de développement, atteindra son âge d’or. La limite de Rayleigh en physique sera franchie par l’utilisation combinée de systèmes d’excitation non-linéaires et de sondes fluorescentes améliorées, ce qui permettra aux chercheurs d’explorer la série de résolutions moléculaires non-répertoriées comprises entre 200-20nm.

    Les biologistes auront enfin accès à la 3D temps réel, ainsi qu’aux séries de données multispectrales sur plusieurs ordre de grandeur et pourront les visualiser à l’aide de navigateurs d’images semblables à Google Earth. L’imagerie, plus que jamais, occupera une place importante et contribuera de manière significative à l’avancée de la science. Elle est probablement l’une des technologies clés du 21ème siècle.

Nava Setter a obtenu son Master en Génie Civil au Technion (Israel), et son doctorat en "Solid State Science" à l’Université de Pennsylvanie (USA). Sa collaboration avec l’EPFL a débuté en 1989 en tant que directrice du Laboratoire de céramiques, puis s’est poursuivie en tant que professeure nommée en 1992. Elle a été à la tête du Département des Matériaux par le passé et occupe actuellement le poste de directrice du programme doctoral en Science et Génie des Matériaux. Elle est un membre de l’Académie Suisse des Sciences Techniques, de l’ IEEE et de l’Académie internationale de la céramique (World Academy of Ceramics).

Michael Unser a reçu le M.S. (summa cum laude) et son doctorat en Génie électrique respectivement en 1981 et 1984 à l’EPFL. Il a travaillé 13 ans comme scientifique en collaboration avec l’Institut National de la Santé de Bethesda dans le Maryland, avant d’être nommé professeur à l’EPFL en 1997. Ses thèmes de recherche principaux sont le traitement de l’imagerie biomédicale , les splines et les ondelettes. Il a publié 200 articles et est un des auteurs les plus cités par l’ISI dans le domaine de l’ingénierie. Le prof. Unser est un membre de l’IEEE et lauréat de trois IEEE-SPS Best Paper Awards.

    Cette traduction a été réalisée par l’agence Station-sud à Lausanne, le 21.01.2011