Solutions Numériques, Matérielles et Modélisation pour l’Environnement et le Vivant (NUMEV)

NUMEV est le Laboratoire d’Excellence (LabEx) de l’Université de Montpellier focalisé sur l’interaction entre les sciences informatiques et de l’ingénieur, et les sciences du vivant et de l’environnement, pour favoriser l’émergence d’un pôle interdisciplinaire à visibilité internationale.

La dynamique recherche-formation-transfert du LabEx NUMEV contribue aux grandes évolutions scientifiques, techniques et économiques aux interfaces du domaine MIPS (Mathématiques, Informatique, Physique, Systèmes) et des sciences du vivant et de l’environnement (agronomie, biodiversité, biologie, écologie, santé).

Le LabEx NUMEV rassemble plus de 200 scientifiques dans 8 unités de recherche, sous la tutelle de 5 établissements partenaires (UM, CNRS, INRA, Inria, SupAgro).

Quatre grands défis interdisciplinaires liés à la vie et à l’environnement définissent les axes génériques du LabEx NUMEV :

1) Capteurs et Vecteurs : Cet axe s’intéresse aux activités liées aux capteurs, réseaux de capteurs, systèmes intelligents et embarqués, pour accéder à de nouvelles informations et mesures liées aux domaines de l’environnement et du vivant, à différents niveaux, échelles, supports et conditions (eau, sol, air). Des aspects originaux en couplant les capteurs et leurs « vecteurs » sur des systèmes vivants sont également visés dans cet axe (par exemple, bio-logging).

Responsables : Jérémie Torres, IES et Sébastien Druon, LIRMM

2) Modélisation : Toute approche théorique ou numérique ayant pour objet la représentation du monde physique en vue d’application pour l’environnement et le vivant, qu’il s’agisse de développements originaux ou d’implémentation dans un nouveau contexte (e.g. mécanismes de fonctionnement du vivant, propriétés des matériaux et systèmes d’origine végétale, microbes et pathogènes, processus environnementaux, protection de l’environnement).

Responsables : Franck Jourdan, LMGC et John Palmeri, L2C

3) Données, Algorithmes et Calculs : Les travaux menés dans l’axe se situent dans le domaine du « Big Data » dont l’objectif est d’extraire, de représenter, gérer et appliquer les algorithmes et calculs associés aux volumes importants de données issus de l’environnement et du vivant. Il s’intéresse donc aux différentes spécificités liées aux 3V du « Big Data » (Volume – données massives, Variété – données hétérogènes comme des textes, séries temporelles, images satellites, réseaux de capteurs, réseaux sociaux, etc. et Vélocité – données disponibles de plus en plus souvent sous la forme de flux mais également connaissance qu’il est nécessaire de faire évoluer). La prise de décision par des algorithmes du type IA et/ou bio-statistique sera au cœur de cet axe.

Responsables : Pascal Poncelet, LIRMM et Nadine Hilgert, UMR Mistea (INRAE/SupAgro)

4) Modèles Expérimentaux et Mesures : Systèmes expérimentaux pour la compréhension du vivant et de l’environnement ; Systèmes naturels : matériaux granulaires, bois, sang, blé, eau… ; Caractérisation des comportements mécaniques multi-échelles ; Systèmes modèles : dégager des mécanismes généraux qui gouvernent les comportements physiques des objets du vivant et de l’environnement en s’affranchissant de la complexité intrinsèque des objets naturels ; Développements instrumentaux originaux  d’observation de l’environnement et du vivant. L’accent est également mis sur l’observation de croissance, la morphogenèse et les différents types de processus d’évolution allant des systèmes moléculaires aux systèmes naturels, (transport biologique physique et mécanique). Cet axe sera également privilégié pour la mise en œuvre, et la conception d’instrumentation innovante (THz, ultrasons, AFM, imagerie, spectroscopie, IRM, etc.).

Responsables : Christian Ligoure, L2C et Benoît Charlot, IES

Les quatre projets intégrés (PI) se concentrent sur des objectifs de recherche ayant un impact social et économique direct :

1) Assistance au geste chirurgical : Ce projet est lié au contexte où les interventions chirurgicales actuelles (chirurgie mini-invasive, chirurgie endoluminale, microchirurgie, radiologie interventionnelle, télé-chirurgie, etc.) sont en constante évolution et les gestes cliniques deviennent de plus en plus difficiles à réaliser. Les principaux problèmes scientifiques et technologiques consistent à accroître la capacité d’apprentissage, de formation, de perception, de décision et d’action des cliniciens dans les opérations chirurgicales.

Responsables : Nabil Zemiti, LIRMM et Simon Le Floc’h, LMGC

2) Océan et Littoral : Ce projet se dégage de la forte croissance de la recherche liée à la mer et au littoral dans NUMEV et globalement sur le site de Montpellier. Des pistes de recherche prometteuses ont été identifiées : surveillance biologique in vivo, observation autonome de la faune et de la flore marines, modélisation et cartographie liées à la mer et au littoral, compréhension des phénomènes de dépollution.

Responsables : Serge Bernard, LIRMM et Pascale Fabre, L2C

3) Mouvement : Ce projet vise à développer une recherche axée sur les interactions mouvement humain-technologie-santé. Il propose une approche multidisciplinaire pour étudier le mouvement humain chez les personnes en bonne santé et malades, avec comme objectifs d’effectuer de la surveillance, de la prévision, de la prévention, d’établir des méthodes spécifiques en imagerie et de traitement, sans oublier les besoins en formation dans ce domaine.

Responsables : Julien Lagarde, Euromov et Sofiane Ramdani, LIRMM

4) Génomes : Ce projet s’intéresse aux d’approches mathématiques, physiques, statistiques et (bio)informatiques aux questions biologiques autour de l’organisation, du fonctionnement et de l’évolution des génomes. Les axes de recherche concernent l’analyse des données de séquençage à haut débit, la génomique fonctionnelle, la génomique évolutive, et les modèles biophysiques et bio-mathématiques des génomes.

Responsables : Fabio Pardi, LIRMM et Gilles Didier, IMAG

The Flagship Projects aim at supporting a very limited number of projects with high potential in research, training and technological transfer, over a period of three to five years. In the first wave (2016-2020), NUMEV supported three Flagship Projects :

GEM : Gene Expression Modelling

Project leaders : Eric Rivals (LIRMM), John Palmeri (L2C)

NUMEV labs involved : LIRMM, L2C, IMAG

Partners : IGF (Institut de Génomique Fonctionnelle), IGMM (Institut de Genétique Moleculaire de Montpellier), IBC (Institut of Computational Biology of Montpellier)

The way a cell controls how genes are activated to produce RNA and proteins relies on a complex process called gene expression. It involves several levels of control, the two major ones being the transcription from DNA into RNA and the translation from RNA into proteins. Gene expression is a key to understanding cell differentiation and plays an important role in diseases like cancer. This project aims at investigating the mechanisms and dynamics of transcription regulation and translation.To address such complex issues, we will combine the modeling capacity of biophysics with the genome wide analyses of bioinformatics to investigate major questions regarding the control of gene expression. The aim of this project will be to launch a new type of multidisciplinary collaboration in synergy between biology, biophysics and bioinformatics. The final objective is to establish in Montpellier a dynamic community focused on modern genomics applied to the medical sciences, and to develop multidisciplinary training programs at the University of Montpellier. Read more…

ALEYIN, Autonomous Systems for Karst Exploration

Project leader : Lionel Lapierre (LIRMM)

NUMEV labs involved : LIRMM, IES, IMAG

Partners: HSM (Hydro Sciences Montpellier), EDF, GM, BRGM, PLONGEESOUT

The Aleyin proposal aims at conceiving, designing and engineering an intelligent and practical robotic system (i.e. Sensors System with Controlled Mobility) to explore/inspect underwater confined environment. As generic case studies, the project focuses on karst exploration and hydraulic galleries inspections. This is a major and urgent, issue for public authorities concerned by the prospection, protection and management of the groundwater resource in karst regions. Assessing the geometry of flow paths network in karst, which constrain the dynamics of groundwater and transport processes, is an ambitious scientific objective that requires field information, which may be difficult to acquire. Cave divers are heroic, but face physiological limitations.

The use of a robotic solution may induce a significant evolution, in its capacity to go further and deeper in the karst maze. This requires an interdisciplinary scientific journey where hydrogeologists, mathematicians, electronic and control scientists share the same objective. This transdiciplinary posture is necessary to achieve the Aleyin’s objectives. Moreover, the confined and chaotic conditions impose to keep the expert in the system’s decision loop during the exploration phase. He is indeed the best to decide on the system’s global and opportunistic objectives. This requires a communication link capable of streaming the current data acquisition, acoustic, or visual if turbidity allows. In the underwater environment, where wireless communication has very poor quality (bandwidth, latency), an umbilical cable is mandatory. Nevertheless, this cable is a heavy burden that is not admissible for the way back. Hence, the system has to be able to get rid of its cable, and return back autonomously. This question of varying autonomy is one of the exciting scientific issues on which the Aleyin project proposes to progress. Read more…

RHEOBLOOD, Modeling blood flow

Project leaders : Franck Nicoud (IMAG), Simon Mendes (IMAG), Manouk Abkarian (CBS2)

NUMEV labs involved : IMAG, IES, LMGC, L2C

Partners : CHU (Service de neuroradiologie du CHU Gui de Chauliac and Laboratoire d’Hématologie du CHU Saint-Eloi), CBS (Centre de Biochimie Structurale), IGF (Institut de Genomique Fonctionnelle), SYS2DIAG (Medical Diagnostic), LIBM (Laboratoire Interuniversitaire de biologie et de la motricité), HORIBA MEDICAL

The RheoBlood project will initiate the crossover from blood rheology to blood rheophysics, so that hemodynamics ceases to be a descriptive science and becomes indeed predictive. Rheophysics is used to stress that rheology is not sufficient and has to be completed by detailed microstructure description under flow. This is all the more necessary that the tremendous development of microfluidics now enables to design new biomedical devices for diagnosis and bio- engineering in general. One can mention systems to detect pathological cell, perform cell sorting, cell enrichment or phase separation. As such devices feature geometrical complexities that have never been studied before, a framework to predict blood flow in arbitrary geometries would represent a huge step further for medical applications. Currently, the development of such devices is only performed through a time and money-consuming trial and error approach. The long-term objective is thus to provide the community with a validated constitutive model for blood. The Rheoblood project focus on the study of blood as a suspension of deformable cells.

RheoBlood gathers 10 local academic, industrial and clinical groups with the ambition to take up the challenge of developing a constitutive model for blood. By providing Montpellier with a numerical and material platform dedicated to the study of blood rheophysics, RheoBlood naturally contributes to the structuration of the local community. This scientific project aims to make Montpellier a major site for the knowledge of blood flows, in terms of research, training and technology transfer to the industry and the clinical practice. Read more…