La médecine fait usage de matériaux soumis à des contraintes très spécifiques. Les matériaux « extérieurs », tels que les pansements, les textiles chirurgicaux, ou les attelles, par exemple, bénéficient des progrès scientifiques actuels. L’emploi de nouveaux polymères et le contrôle des textures apportent toujours plus de légèreté, de confort et d’efficacité.Mais la médecine moderne fait également un appel grandissant à des matériaux « intérieurs », en contact avec les fluides biologiques, que sont par exemple les prothèses osseuses ou vasculaires, et les dispositifs de contrôle des débits sanguins. La recherche des propriétés de résistance sur le long terme dans des milieux chimiquement évolutifs, et de plasticité nécessaire à l’utilisation de ces matériaux, nécessite la mise au point de matériaux polymères perfectionnés, rendue délicate par la difficulté des validations in vivo.Ce secteur de la médecine, guidé par le besoin de nouveaux matériaux, est en forte croissance du fait de la demande accrue du public en matière de santé.
Mots-clés : chimie, matériaux, formation ingénieur chimiste, IA et nanostructures
Le métier d’ingénieur chimiste évolue et requière de nouvelles compétences pour répondre aux besoins des entreprises. En conséquence, les écoles adaptent régulièrement leurs formations. Grâce à une veille constante portant sur l’évolution des profils d’ingénieurs chimistes recherchés, à ses échanges réguliers avec ses alumnis, l’École Européenne de Chimie Polymères et Matériaux (ECPM), école d’ingénieurs de l’Université de Strasbourg, a relevé le besoin de former des ingénieurs chimistes disposant de connaissances et de compétences dans le domaine des sciences des données. À noter que cette expression est en accord avec les perspectives d’évolution du métier d’ingénieur décrit dans le rapport 2020 du Forum Économique Mondial de Davos et avec l’identification lors des discussions avec nos partenaires industriels comme ALYSOPHIL et les industriels du conseil de l’ECPM d’un besoin d’un profil d’ingénieur chimiste positionné au sein de l’entreprise entre les équipes de R&D ou de production, et celles des data scientists. Un ingénieur capable de parler un double langage, chimiste et à la fois compétent en intelligence artificielle (IA). Ainsi, l’ECPM a ouvert dès la rentrée 2019 une 5e Majeure intitulée « Chimie&IA ». La construction, l’organisation de cette Majeure ainsi que le profil des ingénieurs chimistes formés seront discutés lors de cette présentation.
En parallèle de l’utilisation grandissante d’IAs au sein des entreprises, on observe également l’émergence de ces nouveaux outils au sein des laboratoires de recherche. Deux exemples de développement en cours seront présentés. Un premier concerne l’élaboration de nanoparticules d’oxyde de fer théranostiques pour la nanomédecine, c’est‐à‐dire des nanoparticules capables de combiner, dans une formulation, diagnostic et thérapie pour un traitement efficace et personnalisé des cancers. Des nanoparticules de forme « plaquettes » se sont révélées très prometteuses pour combiner thérapie et diagnostic mais le rendement actuel de synthèse en nanoplaquettes n’est pas assez élevé et les paramètres de synthèse sont nombreux. Les conditions de synthèse pour obtenir un rendement élevé en nanoplaquettes ont été optimisées en utilisant des algorithmes d'intelligence artificielle. Le second exemple illustre l’apport de l’IA dans le domaine des biomatériaux supramoléculaires. La résolution de la structure nanofibrillaire de peptides auto‐assemblés à partir d’images de cryo‐microscopie électronique sera présentée.
Auteur(s) : Sylvie BÉGIN-COLIN | Ancienne directrice ECPM-Université de Strasbourg (2014-2021), Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, UMR 7504, CNRS-Unistra - Loïc JERRY, ECPM-Université de Strasbourg, Institut Charles Sadron, UPR CNRS 22 Source :
Colloque Chimie et Intelligence Artificielle, 8 février 2023
Chimie et intelligence artificielle : Présentation du colloque
De nos jours, les nouvelles technologies permettent de générer des données et de les stocker dans des supercalculateurs. À l’aide d’algorithmes, on peut les trier et les interpréter plus vite qu’il n’est humainement possible pour prendre des décisions complexes. Le but de l’intelligence artificielle (IA) est de permettre à des ordinateurs de penser et d’agir comme le feraient des humains. De nouvelles puissances et infrastructures de calcul permettent de disposer des masses de données sans précédent, le « Machine Learning » et le « Deep Learning » les interprètent pour des tâches aussi complexes qu’innovantes.
L’intelligence artificielle est un sujet d’actualité dont la mise en application touche tous les domaines de l’industrie, de la recherche et de notre vie quotidienne. Bien que déjà présente dans la R&D, l’IA est encore pratiquement ignorée de la majorité des chimistes, n’apparaissant dans l’enseignement au niveau supérieur que depuis peu alors que tout le monde est convaincu de la place qu’elle est en train de se créer. Nous souhaitons donc présenter dans ce colloque un nouveau domaine en développement non seulement dans la recherche universitaire et industrielle, mais aussi dans l’enseignement indispensable pour préparer l’avenir.
Pour cela nous avons fait appel d’une part, aux experts universitaires et industriels des principaux domaines d’utilisation dans lesquels chimie et IA sont associés, d’autre part, aux enseignants chercheurs des établissements d’enseignement supérieur qui ont mis en place des formations initiales et continues dans cette nouvelle spécialité.
Ce Colloque est ouvert sur inscription à un large public avec une attention particulière aux jeunes et à leurs enseignants. Pour que ce colloque puisse être accessible au plus grand nombre, il sera diffusé sur la chaine You Tube de Mediachimie.
Le niveau se veut accessible à tous pour permettre un large débat.
Danièle Olivier et Jean-Claude Bernier Co-Présidents du Comité d’Organisation
Chimie et intelligence artificielle : Le colloque dans son intégralité
- Transition énergétique et technologies numériques : comment la donnée est utilisée pour la stratégie multi-énergies de TotalEnergies
Michel LUTZ | Chief Data Officer et Digital Factory Head of Data, Chercheur-associé au LIMOS (Laboratoire d’Informatique, de Modélisation et d’Optimisation des Systèmes) – TotalEnergies voir la vidéo | le chapitre en PDF
- De la sérendipité à l’intelligence artificielle en recherche pharmaceutique
- Un laboratoire connecté pour accélérer l’innovation en chimie
Amandine CUENCA | Manager d’équipe de Recherche – Solvay Laboratoire du Futur, Bordeaux voir le résumé| prochainement en ligne : le chapitre en PDF
SESSION I | Formation et Recherche Animateur : Nicole J. MOREAU | Ancien professeur ENSCP et ancien Président IUPAC
- Présentation de la Majeure Chimie@IA de l’ECPM – Description de l’apport de l’IA pour la préparation et la caractérisation des matériaux pour la santé
Sylvie BÉGIN-COLIN | Ancienne directrice ECPM-Université de Strasbourg (2014-2021), Institut de Physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg, UMR 7504, CNRS-Unistra - Loïc JERRY, ECPM-Université de Strasbourg, Institut Charles Sadron, UPR CNRS 22 voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- L’expérience d’ONDALYS dans la formation continue aux outils opérationnels de la Chimiométrie et du Machine Learning
SESSION II | Intelligence Artificielle et Matériaux Innovants Animateur : Jean-Claude BERNIER | Professeur Émérite de l’Université de Strasbourg
- Le projet DIADEME : accélérer la découverte de nouveaux matériaux grâce à l’IA
Mario MAGLIONE | Directeur de Recherches CNRS ICMCB Bordeaux, co-pilote du PEPR DIADEM. Frédéric SCHUSTER, CEA, co-pilote du PEPR DIADEM – Alexandre LEGRIS, Université de Lille, DAS Institut de Chimie du CNRS voir la vidéo et le résumé | le chapitre en PDF
- Informatique des matériaux : comment combiner la puissance des calculs ab initio à haut débit et l’intelligence artificielle ?
- Intelligence artificielle et alliages réels : vers une conception computationnelle et responsable
Stéphane GORSSE | Maitre de conférences, Université Bordeaux, CNRS, Bordeaux INP, ICMCB, UMR 5026 voir la vidéo et le résumé | prochainement en ligne : le chapitre en PDF
Conférence Plénière de clôture Animateur : Daniele OLIVIER | Vice-Présidente de la Fondation internationale de la Maison de la Chimie
- Intelligence artificielle pour la science et l’industrie
On dénombre 14 millions d’accidents vasculaires cérébraux (AVC) par an dans le monde ! L’implantation de matériaux biocompatibles pour libérer des molécules pharmacologiques directement dans le cerveau permet alors de reconstruire des tissus. Or les hydrogels sont des réseaux 3D de chaînes polymériques réticulés gonflés en eau jusqu’à 80-90 % en eau. Ils sont injectables car liquides à la température corporelle ; de plus ils sont dégradables, non toxiques et peuvent être chargés en molécules thérapeutiques. Le polymère utilisé est un copolymère bloc entre le PLA (acide polylactique pour le caractère hydrosoluble), le PNIPAM (poly(N-isopropylacrylamide) pour le caractère injectable) et le PEG (polyéthylène glycol pour la prise en eau) ; il y a autoassemblage à température ordinaire avec un cœur hydrophobe de PLA et une couronne hydrophile de PNIPAM et de PEG. Ce gel peut solubiliser à la fois des produits hydrophiles et hydrophobes : ainsi le riluzole, introduit dans le gel qui, injecté dans le cerveau, inhibe la libération de glutamate toxique pour les neurones. Les essais cliniques sont encore au tout début du processus.
La startup I.CERAM présente ici des céramiques à base d’alumine de grande porosité, ayant une grande résistance à la pression et particulièrement bio-inertes. Ainsi l’implantation pour remplacer un sternum fragilisé par des métastases osseuses a été une première mondiale en 2015 ! Ces supports peuvent être chargés en principe actif et introduits dans l’organisme pour relarguer de manière contrôlée le médicament. Ainsi en 2016 un sternum chargé en gemtamicine (antibiotique utilisé pour traiter la mediastinite qui est une infection rare et grave de l’espace du thorax derrière le sternum).
Les bandes adhésives ne se résument pas à un simple ruban de film collant d’usage courant et bon marché. L’apparition des systèmes de miniaturisation électronique demande des performances spécifiques. Ainsi selon les applications l’épaisseur du support varie de quelques dizaines de micromètres à quelques mm, la couche d’adhésif dépassent rarement 250 micromètres tandis que le film protecteur a une épaisseur comprise entre 50 et 100 micromètres.
La chimie qui interagit avec la lumière dans les matériaux fait partie de notre environnement et de notre vie quotidienne. Cette interaction contribue à des fonctions multiples : la protection, la stabilisation de la dégradation des matériaux comme avec le filtre solaire Tinuvin®, et une interaction sur des mécanismes d’actions comme DN- Aura® ou encore les pigments à effets de nos voitures.
Dans la chimie développée chez BASF, le progrès se catégorise dans 4 grands domaines : protéger de la lumière, dompter la lumière, utiliser les technologies optiques pour la R&D, embellir par la lumière.
Différentes solutions innovantes sont présentées pour illustrer le champ des possibles en matière de développements de la chimie autour de la lumière. Les propriétés physiques de la lumière sous un large spectre d’ondes électromagnétiques confèrent à la chimie une dimension élargie dans des secteurs aussi variés que l’éclairage des bâtiments, la peinture automobile, l’extraction d’ingrédients cosmétiques à partir du végétal, ou encore la miniaturisation des systèmes. Au-delà des solutions innovantes, la lumière rend les univers invisibles à l’œil nu visibles grâce à la mise au point de technologies optiques exceptionnelles et adaptées. L’optique ouvre la porte vers l’exploration d’éléments structuraux et porte la chimie jusqu’à la production de matière « vivante » en 3D encore appelée bio-impression.
Vidéo de la conférence (durée 23:35) Retrouvez ici toutes les vidéos de ce colloque. Possibilité de les télécharger.
Auteur(s) : D'après la conférence de Thierry Herning, BASF France Source :
Colloque Chimie et lumière, 26 février 2020, Fondation de la Maison de la chimie
L'’huile de ricin est un laxatif connu depuis l’Antiquité, mais cette réputation ne doit pas faire oublier que l’huile de ricin est à la base, aujourd’hui, du plus grand tonnage mondial de fabrication d’un polymère biosourcé avec plus de 500 000 tonnes par an ! […]
La cécité peut intervenir soit par perte des photorécepteurs, soit par perte des cellules ganglionnaires de la rétine qui transfèrent l’information visuelle au cerveau. La dégénérescence des photorécepteurs intervient dans des pathologies acquises comme la dégénérescence maculaire liée à l’âge (plus d’un million de patients en France) ou des pathologies héréditaires comme la rétinopathie pigmentaire. Dans cette vidéo réalisée à l’Institut de la Vision à Paris, Serge Picaud explique comment, à partir d’implants électroniques dans la rétine, on peut activer les neurones résiduels pour envoyer des informations au cerveau et ainsi produire une perception visuelle lors de la stimulation électrique de la rétine de patients devenus aveugles.
Cinq patients sont aujourd'hui implantés et peuvent ainsi localiser et se saisir d’objets, et voir des lettres sur un ordinateur. Des recherches sont en cours pour augmenter la résolution de ces prothèses rétiniennes.
Auteur(s) :Réalisation : François Demerliac ; Production : Fondation de la Maison de la Chimie / Virtuel Source :
Clins d'oeil de la Fondation Internationale de la Maison de la Chimie
Le polydiméthyle siloxane (PDMS), en raison de la rotule due à l’atome d’oxygène dans la chaîne polymérique, a trouvé de nombreuses applications dans des domaines aussi différents que les produits anti-mousse, les fluides hydrauliques ou les fluides isolants électriques. La réticulation des silicones, en modifiant leurs propriétés mécaniques, a encore élargi leur champ d’action (hydrofugation par des revêtements silicone pour les matériaux de construction, utilisation comme tensioactifs, revêtement du bois, de la pâte à papier …). Pour aller encore plus loin, les chercheurs ont développé des matériaux intelligents ou « smart » à base de silicone comme les polymères auto-cicatrisants voire auto-adhésifs en s’inspirant de la nature.
