Axe Enseignement + Recherche

À l’instar des grandes universités mondiales, l’École polytechnique se place en véritable hub scientifique et académique. Pour renforcer sa réputation à l’international et offrir à ses étudiants des cours sur les dernières avancées scientifiques, elle a créé le programme de professeurs invités Gaspard Monge. Depuis son lancement en 2016, ce dernier a permis de recevoir à l’X 17 professeurs et chercheurs renommés, issus d’établissements du monde entier comme Caltech, l’Indian Institute of Science de Bangalore ou l’Université du Chili. Accueillis pour une période de 3 à 4 mois, ils ont dispensé des cours et participé à des projets de recherche dans les laboratoires, parfois accompagnés d’un doctorant ou d’un post-doctorant. « Le programme Gaspard Monge a contribué à faire de l’École polytechnique un lieu de rencontre privilégié des scientifiques de très haut niveau. Il a permis le développement de nombreuses collaborations et a renforcé le rayonnement de notre Centre de recherche dont les enseignants-chercheurs invités sont devenus des ambassadeurs. Ce programme constitue un vecteur majeur de promotion internationale de la qualité de nos élèves, des enseignements que nous dispensons et des recherches que nous menons », déclare Yves Laszlo, Directeur de l’Enseignement et de la Recherche. Pour encourager la venue de professeurs réputés, la Fondation a notamment financé leurs indemnités de résidence et mis à leur disposition deux appartements à Palaiseau dont elle est propriétaire.

Depuis son lancement en septembre 2017, le Bachelor of Science de l’École polytechnique bénéficie du soutien des donateurs. Les fonds collectés ont permis à la Fondation de l’X de financer 122 bourses d’excellence, 10 bourses « Women in Science » et 42 prêts bonifiés entre 2017 et 2020, et ainsi d’attirer dans ce programme les meilleurs lycéens venus du monde entier. « Adossé à la recherche et dispensé par des enseignants-chercheurs, le Bachelor avait pour ambition d’ouvrir la voie à des formations supérieures d’excellence au niveau international. 70 % des étudiants de la première promotion diplômée en 2020 ont obtenu des débouchés dans les meilleures universités du monde telles que le MIT, Berkeley, Stanford, Columbia, Cambridge, Oxford, ETH Zürich, EPFL ou encore la TUM. On peut dire que l’objectif est donc pleinement atteint ! Ce large panel de destinations et de formations s’explique notamment par la pluridisciplinarité caractéristique du programme qui en fait sa force », indique Chrystelle Legrand, Directrice déléguée du Bachelor. Entièrement dispensé en anglais et destiné à des passionnés de mathématiques et de sciences, ce cycle de formation a une dimension très internationale puisque 80 % des étudiants de la quatrième promotion sont internationaux ou binationaux.

Alors que les établissements du monde entier se disputent les meilleurs doctorants, l’École polytechnique a lancé en 2016 un programme doctoral intégré en 5 ans, pensé sur le modèle anglo-saxon du PhD Track. De niveau post-licence, cette formation d’excellence orientée vers la recherche est destinée à former des étudiants à haut potentiel qui viennent ensuite irriguer les laboratoires de l’X et de l’Institut Polytechnique de Paris. « Recruter les meilleurs étudiants en doctorat est un enjeu capital pour le développement et le rayonnement de la recherche de l’École polytechnique. Au-delà de l’excellence du laboratoire et du projet de recherche, les conditions d’accueil et de financement jouent un rôle important dans le choix final des candidats. Pour permettre à l’X d’attirer les étudiants les plus talentueux, la Fondation a mis en place un système couplé de bourses de Master et d’allocations doctorales conforme aux standards internationaux. Ces aides financières ont pleinement contribué au succès de notre PhD Program et ont renforcé l’attractivité de l’X et de ses laboratoires », explique Dominique Rossin, Adjoint au Directeur de l’Enseignement et de la Recherche pour la formation.

Entre 2016 et 2020, 41 étudiants du programme doctoral venus du monde entier ont ainsi été soutenus financièrement grâce à la générosité des donateurs.

Projet porté par Jean-Christophe Chanteloup, Chargé de recherche CNRS et membre du Laboratoire pour l’utilisation des lasers intenses (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris, CEA, Sorbonne Université)

Projet semi-industriel mené conjointement avec les équipes de Thales depuis 2015, le programme XCAN a pour objectif de concevoir, d’intégrer et d’étudier une nouvelle génération de lasers reposant sur le principe de la séparation du faisceau initial en une multitude de faisceaux guidés par fibres optiques puis amplifiés, avant d’être recombinés pour obtenir de fortes puissances crêtes et moyennes, avec une cadence de tir importante. Conçu sur une idée de Gérard Mourou, professeur émérite de l’École polytechnique et lauréat du prix Nobel de physique en 2018, le prototype XCAN est un système composé de 61 faisceaux lasers issus de la même source, permettant de les combiner entre eux de manière cohérente. « Lorsque nous avons débuté le programme, nous disposions d’un laboratoire expérimental quasiment vide. Grâce au soutien de la Fondation, nous avons pu l’équiper et y développer le laser XCAN dont le niveau de puissance est aujourd’hui de l’ordre du KW et dont les 61 faisceaux sont contrôlables individuellement à la manière de pixels d’un faisceau composite, ouvrant ainsi un nouveau champ exploratoire en architecture laser avec ce qu’il convient d’appeler le Laser Digital. Ce fonctionnement ouvre des perspectives intéressantes dans le domaine du traitement de surface, de la découpe ou du perçage de précision de matériaux, avec une optimisation en temps réel de l’interaction laser-matière », explique Jean-Christophe Chanteloup, porteur du projet. À plus ou moins long terme, ces nouveaux lasers pourraient avoir de nombreuses autres applications : photolithographie XUV, transmutation des déchets nucléaires ou encore suivi des débris spatiaux.

Projet porté par Philippe Drobinski, Directeur de recherche CNRS, Directeur du Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris, ENS, Sorbonne Université) et Directeur-fondateur d’E4C

Alors que l’humanité est confrontée à un défi climatique d’ampleur inégalée, l’École polytechnique a mis en place en 2015 le programme TREND-X avec l’objectif de développer une recherche transdisciplinaire en matière de transition énergétique, intimement liée à ses formations. Ce programme a pris de l’ampleur et a servi de socle à la création d’E4C (Energy4Climate), le centre interdisciplinaire sur l’énergie et le climat lancé en juin 2019 par l’Institut Polytechnique de Paris et l’École des Ponts. Il a pour objectif d’accélérer la transition énergétique grâce à l’expertise scientifique de 26 laboratoires partenaires et de plus de 400 chercheurs, mobilisés autour de 8 axes de recherche. « Grâce au soutien des mécènes, et notamment de TotalEnergies et d’EDF, nous sommes parvenus à construire le micro-réseau NRLAB et à développer des démonstrateurs à taille réelle intégrés à trois bâtiments du campus de l’X : le Drahi - X Novation Center où sont aujourd’hui expérimentées des solutions de gestion intelligente de l’électricité, le bâtiment 103 qui devrait permettre dès cette année l’expérimentation en autoconsommation collective, et enfin un bâtiment de l’observatoire du climat SIRTA qui sera équipé d’un micro-réseau électrique de recherche modulable », se réjouit Philippe Drobinski. En matière de formation, le centre E4C intègre une offre de Masters interdisciplinaires dédiés à l’énergie et à l’environnement et propose un parcours de PhD Track. Poursuivant son ambition de figurer dans le Top 5 des initiatives mondiales dédiées à la transition énergétique, E4C a rédigé un livre blanc qui devrait être publié en 2021 et multiplie les collaborations scientifiques.

Projet porté par Laurence Bodelot, chercheuse et maître de conférences au Laboratoire de mécanique des solides (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris), et Bérengère Lebental, chercheuse à l’Université Gustave Eiffel et au Laboratoire de physique des inter faces et couches minces (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris)

Les environnements dans lesquels nous évoluons, qu’ils soient artificiels ou naturels, sont de plus en plus analysés en temps réel par des capteurs afin d’optimiser leur fonctionnement. Avec le soutien de la Fondation, Laurence Bodelot et Bérengère Lebental développent un répertoire de nanocapteurs avec un principe fondateur : garantir leur applicabilité réelle en caractérisant précisément leur comportement et en maîtrisant leur fiabilité. Pour ce faire, elles ont créé la plateforme PLATINE qui leur permet de fabriquer, puis de caractériser finement les nanocapteurs en conditions environnementales simulées et d’étudier leur fiabilité, leur durée de vie et les mécanismes physiques à l’origine de leur endommagement. « Depuis son lancement en 2015, cette plateforme a permis la réalisation de 6 thèses, a été utilisée par plus de 50 chercheurs et a donné lieu à 7 projets de recherche collaboratifs et à 2 dépôts de brevet », indique Laurence Bodelot. « Nos travaux ont également fait l’objet de publication d’articles dans des journaux internationaux comme Nature Scientific Reports, Small ou Carbon, et ont surtout entraîné la création de la start-up Altaroad qui développe des solutions de monitoring pour la mobilité industrielle (chantiers, routes) », ajoute Bérengère Lebental. Pour poursuivre leurs travaux et créer leurs nanocapteurs, les deux chercheuses ont acquis grâce au soutien des donateurs, une imprimante 3D permettant de mettre en forme des polymères aux échelles nano et micro. Cette technologie, encore très rare en Europe, ouvre la voie à une nouvelle génération de matériaux intelligents et de nanocapteurs encore plus sensibles et robustes.

Projet porté par Eric Goubault, Professeur et membre du Laboratoire d’informatique de l’École polytechnique (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris)

Nouvelle génération de systèmes embarqués, les systèmes cyberphysiques contrôlent nos appareils et nos infrastructures, et régentent de plus en plus nos vies : distribution intelligente de l’énergie, véhicules autonomes, appareillages médicaux, drones de surveillance, systèmes de production intelligents… Ils deviennent de plus en plus complexes, tant par leur taille que par l’utilisation d’algorithmes subtils, voire difficiles à maîtriser et à tester, comme ceux issus de l’intelligence artificielle. Dans le cadre de la chaire « Ingénierie des Systèmes Complexes » portée par Eric Goubault depuis 2015 et soutenue par Thales, Dassault Aviation, Naval Group et la DGA, les équipes de l’École polytechnique, de l’ENSTA Paris et de Télécom Paris travaillent conjointement sur ces systèmes afin d’apporter la preuve de leur fiabilité. L’enjeu est de trouver les bons modèles mathématiques, ainsi que les algorithmes de vérification qui permettront de traiter des systèmes aussi complexes. « La chaire nous a permis d’acheter du matériel, de créer une équipe commune et des projets communs, mais aussi de financer des bourses destinées à des étudiants souhaitant effectuer un stage de recherche dans des universités partenaires », explique Eric Goubault. Les travaux menés dans ce cadre ont donné lieu à plus de 100 publications ces cinq dernières années et sont valorisés dans des programmes de formation de l’École polytechnique mais aussi de l’Institut Polytechnique de Paris.

Projet porté par Emmanuel Bacry, Directeur de recherche CNRS et chercheur associé au Centre de mathématiques appliquées (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris) jusqu’en 2019

Durant la dernière décennie, nous avons assisté à une véritable explosion des données et notamment, des données médicales à tel point que la santé est aujourd’hui l’un des champs d’application majeurs du Big Data. De 2015 à 2020, l’École polytechnique s’est associée à la Caisse nationale de l’Assurance Maladie (CNAM) pour analyser et exploiter une base unique, le SNIIRAM (Système national d'information inter-régimes de l'Assurance maladie), qui contient les données médico-administratives des 65 millions d’assurés français. « Durant la première phase du projet, nous avons réalisé un long travail de réorganisation totale de la chaîne des données qui permet de conduire des études d’intelligence artificielle. Cela nous a permis notamment de valider un algorithme que nous avons développé en pharmaco-épidémiologie. Ce dernier permet de faire un dépistage automatique de médicaments augmentant le risque d’apparition d’un effet secondaire spécifié. Dans une seconde phase, cet algorithme a été appliqué avec succès pour détecter les médicaments augmentant le risque de chutes chez les personnes de plus de 65 ans. En parallèle, nous avons travaillé sur le développement d’algorithmes autour de différents sujets tels que l’optimisation de parcours de soin pour une pathologie donnée ou encore la fraude », explique Emmanuel Bacry.

Les recherches menées par le chercheur et son équipe ont donné lieu à la création de deux librairies open source : Scalpel3, une librairie dédiée à la manipulation de données médicales structurées massives et Tick, une librairie de machine learning spécialisée entre autres dans le traitement de données de santé longitudinales. Le soutien des donateurs a permis d’acquérir de nouvelles machines de pointe, d’organiser des initiatives autour du Big Data mais surtout, de recruter des ingénieurs, des chercheurs et des data scientists. Dans un univers ultra concurrentiel, ces recrutements ont été essentiels et ont contribué à faire de l’X un leader international dans la science des données.

Projet porté par Marc Massot, professeur au Centre de mathématiques appliquées (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris)

Pour répondre aux besoins des entreprises et améliorer leur compétitivité, Marc Massot et son équipe proposent de recourir au calcul haute performance et développent une nouvelle génération d’algorithmes et de méthodes numériques. Lancé en 2016, ce projet repose sur la construction d’un cercle vertueux recherche/formation/partenariats et implique à la fois les chercheurs, les étudiants de l’X et les entreprises. « Le soutien des donateurs nous a permis d’étoffer notre équipe en recrutant des ingénieurs et des doctorants, et donc d’accroître notre potentiel de recherche. En parallèle, avec le soutien de l’École, nous avons créé un mésocentre de calcul et de données à l’échelle de l’Institut Polytechnique de Paris comprenant 2 000 coeurs de calcul et une unité de service IDCS en soutien au projet qui attire de nouveaux partenaires comme l’Institut des Hautes Études Scientifiques », se réjouit Marc Massot. « D’un point de vue académique, nous avons aidé l’X à utiliser l’écosystème de développement open source Jupyter et à être en pointe pour la mise en place d’enseignements dédiés à la simulation à destination des élèves du Cycle Ingénieur polytechnicien et des étudiants en Master ». Enfin, parce qu’elles sont les principales bénéficiaires du transfert desrecherches menées par Marc Massot et son équipe, les entreprises sont étroitement associées à leur projet. « Nous avons initié des collaborations, parfois via des agences comme la NASA et l’ESA, avec des sociétés comme SpaceX, CENAERO et QuantStack, et d’autres devraient voir le jour prochainement avec Air Liquide par exemple », conclut le chercheur.

Projet porté par Antoine Rousseau, Directeur de recherche CNRS et membre du Laboratoire de physique des plasmas (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris, Observatoire de Paris, Sorbonne Université, Université Paris-Saclay)

Alors que la médecine plasma est un champ de recherche en pleine expansion, Antoine Rousseau et son équipe utilisent les plasmas froids pour développer de nouvelles thérapeutiques. « Lorsque nous avons lancé le projet PlasmaMedX en 2016, nous n’avions jamais étudié le rôle des plasmas sur la cicatrisation des plaies. Nos recherches nous ont permis de mettre en évidence leurs propriétés pro-cicatrisantes après une brûlure cutanée et d’en comprendre les mécanismes. En stimulant l’angiogenèse, c’est-à-dire la croissance des vaisseaux sanguins, la prolifération de collagène et la production des cellules de l’épiderme, les plasmas froids ont un effet bactéricide, stimulent les mécanismes immunitaires et accélèrent la cicatrisation », explique le chercheur. « Pour valoriser nos travaux de recherche fondamentale, nous développons depuis 2020 un prototype de machine à plasma approprié pour se rapprocher de la recherche clinique et pouvoir, à terme, traiter des patients humains, victimes de brûlures sévères ou de plaies chroniques. Poursuivant cet objectif, nous avons lancé un essai pré-clinique pour démontrer l’efficacité du dispositif sur des modèles proches de l’homme et sur des peaux bio-imprimées », poursuit-il.

Soutenues par la DGA, l’AID, la SATT Paris-Saclay, IP Paris, l’École polytechnique et sa Fondation, les recherches menées dans le cadre du projet PlasmaMedX en collaboration avec l’Institut de Recherche Biomédicale des Armées et avec l’Institut Pasteur, ont d’ores et déjà abouti à des résultats très prometteurs qui permettent à l’X de se positionner comme un acteur majeur de ce champ de recherche très novateur.

Enseignante-chercheuse au Laboratoire d’hydrodynamique (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris), Camille Duprat est titulaire depuis 2017 de la chaire professorale Jean Marjourlet, financée grâce à la générosité d’Hugues Lepic (X 1984). Dans ce cadre, elle a consacré ses recherches à l’étude des mécanismes fondamentaux qui gouvernent les propriétés des textiles non-tissés et à la compréhension de leurs interactions avec des liquides. L’objectif de ses travaux est de créer des textiles intelligents, à base de procédés économes en ressources et en énergie. « Ces dernières années, nous avons notamment élaboré des filets textiles qui nous permettent de collecter le brouillard. Nous avons mené deux campagnes de mesures au SIRTA en partenariat avec l’Institut Pierre-Simon Laplace et les très bons résultats que nous avons obtenus nous permettent de déposer un brevet et d’envisager un développement industriel du projet », se réjouit Camille Duprat. « Les applications de nos recherches sont nombreuses - masques respiratoires, construction, composites, emballages - et les tissus intelligents représentent un enjeu majeur pour les industriels », poursuit-elle. Les résultats du travail effectué par la chercheuse dans le cadre de la chaire professorale Jean Marjoulet donneront en outre lieu en 2022 à la publication d’un article de revue dans un journal renommé, une belle reconnaissance académique.

Lancé en 2017 grâce au soutien de Pierre Laffitte (X 2005), le projet BayeScale a pour objectif d’apprendre à partir des données pour prédire, classifier, décider… Comme son nom l’indique, il porte sur l’inférence bayésienne qui permet d’évaluer l’incertitude dans la décision. « Avec l’apprentissage profond, nous sommes passés de quelques dizaines de paramètres à des millions mais les méthodes de calcul statistique que nous utilisons actuellement ne permettent pas de passer l’échelle, que cela soit dans le nombre des observations ou dans la dimension des modèles. Avec BayeScale, c’est ce défi que nous souhaitons relever ! », explique Eric Moulines, Professeur au Centre de mathématiques appliquées (CNRS, École polytechnique - Institut Polytechnique de Paris), qui pilote le projet. « Nous avons développé et analysé de nouveaux algorithmes puis validé nos résultats sur des jeux de données afin d’obtenir des preuves de concept. Ces résultats ont d’ores et déjà fait l’objet de publications académiques partagées au sein de la communauté », poursuit Aymeric Dieuleveut, professeur assistant à l’X, qui a pris part au projet. Les fonds alloués par la Fondation pour développer ce dernier ont été essentiels. Ils ont permis de financer les travaux de recherche de l’équipe, d’organiser des workshops et de recruter de jeunes chercheurs. Ils ont également permis de financer les séjours de recherche à l’X de chercheurs renommés et ainsi d’accélérer les collaborations scientifiques.

Alors que la crise financière de 2008 et le développement rapide du trading haute fréquence ont placé la question de la régulation financière au coeur des préoccupations politiques, l’École polytechnique, le Friends of Ecole Polytechnique et la Fondation de l’X ont lancé en 2016 la chaire d’enseignement et de recherche « Analytics and Models for Regulation » grâce à un don exceptionnel de David Faucon (X 1996). Portée par Mathieu Rosenbaum, Professeur de finance quantitative et de statistique à l'X, elle vise à apporter des éléments de réponse quantitatifs à la problématique de régulation du système financier. « Nos recherches portent notamment sur l'étude des marchés haute fréquence et du trading algorithmique, et sur la modélisation de la volatilité. Nous avons développé différents outils quantitatifs permettant d’optimiser le design de la microstructure des marchés et nous avons introduit les modèles « rough volatility ». Pour ce faire, nous collaborons avec des partenaires académiques mais aussi avec des régulateurs, des bourses, des teneurs de marché ou encore des fonds d’investissement », explique Mathieu Rosenbaum. Les résultats obtenus dans le cadre de cette chaire ont fait l’objet de plus de 20 publications et ont permis de repenser les formations dispensées à l’X en matière de finance. Ils ont également été salués puisque Mathieu Rosenbaum a reçu en 2020 le prix européen Louis Bachelier et a été nommé en février 2021 « Quant of the Year » par Risk Magazine. Omar El Euch (X 2011), qui a réalisé une thèse sous sa direction, a quant à lui reçu le prix Bruti Liberati en 2018.