1

RENTRÉE ENS SCIENCES 2015

/ Projets supervisés Du 7 au 22 septembre 2015, les normaliens scientifiques en 1re année peuvent participer à un projet de recherche court (durée : 3 semaines), réalisé en petit groupe sous la supervision d'un enseignant. Ces projets présentent des formats variés : problème à résoudre, expérience virtuelle ou en laboratoire, travail sur article, etc. Ils font l’objet de plusieurs (3-4) rencontres de 2 heures chacune avec l'enseignant (cf. créneaux horaires « réunions projet » indiquées sur le planning de rentrée Sciences) entre le 7 et le 22 septembre 2015. La quantité de travail à réaliser en dehors des rencontres est estimé à 12 heures par normalien. Le lieu de chaque rencontre est défini par le responsable de projet (par défaut : au sein du département, dans le bureau de l'enseignant sinon dans une salle mise à disposition). Entre chaque réunion, les normaliens sont encouragés à utiliser les bibliothèques de l'ENS (BSE, etc.) afin d'élaborer leur projet avec leurs collègues. Chaque département et composante scientifique de l'ENS propose une liste de projets décrits ci-après. Vous pouvez également consulter la liste des projets en cliquant sur chaque département ou composante listé ci-dessous.

Pour vous inscrire, il vous suffit : 1. de vous inscrire via l’application accessible ICI à compter du 3 septembre depuis le site de l’ENS (Rentrée 2015, Sciences, Projets de rentrée). Attention : le nombre de places par projet étant limité, vous devez émettre des vœux. Un mail de confirmation vous sera envoyé le 7 septembre avant 18h. 2. d’envoyer un e-mail au responsable du projet qui vous a été attribué pour confirmer votre présence. En cas de difficulté, vous pourrez vous inscrire manuellement lundi 7 septembre de 14h à 16h en salle Weil. Pour toute autre question, veuillez svp envoyer un e-mail au responsable du projet concerné.

SOMMAIRE BIOLOGIE 2/5 34 places BIO-01 > BIO-09

CHIMIE 6/8 27 places CHIM-01 > CHIM-08

ÉTUDES COGNITIVES 9/20

(DEC) 57 places DEC-01 > DEC-19

GÉOSCIENCES 21/25

24 places GSC-01 > GSC-07

INFORMATIQUE 26/28

(DI) 16 places DI-01 > DI-08

MATHÉMATIQUES 29/32

(DMA) 33 places DMA-01 > DMA-11

PHYSIQUE 33/34

28 places PHY-01 > PHY-07

CERES 35/36

8 places CER-01 > CER-02

2

DÉPARTEMENT DE BIOLOGIE Responsable :

BIO -01 3 places

L’origine des espèces, dans un tube à essai Régis Ferriere, ferriere@biologie.ens.fr Silvia De Monte, demonte@biologie.ens.fr Paul Rainey, paul.rainey@espci.fr Sandrine Adiba, adiba@biologie.ens.fr Stéphane Legendre, legendre@biologie.ens.fr L’origine des espèces est un problème fondamental que pose l’évolution biologique. Les cultures expérimentales de micro-organismes, couplées à la modélisation mathématique, offrent de puissantes approches pour l’étude de ce problème. On propose de recréer au laboratoire une « radiation adaptative », c’est-à-dire un processus de spéciation écologique rapide, en utilisant la bactérie Pseudomonas fluorescens. Les expériences seront associées au développement d’un modèle mathématique simple, que l’on simulera en utilisant le logiciel ZEN (développé par l’équipe Eco-Evolution Mathématique de l’IBENS). Bibliographie Dieckmann U, Doebeli M (1999) On the origin of species by sympatric speciation. Nature 400: 354-357. Doebeli M, Dieckmann U (2003) Speciation along environmental gradients. Nature 421: 259-264. Kisdi, E (1999) Evolutionary branching under asymmetrical competition. Journal of Theoretical Biology 197: 149-162. Rainey PB, Travisano M (1998) Adaptive radiation in a heterogeneous environment. Nature 394 : 69-72. ZEN software: http://www.biologie.ens.fr/~legendre/zen/zen.html

BIO-02 3 places

Of mixed broods and the maintenance of males Henrique Teotonio, teotonio@biologie.ens.fr Most models and empirical studies on the maintenance of males in the male-hermaphrodite nematode roundworm species Caenorhabditis elegans assume that male sperm outcompetes self-sperm when mating takes place. We will determine the extent to which this assumption is valid for laboratory populations of variable outcrossing rates. This will be done by competing GFP-tagged males for the fertilization of experimental hermaphrodites. It is expected that the function of density with the degree of mixed broods will be obtained. The project will involve C. elegans culturing, sexual identification, GFP microscopy and statistical data analysis. Bibliographie Ward and Carrell. 1979. Fertilization and sperm competition in the nematode C. elegans. Dev. Biol. Stewart and Phillips. 2002. Selection and the maintenance of androdioecy in C. elegans. Genetics Theologidis et al. 2014. Reproductive assurance drives the transition to selfing in experimental C. elegans. BMC Biology

3

BIO-03 3 places

Premières réflexions sur les mécanismes d'apprentissage dans le cerveau Boris Barbour, boris.barbour@ens.fr Dates possibles : 9, 16, 17 septembre Une fonction centrale du cerveau est l'adaptation du comportement de l'animal à son environnement en fonction de son expérience passée. L'information acquise lors de l'apprentissage est sans doute stockée sous forme de modifications des synapses entre les milliards de neurones du cerveau. Cependant, les mécanismes de cet apprentissage restent largement méconnus et représentent un chantier important dans la recherche en neurosciences. Le progrès nécessite une approche interdisciplinaire alliant expériences biologiques et analyse théorique. Ce projet introduit les concepts majeurs et les grandes questions. BIO-04 3 places

Optogénétique Laurent Bourdieu, laurent.bourdieu@ens.fr Stéphane Dieudonné, stephane.dieudonne@ens.fr L’optogénétique, c’est-à-dire le couplage de l’optique et de la génétique, révolutionne les neurosciences depuis une dizaine d’années. Elle permet à la fois l’observation et la manipulation de l’activité neuronale dans un animal en comportement par des méthodes optiques. Couplée à des techniques innovantes de microscopie, l’optogénétique renouvelle notre compréhension des mécanismes neuronaux sous-tendant nos perceptions et nos actions. Le but du projet sera de mieux comprendre les principes biologiques et optiques de l’optogénétique et d’analyser les conséquences théoriques de ces nouvelles approches expérimentales. BIO-05 3 places

Darwin avait tort, les preuves de la sélection naturelle Renaud de Rosa, derosa@biologie.ens.fr Il y a un peu plus de 150 ans, Darwin proposait l'idée d'évolution par sélection naturelle comme une conséquence logique des propriétés de la vie, qu'il croyait impossible à observer ou démontrer expérimentalement. Malgré les réticences de son auteur, les scientifiques se sont attachés depuis le XXe siècle à tester chaque pièce de la théorie darwinienne. L'objectif de ce projet est, en s'appuyant autant que possible sur les publications originales, de (re-) découvrir les preuves de la sélection naturelle qui ont été ainsi accumulées, de l'expérience classique de Luria et Delbrück aux découvertes récentes de l'evo-devo, en passant par quelques exemples célèbres (pinsons des Galapagos) ou moins connus (guppies de Trinidad).

4

BIO-06 4 places

Itinéraire scientifique d’Olivier Bensaude Denis Thieffry, thieffry@ens.fr Il s’agit d'étudier le parcours d’un chercheur CNRS, Olivier Bensaude, qui a contribué au développement de la biologie moléculaire depuis les années soixante-dix, et qui a réalisé une grande partie de ses travaux au sein d’instituts prestigieux de la région parisienne. Les étudiants commenceront par s’entretenir avec le Dr Bensaude (à l’Institut de Biologie de l’ENS, niveau 2) afin d’identifier les grandes étapes de son parcours et ses accomplissements scientifiques, et de recueillir ses réflexions sur le métier de chercheur et son évolution au cours des quarante dernières années. Les étudiants étudieront ensuite quelques articles parmi les plus significatifs publiés par Bensaude. Ces articles serviront de base à une réflexion sur l’évolution des pratiques de recherche en biologie moléculaire au cours de cette période (équipements utilisés, collaborations, etc.). Bibliographie: Une large partie des travaux du Dr Bensaude sont accessibles à travers le site Medline à l'url: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/?term=bensaude_o

BIO-07 4 places

L'ADN, un câble électrique ? Olivier Hyrien, hyrien@biologie.ens.fr Il s'agit, à partir d'un l'éditorial récent de Science, d’enquêter sur les propriétés conductrices d'électricité de l'ADN et leur exploitation possible dans des mécanismes de réparation. Les étudiants commenceront par une petite analyse bibliographique de cet éditorial pour ensuite interroger des biologistes ou physiciens compétents sur l'ENS afin de synthétiser les éléments disponibles et d’évaluer les perspectives de cette ligne de recherche. Bibliographie: Service RF (2014). Live wire. Science 346 (6215): 1284-1287.

BIO-08 6 places

La migration cellulaire Marika Kapsimali, marika.kapsimali@ens.fr Dates possibles : 9, 10, 14 sept. 2015 L'objectif est d’aborder différents aspects de la migration cellulaire ; du point de vue biologique, d’examiner les caractéristiques de ces processus, les aspects moléculaires et réfléchir sur des outils pour l’observer ; du point de vue mathématique, d’aborder la quantification du déplacement afin de mieux comprendre ce comportement cellulaire. Bibliographie : Les articles à discuter seront proposés en fonction des intérêts et du parcours de la personne intéressée. A titre indicatif : - https://www.cellmigration.org - Analysing immune cell migration. Nature Reviews Immunology 9, 789-798 (November 2009) | doi:10.1038/nri2638. Joost B. Beltman1, Athanasius F. M. Marée2 & Rob J. de Boer1

5

BIO-09 5 places

Vers une redéfinition des espèces de diatomées écologiquement importantes à partir des données Tara Océans Chris Bowler, cbowler@biologie.ens.fr L’étude de données génétiques des diatomées dans Tara Océans a révélé deux à trois fois plus « d’espèces » que celles décrites à ce jour. Ces « espèces », pour certaines ubiquistes et abondantes, représentent un intérêt écologique fort, mais le marqueur génétique utilisé dans Tara Océans ne suffit pas pour les assigner à un genre de diatomées précis. Les séquences inconnues représentent 40% des données de diatomées. De l’eau de mer fixée à l’éthanol a été conservée pour chaque échantillonnage, permettant un travail de biologie moléculaire ultérieur. Le défi consiste à synthétiser des amorces PCR qui n’amplifieront l’ARNr 18S que d’une diatomée d’intérêt parmi les milliers d’organismes présents, à partir de la connaissance seule de sa séquence V9. Une approche bioinformatique a été développée, et permet de synthétiser les amorces optimales par cartographie génétique. La méthode a été validée à travers des expériences préliminaires, et l’ARNr 18S des 4 diatomées les plus importantes d’espèces inconnues a été séquencé. Cette approche sera approfondie sur plus de diatomées cibles, en faisant leur étude phylogénétique et biogéographique afin de redéfinir notre vision potentiellement biaisée des acteurs écologiques majeurs au sein de ce groupe. Bibliographie : De Vargas et al. 2015. Eukaryotic plankton diversity in the sunlit global ocean. Science DOI: 10.1126/science.12616051. Lima-Mendez et al. 2015. Determinants of community structure in the global plankton interactome. Science DOI: 10.1126/science.1262073 Villar et al. 2015. Environmental characteristics of Agulhas rings affect inter-ocean plankton transport. Science DOI: 10.1126/science.1261447

6

DÉPARTEMENT DE CHIMIE Responsable : Jérôme Delacotte

Toute question générale sur les projets est à adresser à Jérôme Delacotte (jerome.delacotte@ens.fr). Pour un projet spécifique, adressez-vous à son auteur (les adresses électroniques sont données ci-dessous). CHIM-01 3 places

Molecular insights into a Nobel prize Baptiste Haddou, baptiste.haddou@ens.fr Laurence Grimaud, laurence.grimaud@ens.fr L'objectif est de montrer qu’il est possible d’étudier les différentes étapes élémentaires d’une réaction impliquant un catalyseur à base de palladium en utilisant l’outil électrochimique, couplé à la spectroscopie par RMN (1H, 11B). Il est ainsi possible de mettre en évidence des intermédiaires réactionnels mais aussi d’étudier les cinétiques de quelques étapes du cycle catalytique. La compréhension fine des différentes réactions mises en jeu permet d’optimiser les conditions réactionnelles afin de limiter au maximum la formation de sous-produits au cours d’un processus. CHIM-02 3 places

Couplage électrochimie et microscopie confocale Isabel Perez, isabel.perez@ens.fr Olivier Buriez, olivier.buriez@ens.fr L’objectif est d’éteindre, par réduction électrochimique, la fluorescence de vésicules géantes artificielles (10 à 50 µm de diamètre).

CHIM-03 3 places

Quand le chimiste stimule des (macro)molécules ! Fabrice Dalier, fabrice.dalier@ens.fr Emmanuelle Marie, emmanuelle.marie@ens.fr

L’objectif est d’arriver à exploiter les propriétés de polymères stimulables pour élaborer une surface intelligente capable d’interagir de manière contrôlée avec une particule modèle.

7

CHIM-04 2 x 2 places

La membrane biologique (cellulaire) : une barrière infranchissable ? Sébastien Cardon, sebastien.cardon@upmc.fr Sandrine Sagan, sandrine.sagan@upmc.fr L’objectif est de réfléchir en premier lieu sur ce qu’est une membrane biologique (sa composition, sa structure, sa dynamique), et sur ce qu’elle sépare (deux milieux inhomogènes en termes de molécules, de concentration, de force ionique, de pH, etc.) et en quoi en maintenant l'homéostasie intracellulaire, cette membrane représente une barrière infranchissable pour la plupart des molécules. Malgré ce premier constat, certaines molécules endogènes ou exogènes, sont capables de les franchir : pourquoi et quels sont les mécanismes cellulaires utilisés (ou détournés) ? quels types d'interactions sont mises en jeu au niveau moléculaire ? Bibliographie : van Meer G, Voelker DR, Feigenson GW. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008 Feb;9(2):112-24. Bechara C, Sagan S. FEBS Lett. 2013 Jun 19;587(12):1693-702.

CHIM-05 3 places

1-2-3, 2-2-3, la valse des protéines : équilibres conformationnels, rotamères et entropie dans les protéines Samuel Cousin, Samuel.Cousin@ens.fr Fabien Ferrage, Fabien.Ferrage@ens.fr On évaluera de manière critique le rôle des équilibres rotamériques des chaînes latérales de protéine dans la thermodynamique des interactions de ces protéines. Bibliographie: K. K. Frederick, M. S. Marlow, K. G. Valentine, A. J. Wand, Nature 2007, 448, 325-U323.

CHIM-06 2 x 2 places

Le paradoxe de l’oxygène Émilie Mathieu, emilie.mathieu@ens.fr Hélène Bertrand, helene.bertrand@ens.fr L’objectif est de s’interroger sur ce qu’est le stress oxydant et ses implications. Comment faire le lien entre vision grand public (antioxydants et alimentation etc.) et mécanismes biologiques ? Quelles opportunités pour le chimiste bio-inorganicien ? Bibliographie : A. Favier, Actualité Chimique, le Stress Oxydant, 2003, 108-115. J. M. Mc Cord : M. A. Edeas, Biomedicine & Pharmacotherapy 2005, 59, 139–142.

8

CHIM-07 3 places

Des nanoparticules au service de la santé Sandrine Quignard, sandrine.quignard@ens.fr Jacques Fattaccioli, jacques.fattaccioli@ens.fr L’objectif est de discuter des développements récents liés aux nanotechnologies appliquées à la médecine et des possibilités uniques offertes par ces objets qui interagissent de façon ciblée avec différents éléments biologiques. Bien que ce soit un domaine de recherche relativement récent, les approches multi-disciplinaires ont d’ores et déjà permis de mettre au point des vecteurs nanométriques pour délivrer différents agents thérapeutiques et envisager de nouvelles voies de traitement avec, par exemple, des particules multi-fonctionnelles (diagnostic + traitement(s)) ciblant la zone à traiter de façon spécifique. La variabilité des matériaux disponibles permet de développer des particules aux propriétés diverses et les fonctionnalisations chimiques offrent des voies de contrôle du comportement en milieu biologique (ciblage, contrôle de la libération des molécules actives, élimination de l’organisme,…).

CHIM-08 4 places

La matière virtuelle Anne Boutin, anne.boutin@ens.fr Elsa Perrin, elsa.perrin@ens.fr Comment la modélisation moléculaire peut-elle rendre compte de la réalité physico-chimique de la matière ? Les expériences « in silico » représentent-elles une nouvelle voie d’exploration de la matière en complément de la théorie et des expériences ? Bibliographie : Anne Boutin et Rodolphe Vuilleumier, L'actualité chimique, n°353-354, 61 (2011).

9

DÉPARTEMENT D’ÉTUDES COGNITIVES - DEC Ces mini-projets sont proposés par des doctorants, postdocs et chercheurs des laboratoires du DEC. Ils sont organisés par thèmes.

1. Le langage et son acquisition

DEC-01 3 places

Acquisition du langage au Babylab Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistique Alex de Carvalho, doctorant, x.de.carvalho@gmail.com Anne Christophe, chercheuse CNRS, anne.christophe@ens.fr Pendant ce mini-stage, les élèves et étudiants pourront découvrir les techniques d'expérimentation utilisées pour étudier le développement du langage chez les très jeunes enfants (0-3 ans), mises en œuvre au Babylab de l'ENS (www.lscp.net/babylab). En particulier, ils pourront assister à une expérience en électroencéphalographie (mesure de l'activité électrique du cerveau à la surface de la tête), avec des bébés de 18 mois, qui vise à tester s'ils connaissent déjà les contextes appropriés pour les noms et les verbes (ex : « je prends la poire » et « je la mange » sont des phrases correctes ; « je prends la mange » et « je la poire » sont incorrectes). En plus de participer aux expériences en cours (celle-ci et d'autres), ils seront encouragés à lire des articles scientifiques sur des sujets variés en sciences cognitives, et pourront interagir avec les autres chercheurs/post-doctorants/doctorants du laboratoire pour découvrir leurs sujets de recherche (conscience, langage, méta-cognition). Ils seront poussés à mener une réflexion personnelle en vue d'élaborer un nouveau projet de recherche avec les enfants et, à la fin de leur stage, pourront faire une petite présentation/discussion de leurs idées avec leurs encadrants. DEC-02 3 places

La vérité sur le développement du langage chez les nourrissons Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistique Sho Tsuji, postdoc, tsujish@gmail.com Christina Bergmann, postdoc, chbergma@gmail.com Alex Cristia, chercheuse CNRS, alecristia@gmail.com Chaque projet scientifique commence avec une question. Par exemple : est-ce que le fait de parler deux langues (plutôt qu’une seule) nous rend plus intelligents ? Certains chercheurs ont affirmé que oui, comme si le fait de devoir souvent changer de langue était une sorte de « gymnastique mentale » qui entraînerait notre cerveau. Vous pourriez penser que les scientifiques peuvent répondre à cette question tout simplement en faisant une expérience -

10

par exemple, en comparant des enfants dans des crèches où on parle soit une soit deux langues. Mais la réalité est souvent plus complexe. Ainsi, certaines études concluent que « oui », d'autres que « non », et d'autres encore quelque chose entre les deux. Alors, comment connaître « la » vérité ? Il y a néanmoins une solution pour savoir ce qu’il en est en dépit du bruit : la « méta-analyse », qui permet de combiner les résultats de toutes les études faites sur un sujet en particulier, y compris les expériences utilisant des méthodes très différentes telles que la mesure des signaux électriques du cerveau ou des mouvements oculaires. Cette méthode permet d’estimer l’effet combiné à travers toutes les études précédentes, et de comprendre pourquoi certaines études le trouvent et d’autres non. De plus, une fois les effets établis par une méta-analyse, ils peuvent être comparés avec d’autres. Ainsi, en collaboration avec les collègues de Stanford, notre équipe est en train de permettre une nouvelle vision globale de l’acquisition du langage (voir http://metalab.stanford.edu/ ). Cette vision révèle à quel point les bébés sont capables d’apprendre une langue, sans instruction explicite, et à un rythme étonnant. Au cours de votre stage, vous allez :

1. Apprendre comment fonctionnent les méta-analyses, en lisant des articles de recherche originaux, et en participant à l’analyse et à la visualisation des données.

2. Observer des passations d’expériences dans le cadre de certaines de nos études en cours pour découvrir comment nous déterminons ce que les bébés savent.

3. Participer à notre vie d’équipe (nos journal clubs, échanges de langues, etc.). Quelques vidéos sur l’acquisition du langage chez les nourrissons : Anne Christophe : http://www.thinkovery.com/comment-les-bebes-decouvrent-ils-les-mots Patricia Kuhl TED talk : http://www.ted.com/talks/patricia_kuhl_the_linguistic_genius_of_babies?languge=en

DEC-03 3 places

Une expérience sur les nourrissons ... par Internet Institut Jean-Nicod, Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques, Laboratoire de Psychologie de la Perception (U. Paris Descartes) Brent Strickland, enseignant-chercheur, stricklandbrent@gmail.com Alex Cristia, chercheuse CNRS, alecristia@gmail.com Veronique Izard, chercheuse CNRS, veronique.izard@parisdescartes.fr Il y a 30 ans, une révolution méthodologique en psychologie expérimentale nous a permis de tester les capacités cognitives précoces chez le jeune nourrisson, par l’analyse de son temps de regard. Par exemple, on sait qu’un enfant de 6 mois est capable de compter parce que, si on lui montre une scène avec deux objets cachés derrière un écran, et qu’on en enlève un (il en reste donc un seul), l’enfant regardera plus longtemps s’il y a deux objets quand l’écran tombe que s’il n’y a qu’un seul objet (comme si l’enfant était surpris dans le premier cas). On est sur le point de connaître une deuxième révolution méthodologique dans ce domaine : la possibilité de faire passer ce type d’expérience totalement par Internet. Il faut beaucoup d’efforts et de temps pour faire venir physiquement parents et nourrissons dans les laboratoires, et il est difficile de tester les nourrissons dans différents pays : être capable d’étudier les temps de regard à distance, et par Internet, pourrait résoudre ces deux problèmes. Nous recherchons un ou une stagiaire pour nous aider à mettre en place le prototype d’un

11

nouveau système qui permettrait de réaliser ce type d’expérience sur Internet, à distance. Le rôle du stagiaire sera de nous aider dans la construction des stimuli ainsi que de faire une recherche bibliographique pour voir si des systèmes similaires ont déjà été testés par d’autres groupes de recherches. Ce projet pourra être poursuivi par un stage long. DEC-04 3 places

Développement du langage chez les enfants bilingues Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques Sharon Peperkamp, sharon.peperkamp@ens.fr Julia Maria Carbajal L’apprentissage de la langue maternelle est une tâche d’une redoutable complexité, et les bébés bilingues doivent faire face au défi additionnel de détecter et de séparer les deux langues qu’ils entendent habituellement. Cependant, des études récentes montrent que les nourrissons bilingues sont bien capables de le faire avant leur premier anniversaire, et que leur développement linguistique se déroule suivant la même chronologie que celui des enfants monolingues. Dans notre BabyLab, nous étudions comment les bébés bilingues séparent leurs deux langues. Dans le cadre de ce projet, les élèves accompagneront nos chercheurs pendant des expériences avec des enfants monolingues et bilingues de 11 mois, et ils apprendront à analyser les vidéos et les données qui seront collectées pendant l’expérience. Ils aideront aussi à l’enregistrement de nouveaux stimuli qui seront utilisés dans une étude future. Prérequis : aucun DEC-05 3 places

Perception de la parole et analyses acoustiques Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques Sharon Peperkamp, sharon.peperkamp@ens.fr Alex Martin, alxndr.martin@gmail.com Quels sont les paramètres acoustiques qui influencent deux stimuli linguistiques dépourvus de sens (par ex, des non-mots comme « bada » et « baga ») et dans quelle mesure sont-ils perçus comme semblables et/ou risquent-ils d’être confondus ? Le but de ce projet est de faire des analyses acoustiques d’un ensemble de stimuli de ce type afin de les comparer aux résultats d’une expérience de perception de la parole utilisant les mêmes stimuli. Les élèves seront guidés dans leurs choix d’analyse et seront exposés à des méthodes venant de la psychologie cognitive appliquées à la perception du langage. Pré-requis : notions de programmation

12

DEC-06 3 places

Typologie des langues humaines et biais d’apprentissage Laboratoire : Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques Sharon Peperkamp, sharon.peperkamp@ens.fr Alex Martin, alxndr.martin@gmail.com Certains sons et suites de sons sont très fréquents à travers les langues du monde, tandis que d’autres sont quasi inexistants. Quelle est la source de ces différences typologiques ? Une possibilité est que les structures qu’on observe le plus souvent sont plus faciles à apprendre et qu’elles ont donc une plus grande probabilité de « survivre » dans le temps. Pour tester cette hypothèse, nous menons des expériences dans lesquelles les participants apprennent un mini-langage artificiel. Dans ce projet, les élèves seront formés à des méthodes d’expérimentation et ils aideront à la collecte de données dans une expérience en cours. Après les passations, les élèves seront initiés aux différentes méthodes statistiques utilisées pour analyser les données. Pré-requis : aucun

2. Langage et intelligence artificielle

DEC-07 3 places

Google peut-il réussir un test de QI ? Synthetic Language Learner, équipe du Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques Ewan Dunbar, ewan.dunbar@gmail.com Les tests de QI posent souvent les questions au sujet des analogies : gagner est à perdre ce que petit est à ____? (La réponse correcte est grand.) Ces questions reposent sur votre connaissance des sens des mots. On ne sait pas comment le cerveau stocke les sens des mots, mais il stocke au moins l’information qui vous permettrait de reconnaître les relations systématiques entre mots : par exemple, que gagner et perdre sont opposés. Les ordinateurs savent-ils cela ? Aujourd'hui, plusieurs systèmes sophistiqués « apprennent » à extraire de l’information des documents, qui sont utilisés pour les recherches sur Internet et pour la génération des résumés des nouvelles. Ces modèles peuvent-ils nous aider à comprendre le cerveau ? Dans ce projet, vous allez examiner les modèles de recherche de pointe de Google, évaluer à quel point ils captent les relations systématiques entre mots.

13

DEC-08 3 places

Make a computer learn like a baby Synthetic Language Learner, équipe du Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques Maarten Versteegh, maartenversteegh@gmail.com Before they can talk, or even stand up straight, human babies have learned a tremendous amount about the language that they hear all around them. We know from experiments that, within the first six months of life, infants have started to recognize the sounds of their language, and ignore sounds from foreign languages. They recognize common words, and even know their meanings. A one year old baby who has been raised hearing English is in many ways better at English than a foreigner who has been studying the language as an adult for twenty years. How the process of language acquisition happens in the human brain, unconsciously and automatically, is one of the greatest mysteries of Cognitive Science. In this project, you will be shown some standard statistical techniques that may (or may not) be good models of a very small part of this process: recognizing the sounds of a language. You will put them together and evaluate how well they do.

3. Modélisation en neurosciences cognitives

DEC-09 3 places

La dynamique cérébrale sur ordinateur Laboratoire de Neurosciences Cognitives – Group for Neural Theory Reinous Maex, postdoc, Reinoud.Maex@ens.fr Boris Gutkin, chercheur CNRS, boris.gutkin@ens.fr L’activité cérébrale est composée de signaux électriques que les neurones échangent entre eux, et ce processus est contrôlé de façon permanente par des substances chimiques, dites « modulateurs ». La dynamique globale du cerveau dépend donc de la dynamique intrinsèque des réseaux neuronaux, et de la dynamique des liaisons entre les modulateurs chimiques et leurs récepteurs. Les participants à ce projet apprendront à implémenter et simuler sur ordinateur, d'une part, l’activité électrique de simples réseaux neuronaux et, d'autre part, les interactions entre substances chimiques et récepteurs. Le but final est de trouver des moyens d’intégrer ces logiciels, afin de pouvoir simuler en détail les effets des modulateurs chimiques sur la dynamique des réseaux neuronaux.

14

DEC-10 3 places

Modélisation du codage de l’information temporelle dans les neurones du cortex auditif Laboratoire de Neurosciences Cognitives – Group for Neural Theory Srdjan Ostojic, srdjan.ostojic@ens.fr http://iec-lnc.ens.fr/group-for-neural-theory/members/faculty-in-alphabetical-order/ostojic-srdjan/?lang=en Le temps est une dimension essentielle de la réalité sensorielle : les stimuli visuels sont déterminés par le mouvement des objets et du regard ; les odeurs fluctuent au fur et à mesure que les molécules d’odorants sont dispersées par les flux d’air ; les sons sont fondamentalement des variations temporelles de pression. Comment notre cerveau perçoit et transforme les stimuli qui varient dans le temps reste toutefois peu compris. Le cerveau est constitué de réseaux de milliers de neurones, cellules nerveuses qui codent l’information au moyen d’impulsions électriques appelées « potentiels d’action ». Les neurones des aires corticales primaires ont pour rôle de représenter les stimuli que le cerveau reçoit. L’activité dans le cortex auditif primaire en particulier code les stimuli auditifs, pour lesquels la dimension temporelle est primordiale. Des publications récentes ont montré que dans le cortex auditif primaire, l’information est représentée sous la forme de deux codes complémentaires, un code temporal et un code fréquentiel. Le but de ce projet sera d’explorer les mécanismes neuronaux de ces deux codes en utilisant des modèles mathématiques de cellules et réseaux du cortex auditif. Nous commencerons par l’étude de quelques articles récents, puis nous construirons des modèles simplifiés qui seront étudiés au moyen de simulations numériques et analyses mathématiques. Références: Lu, T., Liang, L., and Wang, X. (2001). Temporal and rate representations of time-varying signals in the auditory cortex of awake primates. Nat. Neurosci. 4, 1131–1138. Gao X, Wehr M. (2015) A coding transformation for temporally structured sounds within auditory cortical neurons. Neuron 86, 292–303. D. Bendor (2015), The Role of Inhibition in a Computational Model of an Auditory Cortical Neuron during the Encoding of Temporal Information, Plos Computational Biology 11(4): e1004197.

4. Perception : vision et audition, perception des intentions

DEC-11 3 places

Integration of statistical information in complex acoustical environments Laboratoire des systèmes perceptifs Jennifer Lawlor, doctorante, jennifer.lawlor.blondel@gmail.com Yves Boubenec, postdoc, boubenec@ens.fr Many natural sounds (e.g. wind or fire) have spectrotemporal signatures on a statistical level

15

which can be used for recognition. While their local structure is highly variable, the spectrotemporal statistics of these auditory textures on a larger timescale are more stable. To explore the encoding of these statistics, we quantified dynamical aspects of change detection and found evidence for the integration of statistical information (article under preparation). We wish to further explore the underlying statistical representation of sound textures using changes closer to naturally occurring fluctuations. In particular we would like to determine how a visual attention load could affect integration of sound statistics. We also want to determine how change speed could influence subject's performance. Role and activities of the internship students. The student will be in charge of data collection and analysis. The human psychophysics experiments will be conducted on a pre-existing set-up. An introduction to psychophysics data analysis using Matlab will be provided. In order to make full use of the time-frame and optimize the learning experience, the experimental paradigm will be provided and subjects recruited. Mentorship will be given both by a post-doc and a graduate student who have first-hand experience working with the proposed paradigm. DEC-12 3 places Suivi de la performance perceptive dans le temps Équipe Audition, Laboratoire des Systèmes Perceptifs (LSP, http://www.iec-lsp.ens.fr/) Alain de Cheveigné, directeur de recherche, alain.de.cheveigne@ens.fr, http://audition.ens.fr/adc/ Dorothée Arzounian, doctorante, dorothee.arzounian@ens.fr, http://cri-paris.org/team/dorothee-arzounian/ Les membres du LSP cherchent à mieux comprendre les mécanismes sous-jacents à notre perception du monde, avec une emphase sur la vision et l’audition. Dans cette perspective, nous exploitons des outils de multiples disciplines, en particulier la psychophysique comportementale, les neurosciences intégratives et la modélisation computationnelle. Contexte du projet. Ce projet s'inscrit dans le cadre d'une étude sur le lien entre état cortical et performance perceptive. Dans les expériences concernées, des sujets doivent comparer la hauteur tonale de sons consécutifs. Nous développons une méthode de suivi de la performance au cours du temps, dans le but de comparer son évolution avec celle de l'état cortical (mesuré par électro-encéphalographie). La méthode utilise une procédure psychophysique dite « en escalier ». Le présent projet vise à évaluer la validité de cette méthode en faisant varier artificiellement la performance dans la tâche par une manipulation du stimulus (durée des tons) ou des ressources attentionnelles (tâche concurrente). Objectifs du projet. La mission principale des étudiants sera de faire passer les tests comportementaux à des sujets humains volontaires et d’analyser les données comportementales obtenues.

16

DEC-13 3 places

Shadows : the latest on the best Institut Jean-Nicod Roberto Casati, chercheur CNRS, rcasati@gmail.com Il s'agira de compiler une bibliographie raisonnée (référence biblio + résumé) de ce qui a été publié sur la perception et la représentation de l’ombre après 2000 (et en particulier après 2010). Récemment, les psychologues ont tourné leur attention vers l’étude des ombres portées et on démontré que les informations visuelles à partir des valeurs d'ombre interviennent très tôt dans la perception des qualités spatiales, en synergie ou en conflit avec d’autres indices. Dans le même temps, les systèmes de vision artificielle regardent les ombres portées presque exclusivement comme du bruit. Des questions spécifiques telles que l’écologie informationnelle des ombres, la reconnaissance des ombres en tant que telles (« ce qui rend ombre une tache sombre dans une scène ») et la capacité humaine à établir des jugements complexes sur la forme et la localisation des objets dans l’espace 3D basés sur les ombres sont des exemples de thèmes abordés dans la littérature récente. La recherche bibliographique peut s’étendre au-delà des frontières disciplinaires (psychologie de la perception, computer vision) et investir l’histoire de l'art, le rendering dans les dessins animés, etc. DEC-14 3 places

Lire la prise de décision dans les yeux Laboratoire de Neurosciences Cognitives Valentin Wyart, chercheur INSERM, valentin.wyart@ens.fr La prise de décision est un processus cognitif complexe dont les mécanismes font à l’heure actuelle l’objet de vifs débats. En recherche comme dans de nombreuses situations compétitives (au poker par exemple), la capacité de « lire » des décisions cachées dans le comportement involontaire d’autrui peut se révéler utile - pour identifier les mécanismes mis en jeu (en recherche) ou pour en tirer avantage (en situation de compétition). Ce stage, qui aura lieu au Laboratoire de Neurosciences Cognitives du Département d’Études Cognitives, propose d’enregistrer des signaux de « pupillométrie » (correspondant aux fluctuations temporelles du diamètre de la pupille) pendant que des sujet volontaires participent à une tâche cognitive de prise de décision (sous forme de jeu sur ordinateur), puis d’utiliser ces signaux pupillométriques pour tenter de « décoder » les décisions prises par les sujets testés, c’est-à-dire de deviner leurs décisions sur la base de leur diamètre pupillaire. Pour cela, nous nous baserons sur le lien entre ce signal physiologique et le système « neuromodulateur » noradrénergique impliqué dans la prise de décision. En pratique, le stage consistera en deux parties : 1. une première partie, expérimentale, pendant laquelle nous enregistrerons les signaux de diamètre pupillaire de sujets volontaires engagés dans une tâche de prise de décision, à l’aide d’un système « eye-tracker » équipé d’une caméra infrarouge haute résolution ; 2. une seconde partie pendant laquelle nous analyserons les données recueillies à l’aide

17

d’outils théoriques pour estimer, de façon quantitative, le pouvoir prédictif du diamètre pupillaire pour décoder les décisions des sujets testés. L’enregistrement des données, ainsi que leur analyse, s’appuiera sur la programmation de scripts sous MATLAB (un logiciel/langage de calcul numérique) mais ne nécessite pas de connaissances préalables en programmation. DEC-15 3 places

La perception des agents et patients (c’est-à-dire « qui a fait quoi à qui ») Institut Jean-Nicod Brent Strickland, stricklandbrent@gmail.com Tiziana Zalla, tiziana.zalla@gmail.com Une des leçons les plus importantes des vingt dernières années de l’étude de la perception humaine est que le système visuel est capable non seulement de se représenter des éléments de « bas niveau » comme la luminosité, le contraste ou la couleur, mais peut aussi se représenter de manière automatique les catégories qui ont une importance sémantique telles que la distinction entre les objets solides et les substances, ou le genre biologique. Dans ce projet, on se demandera jusqu'où peut aller cette capacité sophistiquée. Notamment on veut savoir si le système visuel peut automatiquement distinguer un agent (c’est-à-dire l’acteur qui a été la cause ou l’initiateur d’un évènement) d’un patient (c’est-à- dire l’acteur qui a subit les effets de l’évènement), et si oui à quelle vitesse. Pendant le mini-stage, on demandera au stagiaire de s’initier à « Blender », un logiciel pour créer des vidéos animées et photo-réalistes. Le stagiaire aura pour mission de créer des stimuli pour une expérience qui aura lieu en octobre ou décembre. Celle-ci comparera la performance d’adultes en bonne santé (dans la détection des agents/patients) et celle de personnes autistes. Pré-requis : compétences minimales en programmation. Ce projet pourra être poursuivi par un stage long.

5. Biais cognitifs

DEC-16 3 places Biais de confirmation : analyse bibliographique Institut Jean-Nicod et Laboratoire de Sciences Cognitives et Psycholinguistiques. Brent Strickland, stricklandbrent@gmail.com Benjamin Spector, benjamin.spector@ens.fr Emmanuel Chemla, emmanuel.chemla@ens.fr Un des biais cognitifs les plus robustes que l’on connaisse en psychologie est le « biais de confirmation ». ll s’agit d’une tendance à faire plus d’efforts pour trouver des informations

18

qui confirment une croyance préalable plutôt que des informations qui la réfutent, à mieux se souvenir de faits qui vont dans le sens d’une croyance préalable que de ceux qui vont dans le sens contraire, etc. Même si ce phénomène a été beaucoup étudié, il semble y a avoir de l’incertitude sur les types de données qui constituent une preuve véritable de l’existence d’un tel biais. Considérez l’exemple suivant. On donne aux participants dans une expérience psychologique une séquence de nombres : [2, 4, 8]. Le participant doit deviner quelle est la règle qui a engendré cette séquence. Il a le droit d’essayer autant de nouvelles séquences de 3 chiffres qu’il veut pour tester ses hypothèses sur la règle, et pour chaque essai la machine lui indique si la séquence aurait pu être ou n’aurait pas pu être engendrée par la règle. La plupart du temps les participants vont tester des séquences comme [4, 8, 16] et [8, 16, 32] parce qu’ils ont en tête l’hypothèse que la règle qui a engendré la première séquence était « chaque nouveau nombre est le double du précédent ». Une fois qu’ils testent ces deux dernières séquences et qu’ils reçoivent une réponse « oui », ils ont tendance à penser qu’ils avaient raison. Mais en fait ces personnes se trompent car la « vraie » règle était simplement « chaque nombre est plus grand que les précédents ». Mais les participants vont rarement tester des séquences comme [1, 2, 3] ou [3, 2, 1] qui auraient donné lieu, respectivement, à une réponse « oui » et à une réponse « non », et qui pouvaient potentiellement infirmer leur hypothèse. La tendance à ne pas tester ces cas négatifs est souvent considérée par les psychologues comme une preuve d’un biais de confirmation. Cette interprétation, cependant, ne va pas de soi. Dans ce stage, on vous demandera de lire un certain nombre d’articles sur le biais de confirmation, de dégager différentes utilisations de ce terme et de chercher à quels mécanismes psychologiques ces différents usages peuvent correspondre. DEC-17 3 places Measuring neural response to external stimuli during sleep Laboratoire de sciences cognitives et psycholinguistiques Sid Kouider, chercheur CNRS, sid.kouider@gmail.com Ce projet correspond à un travail en cours mené par l’équipe de Sid Kouider. Les étudiants seront intégrés à l’équipe et découvriront les questions que se posent les chercheurs et les méthodes qu’ils mettent en œuvre. Cette initiation pourra être poursuivie par un stage long. A fundamental issue in cognitive neuroscience concerns the extent to which the brain continues to respond to external stimuli during sleep. Falling asleep leads to a loss of sensory awareness and the inability to interact with the environment. Yet, while this was traditionally thought as a consequence of the brain shutting down to external inputs, it is now acknowledged that environmental stimuli continue to be processed, at least to some extent, during sleep. For instance, auditory stimuli with a relevant meaning (e.g. own names, own baby's cry, fire alarm) are more likely to lead to awakening. More compelling are recent studies from our lab showing that the sleeping brain, despites the absence of consciousness and overt behavioural response, continues to analyses and even prepare for acting on relevant stimuli. These studies rely on high-density electroencephalography (EEG), with signatures of semantic processing and motor preparation (N400, Lateralized readiness

19

potentials on premotor cortex) to probe neural responses during sleep. In this new project, we will test whether the sleeping brain, despite any overt behavioural responses, can ‘focus attention’ towards the most relevant/meaningful auditory stream in a noisy multi-stream environment.

DEC-18 3 places Developing a self-reflecting mind Laboratoire de sciences cognitives et psycholinguistiques Sid Kouider, chercheur CNRS, sid.kouider@gmail.com Ce projet correspond à un travail en cours mené par l’équipe de Sid Kouider. Les étudiants seront intégrés à l’équipe et découvriront les questions que se posent les chercheurs et les méthodes qu’ils mettent en œuvre. Cette initiation pourra être poursuivie par un stage long. Developmental cognitive neuroscience constitutes a booming new field in which researchers are probing the functional architecture of the infant brain. Babies can’t talk and tell us what they think about, but now thanks to new non-invasive methods such as high-density electroencephalography (EEG), it becomes possible to probe the electrophysiological signatures of major cognitive functions (perception, attention, memory, inferences, language understanding, etc). These electrophysiological signatures are called event-related potentials and correspond to specific patterns in the EEG signal. Here, we will attempt to answer the two fundamental issues of whether infants have a capacity for metacognition (do they know they know) and whether they experience self-consciousness (do they feel themselves as a unitary entity). Examining these self-reflection mechanisms, through implicit behaviours and EEG brain responses, will address the issue of whether humans in the initial state have a primitive self, or are actually unconscious about their own person.

20

DEC-19 3 places Les bases biologiques de la justice : approche économique, psychologique et évolutionnaire Institut Jean-Nicod, Laboratoire de sciences cognitives et psycholinguistiques Nicolas Baumard, nbaumard@gmail.com Les économistes cherchent à expliquer les forces qui déterminent le prix d'un produit ou d'un service. Pourtant, de nombreux prix de marché sont ressentis comme « injustes » ou « inéquitables » par les individus. Comment expliquer cet écart entre le prix du marché et le sentiment de justice ? Pourquoi les gens insistent pour acheter du café « fair trade » alors que le marché leur permet d'acheter du café moins cher ? Le but de ce stage est de faire une revue de la littérature sur la question, et notamment de comparer les modèles économiques et les modèles évolutionnaires du sentiment de justice. Bibliographie : Kahneman, D., Knetsch, J. L., & Thaler, R. (1986). Fairness as aconstraint on profit seeking: Entitlements in the market. The American economic review, 728-741. Fehr, E., & Schmidt, K. M. (1999). A theory of fairness, competition, and cooperation. Quarterly journal of Economics, 817-868. Debove, S., Baumard, N., & André, J. B. (2015). Evolution of equal division among unequal partners. Evolution, 69(2), 561-569.

21

DÉPARTEMENT DE GÉOSCIENCES

GSC-01 3 places

Les tourbillons du Gulf Stream Guillaume Lapeyre, Guillaume.Lapeyre@ens.fr On cherche à comprendre comment les tourbillons océaniques (structures de l'ordre de 200 km de diamètre) se déplacent en relation avec les grands courants marins (comme le Gulf Stream) et en présence d'une force de Coriolis qui dépend de la latitude. Pour ce faire, on décrira un tourbillon en une somme de tourbillons élémentaires décrits par les équations de la mécanique des fluides. On résoudra ensuite, numériquement, l'évolution temporelle de ces tourbillons et on examinera différents types de comportement. GSC-02 3 places

Les stocks de carbone des sols de France Pierre Barré, pierre.barre@ens.fr Le sol est un réservoir de carbone (environ 1500 à 2400 GtC) deux à trois fois plus important que l'atmosphère, et les flux de C entre sol et atmosphère sont significatifs (environ ~60 GtC/an). Il a également été montré que des variations de stock de C organique des sols (COS) pouvaient influencer significativement les quantités de CO2 atmosphérique sur des pas de temps de l’ordre de la décennie. La compréhension des échanges de C entre sol et atmosphère est donc de première importance pour comprendre et prédire l’évolution des teneurs en CO2 atmosphérique au XXIe siècle. Les stocks de C des sols sont déterminés par une série de facteurs environnementaux. Le travail consistera à contribuer à la mise en relation de bases de données géo-référencées (sol, topographie, climat, géologie, végétation) puis à déterminer les différents facteurs contrôlant les stocks de C du sol à l’échelle de la France. Cet atelier fournira une introduction à l’utilisation de logiciels de système d’information géographique (SIG) et de traitement de données (Matlab).

22

GSC-03 3 x 2 places

Fracturation des roches et mécanique de la rupture sismique Alexandre Schubnel, Alexandre.Schubnel@ens.fr

Ce projet a pour but de faire découvrir une presse triaxiale en fonctionnement et d’étudier le comportement mécanique d’échantillons de roches sous pression. Ce volet de la géophysique expérimentale s’intéresse notamment à la génération d’instabilités mécanique à l’origine de la rupture sismique. On montrera l’intérêt de la fracturation des roches en laboratoire pour la compréhension de l’activité sismique. Ce type d’expériences peut aussi servir à comprendre la structure et le comportement des roches dans le cadre de la construction d’ouvrages tels que des tunnels ou dans le cadre de l’exploitation de ressources pétrolières ou minérales. On présentera : -la presse triaxiale (principe, mécanisme, mise en pratique) ; -les jauges de déformation (principe, collage des jauges, suivi de la déformation au cours de l’expérience) ; -l’enregistrement des émissions acoustiques (principe, conditions de déclenchement, signification). La partie pratique de ce projet touchera aux expériences de fracturation et au traitement de données sismologiques. Il s’agit de mettre en évidence que, dans des conditions de pression et température données, certaines roches peuvent être le lieu de séismes alors que d’autres se déforment sans émettre d’ondes acoustiques. On utilisera pour cela deux échantillons similaires de deux roches ayant des comportements mécaniques différents. On discutera les résultats obtenus suite à ces expériences et on les mettra en regard des observations réalisées sur les données sismologiques. On évoquera les limitations physiques de la méthode. Ce projet est limité à 3 binômes, de manière à ce que tout le monde puisse participer et observer le déroulement des expériences et afin d’assurer une bonne interactivité pendant l’interprétation des observations.

23

GSC-04 3 places

Développement des perturbations atmosphériques Guillaume Lapeyre, Guillaume.Lapeyre@ens.fr A partir de considérations simples (conservation de la masse, statique des fluides), on déterminera les régions d'ascendance et de descente d’air pour une onde atmosphérique. On pourra ensuite décrire le principe du développement d’une dépression en prenant en compte la dimension verticale des processus. GSC-05 3 places

Imagerie acoustique des structures sous-marines Matthias Delescluse, Matthias.Delescluse@ens.fr Ce projet a pour but de faire découvrir les différentes méthodes d’imagerie permettant de décrire les premiers kilomètres de l’écorce terrestre. Ces méthodes d’imagerie sont utiles pour la compréhension des structures et processus liés à la tectonique des plaques, au mélange des masses d’eau en océanographie, mais aussi pour l’industrie pétrolière. On passera en revue : -les différentes sources acoustiques, artificielles ou naturelles (canons à air, séismes, bruit sismique) -les différents systèmes d’écoute (sismique réflexion, réfraction, sismologie) -les techniques d’imagerie (réflectivité, tomographie…) La partie pratique de ce projet sera focalisée sur la sismique marine. A partir de vraies données acquises lors d’une campagne à la mer sur un bateau de recherche (avec projection vidéo de l’acquisition), on suivra en pratique les différentes étapes du traitement informatique nécessaire à l’obtention d’un profil de sismique réflexion : -Géométrie des traces sismiques -Filtrage -Détermination de la vitesse de propagation des ondes à partir des hyperboles de réflexion -Fabrication du stack (sommation des traces pour améliorer le rapport signal/bruit) -Migration : suppression des hyperboles de diffraction -Déconvolution du signal source On discutera ensuite des images obtenues (sédimentation, failles), des limitations physiques de la méthode (profondeur vs résolution) et des conséquences pour les différents objectifs (imagerie haute résolution/structure profonde). Ce projet est limité à un grand maximum de 3 binômes, du fait des limites de l’infrastructure informatique et afin d’assurer une bonne interactivité de la partie traitement.

24

GSC-06 3 places

Petit panorama de l'utilisation du GPS en Sciences de la terre Damien Walwer, Damien.Walwer@ens.fr Le but de cet atelier est de présenter le GPS comme un moyen d'étude de déformations de la surface Terre. On pourra mettre en avant principalement deux types d'applications géophysiques : -l’étude des volcans, -l'étude du mouvement des plaques tectoniques et du cycle sismique dans les zones de subductions. On présentera brièvement la technique de positionnement par GPS en présentant notamment quelques-unes des sources d’erreurs telles que la ionosphère et la troposphère. Cela permettra également de montrer que le GPS peut être utilisé pour étudier certains processus atmosphériques. On pourra également passer en revue différentes sources de déformations de la surface de la Terre (les effets de marées, la rotation de la Terre, l'effet des charges atmosphériques, océaniques et hydrologiques...). En pratique, nous estimerons la profondeur de l'activité magmatique associée à des déformations du volcan Akutan. Pour cela, les étudiants auront à disposition un jeu de données simples, préalablement traitées, représentant des déformations du volcan Akutan. Ils pourront alors comparer ces données à des déplacements calculés à l'aide d'un modèle de Mogi. Le modèle de Mogi permet de calculer des déformations associées à un point source en profondeur. En faisant varier deux paramètres du modèle - la profondeur de la source et les changements de volumes associés -, ils pourront estimer la profondeur de la source. Nous pourrons discuter ensuite de manière qualitative des processus magmatiques qui peuvent potentiellement être à l'origine des déformations du volcan. Pour ce qui concerne l'étude des zones de subductions, les étudiants auront entre les mains des jeux de données GPS obtenues à différentes étapes du cycle sismique (intersismique et cosismique principalement). Ces jeux de données serviront de bases à des discussions sur les processus à l'origine des grands séismes qui ont lieu dans les zones de subductions. En s'appuyant sur ces données, nous pourrons discuter éventuellement des paramètres qui contrôlent la magnitude des séismes, de l'estimation de « temps de récurrences », du partitionnement de la déformation... Nous montrerons aussi que, dans certaines zones de subductions, des phénomènes transitoires ont lieu en présentant des séries temporelles GPS mettant en évidence des glissements lents. Enfin, nous pourrons éventuellement discuter des différentes limites de la géodésie GPS et de la nécessité d'obtenir des informations indépendantes grâce, par exemple, à la sismologie ou à la géologie, que se soit pour l'étude des tremblements de Terre ou pour l'étude des volcans. Pour cela, nous pourrons par exemple nous appuyer sur une carte géologique du volcan Akutan ou bien discuter des relations entres les trémor et glissements lents dans les cascades ou des liens entres les orogènes et le cycle sismique.

25

GSC-07 3 places

Dynamique océanique, biogéochimie marine et climat Sabrina Speich, Sabrina.Speich@ens.fr A partir d’observations, on évaluera les régions océaniques dont la dynamique est particulièrement énergétique. Il sera possible de caractériser cette dynamique en termes d’activité tourbillonnaire et d’étudier, dans un bassin océanique donné, la signature de surface de ces structures et leur dynamique en aboutissant à un lien avec la circulation océanique de grande échelle de surface et ses changements.

26

DÉPARTEMENT D’INFORMATIQUE - DI

DI-01 2 places

Compression et chiffrement simultanés François Béranger, francois.berenger@inria.fr (équipe Antique) On s’intéressera à la combinaison de l’algorithme de compression de Huffman avec deux algorithmes de cryptographie (‘un faisant du chiffrement par blocs, par exemple Blowfish, et l’autre faisant du chiffrement de flux, par exemple RC4). Le but est de mesurer les performances de la méthode combinée par rapport à la méthode classique : compresser d’'abord le message puis chiffrer ensuite tout le message compressé avec du chiffrement symétrique par blocs. Le projet devra être programmé en OCaml, avec l'aide des librairies cryptokit et/ou nocrypto pour comparer les performances des deux librairies. La fonctionnalité de compression et de chiffrement simultanés pourra, à terme, être intégrée dans le projet open source DAFT (https://github.com/UnixJunkie/daft) si le prototype est de bonne qualité et les performances satisfaisantes. DI-02 2 places

Export de commandes de compilation vers un script shell et/ou vers un Makefile François Béranger, francois.berenger@inria.fr (équipe Antique) Le logiciel obuild (https://github.com/ocaml-obuild/obuild) permet de décrire très simplement la compilation de logiciels écrits en OCaml. Il permet aussi de compiler efficacement ces logiciels grâce à la parallélisation de la compilation. Le logiciel obuild ne marche pas sous Windows, mais il devrait être assez facile d'exporter les commandes de compilation vers un script shell (facile) ou un Makefile parallélisant (plus difficile) lorsqu'on compile un projet sous UNIX afin de générer un script de compilation qui marche sous Windows mais qui permette aussi à des utilisateurs n'ayant pas installé obuild d'avoir accès à un script de compilation de « secours ». Les étudiants devront modifier obuild afin d'ajouter l'export des commandes de compilation vers un script shell (simple) et, s'ils sont motivés, vers un Makefile autorisant la parallélisation maximum de la compilation (plus difficile).

27

DI-03 2 places

Circulation à New York Rémi Varloot, remi.varloot@ens.fr On modélise le trafic routier dans une ville à l'américaine, c'est-à-dire en grille. Des voitures suivent un parcours prédéfini à travers la ville, et subissent des délais à chaque carrefour, en fonction des autres usagers. On s'intéresse par exemple au temps moyen nécessaire pour effectuer ce parcours. On étudiera différents modèles d'intersections : feu, stop, priorités... et leur impact. DI-04 2 places

Phénomène petit-monde dans les graphes Anne Bouillard, anne.bouillard@ens.fr On s'intéresse au modèle de graphe suivant : une grille de taille N, et munie pour chaque sommet d'un « raccourci » vers un autre sommet du graphe. La question est de savoir comment la manière dont sont distribués les raccourcis influe sur la longueur des plus courts chemins entre deux points du graphe. En particulier, on mettra en évidence l'existence du phénomène petit-monde pour un bon choix de raccourcis : la longueur des plus courts chemins est logarithmique en N. DI-05 2 places

Cryptanalyse de RSA PKCS#1 v1.5 David Pointcheval, david.pointcheval@ens.fr La norme de chiffrement RSA PKCS#1 v1.5 est toujours largement utilisée, malgré une attaque présentée par Daniel Bleichenbacher [1] en 1998, avec un impact réel dans certains cas d’usage, tels que TLS/SSL. Le but du projet sera d’étudier cette attaque, de l’implémenter, et d’analyser sa complexité sur les tailles des modules RSA actuels. Bibliographie :

[1] Daniel Bleichenbacher:Chosen Ciphertext Attacks Against Protocols Based on the RSA Encryption Standard

PKCS #1. CRYPTO 1998: 1-12

DI-06 2 places

Fournir des réponses sans connaître les questions David Pointcheval, david.pointcheval@ens.fr L’exigence grandissante en termes de « respect de la vie privée » introduit de nouvelles notions de sécurité. Outre la confidentialité (secret des données) et l’anonymat (secret des identités), le contenu des requêtes peut également être sensible. Mais obtenir des réponses de Google sans que ce dernier ne connaisse les questions n’est pas chose aisée.

28

Des techniques d’Oblivious Transfer [1,2] et d’Adaptive Oblivious Transfer [3] ont été proposées, et sont des approches encourageantes. Le but du projet est d’étudier ces techniques et d’envisager des extensions au contexte actuel des données dans le cloud. Bibiographie : [1] Michael O. Rabin: How to exchange secrets by oblivious transfer. Technical Report TR-81, Harvard Aiken Computation Laboratory, 1981.

[2] Gilles Brassard, Claude Crépeau, Jean-Marc Robert:All-or-Nothing Disclosure of Secrets. CRYPTO 1986: 234-238. [3] Jan Camenisch, Gregory Neven, Abhi Shelat: Simulatable Adaptive Oblivious Transfer. EUROCRYPT 2007: 573-590 (voir https://eprint.iacr.org/2008/014.pdf).

DI-07 2 places

Prédiction personnalisée de la résistance à un médicament Gilles Wainrib, gilles.wainrib@ens.fr La médecine personnalisée est amenée à devenir un enjeu majeur de santé publique dans les années à venir. Nous nous intéresserons, dans ce projet, à une maladie inflammatoire aiguë pour laquelle une fraction des patients est résistante au traitement par corticoïdes. En se basant sur des données individuelles d’expression génétique (Hôpital-Bichat à Paris), le but du projet est de proposer une méthode de prédiction de la réponse au traitement. DI-08 2 places

Classification des états du sommeil à partir d’enregistrements EEG Gilles Wainrib, gilles.wainrib@ens.fr Afin de mieux comprendre le sommeil et ses dysfonctionnements, on s'intéressera dans ce projet à construire un algorithme de classification des différents états du sommeil (éveil, sommeil paradoxal, stades 1-4) en se basant sur des enregistrements EEG. Ce projet se fera en collaboration avec une start-up française de neurotechnologie.

29

DÉPARTEMENT DE MATHEMATIQUES - DMA Responsable : Bastien Mallein, bastien.mallein@ens.fr

Toute question générale sur les projets est à adresser à Bastien Mallein. Pour un projet spécifique, adressez-vous à son auteur (les adresses électroniques sont données ci-dessous).

DMA-01 3 places

Plus longue sous-suite croissante Stéphane Boucheron, stephane.boucheron@ens.fr

L'objectif est de déterminer la taille de la plus longue sous-suite croissante d'une permutation choisie uniformément au hasard.

DMA-02 3 places

Des lézards et des cycles Vincent Calvez, vincent.calvez@ens.fr

Modéliser le jeu « pierre-feuille-ciseau » par un ensemble de trois groupes de joueurs qui adoptent des stratégies « pures ». On pourra écrire un système d'équations différentielles pour la fréquence de chacun des groupes au sein d'une population. On pourra : - étudier la stabilité d'un équilibre entre les trois groupes, ou bien l'émergence de cycles limites, à la fois analytiquement et/ou numériquement ; - généraliser le modèle de stratégie pure à un modèle de stratégies de meilleure réponse. Bibliographie : J Hofbauer, and K Sigmund, Evolutionary game dynamics. Bull. Amer. Math. Soc. 40 (2003) B Sinervo, and CM Lively, The rock-paper-scissors game and the evolution of alternative male strategies. Nature (1996)

DMA-03 3 places

Algorithme génétique Raphaël Cerf, raphael.cerf@ens.fr

Soit f une fonction définie sur l'espace {0,1}N à valeurs dans (0,∞). Le problème est de localiser l'ensemble f* des maxima globaux de f ou, à défaut, de trouver le plus rapidement et le plus efficacement possible des points sous-optimaux (l'entier N est grand et une recherche exhaustive est exclue). Les algorithmes génétiques sont des procédures de recherche qui s'inspirent des mécanismes de la sélection naturelle et des phénomènes génétiques. Le principe consiste à faire évoluer un ensemble de points de l'espace {0,1}N comme s'il s'agissait d'une population naturelle d'individus ou de chromosomes, la fonction f mesurant l'adaptation d'un individu à l'environnement. Le but du projet sera de réaliser des simulations de l'algorithme génétique simple classique et d’implémenter un nouveau contrôle des paramètres de l'algorithme sur une fonction test.

30

DMA-04 3 places

Théorème du point fixe Jérémy Daniel, jeremy.daniel@ens.fr

On s'intéresse à la démonstration du théorème du point fixe de Brouwer, avec application à la recherche d'une stratégie optimale dans un jeu de type poker.

DMA-05 3 places

Sous-groupes discrets de SL(2,R) Selim Ghazouani, selim.ghazouani@ens.fr

L'objectif est de construire un programme vérifiant qu'un ensemble de matrices donné engendre un sous-groupe discret de SL(2,R).

DMA-06 3 places

Impact de la sélection naturelle sur la généalogie des populations Bastien Mallein, bastien.mallein@ens.fr

On considère une population qui évolue d'année en année de la façon suivante : -Branchement : Chaque individu meurt en donnant naissance de façon indépendante à des enfants. -Sélection : Parmi les enfants, N sont sélectionnés pour survivre et engendrer la génération suivante. Le but de ce projet est d'étudier de façon empirique l'âge moyen de l'ancêtre commun de cette population en fonction de différents mécanismes de sélection : hasard total, déterminisme génétique, combinaison des deux précédents, etc.

DMA-07 3 places

Propriétés des espaces métriques Bertrand Maury, bertrand.maury@ens.fr

Un pays comme la France peut raisonnablement être supposé « plat » (la courbure de la terre à cette échelle est négligeable), et se voir comme un espace métrique pour la distance induite par la distance euclidienne (distance « à vol d’oiseau ») sur un domaine plan de cette forme. Mais d’autres métriques sont envisageables voire plus naturelles, on peut par exemple penser à : 1. Distance géodésique : on ne s’autorise que les chemins qui restent en métropole, sans passer par la mer ni l’étranger. 2. Distance préhistorique : temps de marche sans s’arrêter d’un point à l’autre, en prenant en compte la topographie du terrain, en considérant qu’on a une fonction v(x) qui définit le module de la vitesse de marche au point considéré (plus faible en montagne, en forêt, etc.) 3. Distance des temps modernes : temps de parcours optimal, tous moyens confondus : on

31

s’autorise à prendre le train, la voiture, l’avion…, en supposant qu’on a des correspondances parfaites. 4. Distance économique : prix de revient. Pour simplifier, on considérera par exemple que l’on ne se déplace qu’en voiture et en train, en rejoignant en voiture la gare la plus proche et, pour l’arrivée, en louant une voiture pour rejoindre son but. On peut considérer un prix du train au kilomètre, et un prix de la voiture au kilomètre. Pour l’une (ou plusieurs) de ces situations, on pourra chercher à décrire les propriétés de l’espace métrique sous-jacent : forme des boules, calcul effectif des distances, recherche de recouvrement par un nombre minimal de boules de rayon fixé, représentation « graphique » de l’espace métrique sous-jacent (est-il possible de construire une isométrie entre l’espace considéré et une hypersurface de Rd avec métrique géodésique induite de la distance euclidienne ? ), estimation du diamètre de l'espace, localisation du (ou des) « centre(s) + estimation du rayon de la boule minimale (trouver un point, centre d’une boule de rayon minimal, qui recouvre le pays). On pourra aussi étudier le « comportement » de la métrique en fonction de certains paramètres. Par exemple, dans la situation 4, que devient l’espace métrique lorsque le prix au kilomètre de la voiture explose, alors que le prix du train reste raisonnable (explosion du prix de l’essence / stabilité du prix de l'électricité) ?

DMA-08 3 places

Estimer le coût marginal du transport d’un passager de 50 kg sur un parcours de 1000 km en avion de ligne Bertrand Maury, bertrand.maury@ens.fr Benoît Selmin, bertrand.maury@ens.fr

Sur la base d’une estimation de ce coût, proposer un modèle qui permette d’expliquer pourquoi les compagnies aériennes sont prêtes à prendre le risque de devoir refuser (au prix d’une compensation financière significative) des voyageurs ayant réservé, pour limiter au maximum le nombre moyen de places inoccupées.

DMA-09 3 places

Construction d’un voisinage upwind pour le calcul des élasticas de Mumford Jean-Marie Mirebeau, jean-marie.mirebeau@math.u-psud.fr

Le sujet propose une question concrète de géométrie algorithmique. Les thèmes mathématiques implicitement liés à ce sujet sont : le contrôle optimal, la géométrie discrète, et les méthodes de segmentation d’image. Contexte. Les élasticas de Mumford sont Des courbes du plan ayant de nombreuses applications en traitement de l’image. La construction de F-stencils du type ci-dessous permettrait de développer une nouvelle méthode pour leur calcul numérique, basée sur l’algorithme du Fast-Marching. Objectif. Soit F une fonction réelle de classe C1, 1-homogène, strictement convexe, positive, sur R3. Un F-stencil est une surface triangulée S de R3, homéomorphe à la sphère, entourant

32

l’origine, et telle que pour toute face T de S (T est donc un triangle) : -Les sommets u,v,w de T sont à coordonnées entières et satisfont |det(u,v,w)|=1 . -Tous les points u,v, de la face T forment des angles F-aigus : ⟨u,∇F(v)⟩ et ⟨v, ∇F(u)⟩ ≥ 0. Étant donnée F, l’objectif est de construire un F-stencil petit au sens du nombre de faces. On attend en principe une approche algorithmique, avec implémentation d’un petit programme, mais toute contribution est bienvenue.

DMA-10 3 places

De la Terre à la Lune Claude Viterbo, claude.viterbo@ens.fr Le but de ce projet est de mesurer la distance de la Terre à la Lune et éventuellement d'autres quantités (le diamètre de la Lune par exemple) en utilisant juste des jumelles, des instruments de mesure d'angle, etc. d'une manière qui aurait pu se faire au XVIIIe siècle (donc pas d'ordinateur, de téléphone portable, etc.).

DMA-11 3 places

Reconstruction de phase Irène Waldspurger, irene.waldspurger@ens.fr On suppose fixés m, n ϵ N*, ainsi qu'une matrice A ϵ M m, n (C). Pour tout vecteur y ϵ Cm, on note [y] le vecteur de (R+)m dont les coordonnées sont les modules des coordonnées de y. On appelle « problème de reconstruction de phase » associé à A le problème qui consiste à reconstruire un vecteur x ϵ Cn inconnu à partir de [Ax]. Les problèmes de reconstruction de phase sont étudiés depuis les années 50 à cause de leurs applications en physique. Ce sont en général des problèmes difficiles. Etant donné une matrice A, il n'est tout d’abord pas facile de savoir si tous les vecteurs x sont uniquement déterminés par [Ax (à multiplication par un complexe unitaire près). Même lorsqu’ils le sont, il n'existe pas d'algorithme qui puisse à coup sûr reconstruire x en un temps raisonnable. Le projet consisterait à comprendre les propriétés du problème dans le cas où A modélise la transformée de Fourier à implémenter un algorithme de reconstruction possible. S'il reste du temps, nous pourrons envisager d’étudier d'autres cas, d'un point de vue soit théorique, soit algorithmique. Prérequis : algèbre linéaire de classe préparatoire.

33

DÉPARTEMENT DE PHYSIQUE Responsable : Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr

Toute question générale sur les projets est à adresser à Frédéric Chevy. Pour un projet spécifique, adressez-vous à son auteur (les adresses électroniques sont données ci-dessous). Depuis deux ans, le département de physique de l’ENS participe à l’International Physicists’ Tournament, un tournoi international de physique opposant des équipes d’étudiants venues de toute la planète (http://2016.iptnet.info/). Dans le cadre des projets de rentrée de l’ENS, le département de physique vous propose de travailler sur les projets de la session 2016. Ceux d’entre vous qui le souhaiteraient pourront ensuite continuer la préparation au cours de l’année et participer à la sélection nationale et éventuellement à la compétition internationale.

PHY-01 4 places

La bombe en bâton d’esquimau Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Déterminer les paramètres dont dépendent la hauteur et la vitesse d’une « bombe en bâton d’esquimau ». Bibliographie : https://youtu.be/jiWxU3jXOFc

PHY-02 4 places Canon magnétique Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Considérons un alignement de billes d’acier liées à un aimant. Lorsqu’une bille supplémentaire frappe la ligne, la bille finale est éjectée. Déterminer la vitesse maximale que cette dernière peut atteindre. Comment cette vitesse dépend-elle de la position de l’aimant et des autres propriétés du système. Bibliographie : https://youtu.be/Fog3mFN1eZ8

PHY-03 4 places Métronomes couplés Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Cent métronomes sont placés sur une table et mis en mouvement à des instants aléatoires. Après un certain temps, leurs mouvements se synchronisent. Quel est le temps de mise en phase des oscillations ? Quels sont les paramètres importants influençant le verrouillage de phase ? Bibliographie : https://youtu.be/RjF1_eDEsqc

34

PHY-04 4 places Effet de serre Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Les serres sont utilisées pour favoriser la croissance des végétaux en augmentant la température ambiante grâce à la seule énergie solaire. Quelle est la température maximale réalisable dans une serre de 1 m3 ? PHY-05 4 places Mer ferromagnétique Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Concevoir un navire se déplaçant sur un océan de fluide ferromagnétique (ferrofluide) en utilisant des aimants variables ou permanents comme composants du système de propulsion. Quelle est la vitesse de pointe d’un tel navire ? PHY-06 4 places Le couple Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Pourquoi les vis se desserrent-elles sous l’effet de la vibration ? Sous quelles conditions peut-on utiliser cet effet pour les desserrer ? Peut-on serrer une vis de la même façon ?

PHY-07 4 places Ballon collant Frédéric Chevy, chevy@lkb.ens.fr Quand un ballon est frotté sur les cheveux, on peut souvent le faire coller au plafond. Combien de temps le ballon peut-il flotter ainsi ? Comment ce temps dépend-il de la taille, du poids et des conditions ambiantes ?

35

DÉPARTEMENT CERES

Responsable : David Claessen, david.claessen@ens.fr

CER-01 4 places

L'origine de la pollution atmosphérique à Paris : les « feux de cheminées » coupables ? Marie-Dominique Loÿe, marie-dominique.loye@ens.fr Une étude réalisée par Airparif, l’organisme de surveillance de la qualité de l’air en Ile-de- France, a cherché à identifier les sources de la pollution atmosphérique en Ile-de-France et à Paris intra-muros (Airparif 2011, 2014). A Paris intra-muros, l’étude attribue au chauffage au bois 7% de la pollution aux microparticules (de taille inférieure à 2,5µ = PM 2,5), soit autant que la circulation automobile locale. En ne considérant que les sources strictement parisiennes de PM 2,5 (1/3 de la pollution qui impacte Paris), la contribution du chauffage au bois à la pollution particulaire est de 30%. En réponse à ce constat, les autorités de l’État ont règlementé par arrêté préfectoral le chauffage au bois et les feux de cheminée à Paris et en Ile-de-France (2013). Devant l’apparente incongruité de cette mesure à Paris, la ministre de l’Environnement, madame Ségolène Royal, est passée outre le constat d’Airparif, s’est désolidarisée de l’autorité préfectorale et a imposé une modification de l’arrêté. Le nouvel arrêté, pris le 21 janvier2015, a lui-même été annulé le 8 juillet dernier par le Tribunal administratif de Paris, saisi par une association. Le projet a pour but (i) d’examiner les bases scientifiques de l’attribution au chauffage au bois (et aux feux de cheminée en particulier) d’une partie non négligeable de la pollution atmosphérique par les micro-particules à Paris, (ii) d’étudier les réactions des différents acteurs (État, personnalités politiques, Airparif, scientifiques, associations) face à ce problème environnemental dans un contexte de controverse sociétale. Bibliographie : Airparif, 2011. Origine des particules en Ile-de-France. Etude de la contribution des sources de particules en Ile de France-Rapport final-septembre 2011. Puxbaum et al, 2007. Levoglucosan levels at background sites in Europe for assessing the impact of biomass combustion on the European aerosol background. J. Geophysical Research, 112, D23S05. Jordan et al., 2006. Levoglucosan as an atmospheric tracer for woodsmoke. Atmospheric Environment, 40, 27, 5316-5321. Rapport Sénat, 2015 : Pollution de l’air : le coût de l’inaction. Rapport de la Commission d’enquête sénatoriale sur le coût économique et financier de la pollution de l’air. N° 610 du 8 juillet 2015

36

CER-02 ______________ 4 places

The tragedy of the commons: a model of environmental problems David Claessen, david.claessen@ens.fr Overgrazing or more generally overexploitation of natural resources, pollution, climate negotiations: exemples of environmental problems where the relation between the common good (or: “common-pool resources") and individual benefit is central to the cause of the problem. In this project we will explore the causes of the "tragedy" using mathematical models, based on ecological, evolutionary and/or economical processes. Bibliography: Hardin, G (1968) The tragedy of the commons. Science 162 (3859): 1243-1248. DOI: 10.1126/science.162.3859.1243