Responsables d'option
Vincent Bansaye - Probabilités
Mail : bansaye@cmap.polytechnique.fr

Eric Moulines - Statistiques
Mail : eric.moulines@polytechnique.edu

Aymeric Dieuleveut - Machine Learning
Mail : aymeric.dieuleveut@polytechnique.edu

Secrétariat du Département de Mathématiques Appliquées
Tél : 01 69 33 46 07
Fax : 01 69 33 46 46
Mail : leyla.marzuk@polytechnique.edu

Les stages de "Modélisation probabiliste et statistique" concernent généralement la construction et l'étude de modèles probabilistes destinés à décrire et analyser au mieux des phénomènes physiques, biologiques, informatiques ou économiques. Selon les objectifs visés, les modèles peuvent être des modèles issus du machine learning (apprentissage statistique) utilisés comme outils pour analyser des données et proposer des prévisions (estimation, tests, prévision..) ou être analysés avec des méthodes probabilistes afin d'en cerner leurs comportements et leurs limites. A noter qu'avec l'essor mondial de l'IA, les données, massives (big data) ou pas, et l'élaboration d'algorithmes de machine learning adapté sont au coeur de nombreux stages proposés.
Les domaines d'application de ces méthodes sont très divers : biologie (dynamique des populations, transmission du patrimoine génétique, sélection phylogéniques, réseaux de régulation biologique...), réseaux de communication (caractérisation du trafic, analyse probabiliste de protocoles, contrôle de la congestion), assurance (tarification, prévision des provisions...), économie (analyse et prévision d'agrégats macro-économiques...), etc.

Ces stages sont particulièrement destinés aux élèves ayant suivi le programme d'approfondissement de Mathématiques Appliquées (notamment les cours "Processus et estimation", "Réseaux de communication, algorithmes et probabilités", "Apprentissage statistique", "Modèles aléatoires en écologie et évolution").

Exemples de stages proposés les années précédentes :

IN FRANCE

• EDF
  Uncertainty about prediction of electricity consumption.
  Analysis of the use of electrical interconnextions in Europe.
  
  
• VEOLIA
  Biodiversity modelisation in basin of activated sludges.
  
  
• SCHLUMBERGER
  Uncertainty assessment for CO2 geological storage integrity.
  
  
• THOMSON
  Navigability with a bias.
  
  
• TELECOM PARISTECH
  Dynamical share of bandwidth in the Internet.
  
  
• INRIA
  Probabilistic methods for the Poisson-Boltzmann equation in molecular dynamics.
  
  
• INRA
  Cyclostationary analysis of the Caledonian climate.
  Statistical models for the analysis of biological interaction network.
  Study of regrowth dynamics outside crop plots in an agro-ecosystem.
  
  
• ORANGE
  Random walk in the city.

ABROAD

• UNIVERSITY OF CALIFORNIA (Berkeley)
  Development of flow model based algorithms for highway traffic estimation (Mobile Millenium).
  Using mobile phones to estimate travel times in urban networks through the STARMA model.
  Traffic forecasting using statistical machine learning.
  
  
• COLUMBIA UNIVERSITY (New York)
  Verification / testing of statistical decadal forecasts.
  Subnational Carbon Emissions from Selected Countries.
  
  
• IMPERIAL COLLEGE (London)
  Influence in on-line social networks.
  Dissemination of Information in Distributed Networks.
  
  
• EPFL (Lausanne)
  Stabilité des réseaux d'accès sans fil: impact de la topologie.
  
  
• CMM-UNIVERSITY OF CHILE (Santiago)
  Mathematical modeling and analysis of metabolic interaction networks.
  
  
• UNIVERSITA ROMA 3 (Rome)
  Mixing time for reversible Markov Chains and applications.
  
  
• UNIVERSITY OF WATERLOO (Canada).
  Bandwidth allocation policies in Wireless Networks.
  
  
• NRS (Montréal)
  Qualité de service et tarification des réseaux IP.

Course language: French

Responsables d'option :
Eduardo Abi-Jaber
Mail : stages-map595@cmap.polytechnique.fr

Huyên Pham
Email: stages-map595@cmap.polytechnique.fr

Huyên Pham 
Email: stages-map595@cmap.polytechnique.fr

Secretariat of the Applied Mathematics Department
Assistant of the departement: Nathalie Rodrigues, nathalie.rodrigues@polytechnique.edu

Internships offered in Financial mathematics generally take place in centers of research of banks or other organisms, such as investment funds. For some internships, it is mandatory to have taken the Year-3 course of "Stochastic models in finance". Internships abroad take place either in the bank or in academical centers of research.

Some internships require several interviews with different teams.

Example of internships of the earlier years:

En France

• AXA
  Optimization of pricing strategy
  
  

• CMAP
  Principal-Agent to several agents and to a jump dynamic. Applications to the structuing and pricing of electricity contracts
  
  
  CREDIT SUISSE
  Genetical methods for portfolio optimization
  
  

• KEPLER CHEVREUX
  Dynamics of order-book data and algorithm detection
  
  

• SOCIETE GENERALE
  Pricing de produits structurés très long terme
  
  

• UNIVERSITE PARIS 7
  Financial models with arbitraging, application to long-term asset and liability management

Abroad

• BLOOMBERG LP
  Calibration of a Path Dependent Volatility model to the VIX and S&P markets
  
  

• BNP PARIBAS London Branch
  Models for Overnight indexed swap rates and Libor dynamics, and related Market risk
  
  

• BRITISH PETROLEUM
  Application de techniques de Machine Learning à la méthode de Monte-Carlo des moindres carrés
  
  

• DEUTSCHE BANK Londres
  Pricing and risk management of interest rate derivatives
  
  

• GOLDMAN SACHS
  Predictive flow Analytics & inventory optimization
  
  

• IMC Trading
  Identification of the impact of market participants on the European Futures Market
  
  

• JANE STREET
  The volume synchronized probability of informed trading
  
  

• JP MORGAN
  Capital optimization, funding optimization, derivates clearing businesses, credit value adjustement
  
  

• JUMP TRADING INTERNATIONAL
  Latent order book in the context of market impact and liquidity drought
  
  

• MONASH UNIVERSITY
  Option pricing with linear market impact
  
  

• SQUAREPOINT CAPITAL
  Multi-period portfolio optimization to manage tail risk in equities
  
  

• UNIVERSITY OF OXFORD
  Numerics for the robust pricing and hedging problem in discrete time

La majorité des problèmes d'apprentissage sont formulés comme des problèmes d'optimisation,
à partir de l'observation d'un échantillon de données (ensemble d'entraînement). L'optimisation
d'un objectif défini à partir de cet échantillon permet de proposer un estimateur qui a une bonne
performance sur l'ensemble d'apprentissage. Cependant, on s'intéresse généralement à la
capacité de généralisation de cet estimateur, c'est à dire sa performance sur une nouvelle
observation. Avec l'émergence des grandes quantités de données depuis les années 2000, le
lien entre l'algorithme utilisé et la capacité de généralisation de l'estimateur associé est devenu
un sujet majeur.
Aujourd'hui, la question de la généralisation est encore une problématique de recherche
majeure, tant pour ses aspects théoriques que pratiques.
Dans ce cours, on s'intéresse à l'ensemble des résultats tant théoriques que heuristiques qui
permettent d'aborder ce problème. Plus précisément, on étudiera dans un premier temps les
différentes approches qui permettent d'obtenir des garanties théoriques quant à la
généralisation des algorithmes, en particulier les approches liées à la complexité, à la stabilité
et aux méthodes d'arrêt anticipé (Early stopping, approximation stochastique). Dans une
seconde partie, on étudiera les approches heuristiques et les différences (expliquées ou
constatées) dans le cadre du deep learning (non convexe et over-parametrized).
Prérequis : connaissances élémentaires en optimisation convexe et statistiques. Avoir suivi le
cours d'optimisation pour les data-sciences permettra de mieux cerner les différents algorithmes
en jeu.
Liste de références (non exhaustive) : - Rademacher and Gaussian Complexities: Risk
Bounds and Structural Results, P. Bartlett, S. Mendelson - The Tradeoffs of Large Scale
Learning, L. Bottou, O. Bousquet - Stability and Generalization, O. Bousquet, A. Elisseef - Train
faster, generalize better: Stability of stochastic gradient descent, M. Hardt, B. Recht, Y. Singer -
Non-strongly-convex smooth stochastic approximation with convergence rate O(1/n), F. Bach,
E. Moulines - Understanding deep learning requires rethinking generalization, C. Zhang, S.
Bengio, M. Hardt, B. Recht, O. Vinyals - On early stopping in gradient descent learning, Y Yao,
L. Rosasco, and A. Caponnetto - Generalization properties of multiple passes stochastic
gradient method, S. Villa - Competing with the empirical risk minimizer in a single pass, R.
Frostig, R. Ge, S. M. Kakade, A. Sidford - Deep Learning and Generalization, O. Bousquet

Les équations aux dérivées partielles sont souvent utilisées en biologie pour modéliser des systèmes structurés spatialement : propagation de forêt, dynamique d'une inflammation, polarisation d'une cellule... Ces modèles peuvent par exemple permettre de simuler de façon précise le comportement d'un organe. Dans d’autres cas, en particulier lorsque l'on s'intéresse à des systèmes biologiques moins bien compris, les équations aux dérivées partielles peuvent offrir une description qualitative de phénomènes complexes.

Dans ce cours, nous allons nous concentrer sur deux problématiques écologiques, via l’étude de travaux récents. Dans un premier temps nous nous intéresserons aux phénomènes de propagation qui sont décrits par des équations paraboliques non-linéaires. Nous verrons alors qu'une bonne compréhension d'équations linéaires (elliptiques ou paraboliques) permet d'étudier le comportement de modèles non-linéaires. Dans la deuxième partie du cours nous étudierons les dynamiques de mouvements collectifs décris par des équations cinétiques. Pour comprendre la dynamique de ce second type d'équations aux dérivées partielles nous identifierons une échelle de temps rapide (qui sera locale en espace) et une échelle lente (qui gouvernera la dynamique spatiale du système).

Nous pourrons ainsi décrire les solutions grâce à des modèles macroscopiques.
Les deux problématiques écologiques discutées dans ce cours nous permettront de comprendre la diversité des questions qui peuvent se poser autour de modèles d'équations aux dérivées partielles en biologie: modélisation, liens avec d'autres modèles (en particulier avec des modèles stochastiques), simulations numériques. Nous pourrons aussi discuter des rôles possibles de l'analyse mathématique dans l'étude d'une problématique biologique. Les méthodes mathématiques abordées (modèles linéaires/non-linéaires, dynamiques lentes/rapides) interviennent dans de nombreux problèmes mathématiques issus de la biologie.

De plus, ces méthodes ont des liens avec des arguments utilisés en probabilités et lors de l'étude de systèmes dynamiques.

Prerequisite: BIO101 & BIO201
Molecular Genetics (BIO202) provides an in-depth understanding of the mechanisms by which living organisms store, express and transmit genetic information and the basis of human genetic diseases. Lectures will cover a range of topics, including the molecular aspects of DNA replication and transcription, translation of RNA into protein and gene regulations. This course will also cover the latest methodologies used in genomics analysis, like DNA sequencing. Because experimentation is at the heart of progress in cell biology, 50% of classes contain practical work, completed over the course of the semester. The intention is to allow students to develop their knowledge in the subject area, to acquire sound scientific reasoning, and to combine the modern techniques in molecular genetics with computer-assisted data analysis.

Prerequisite: BIO_1S001 & BIO_2F001
Molecular Genetics (BIO202) provides an in-depth understanding of the mechanisms by which living organisms store, express and transmit genetic information and the basis of human genetic diseases. Lectures will cover a range of topics, including the molecular aspects of DNA replication and transcription, translation of RNA into protein and gene regulations. This course will also cover the latest methodologies used in genomics analysis, like DNA sequencing. Because experimentation is at the heart of progress in cell biology, 50% of classes contain practical work, completed over the course of the semester. The intention is to allow students to develop their knowledge in the subject area, to acquire sound scientific reasoning, and to combine the modern techniques in molecular genetics with computer-assisted data analysis.

L’expérimentation est au centre des progrès de la biologie. Elle permet de mettre des hypothèses de travail à l’épreuve. Grâce à des cycles hypothèse vérification affinement, on aboutit à des modèles prédictifs, malgré la grande complexité des objets étudiés : les êtres vivants.

L’expérimentation est au centre des progrès de la biologie. Elle permet de mettre des hypothèses de travail à l’épreuve. Grâce à des cycles hypothèse vérification affinement, on aboutit à des modèles prédictifs, malgré la grande complexité des objets étudiés : les êtres vivants.

La cellule est l’unité structurale et fonctionnelle de tous les organismes vivants. Le but de ce cours est de décrire l’organisation et le fonctionnement de la cellule, ainsi que la façon dont un organisme complexe se construit à partir de ces briques élémentaires. Ce cours permet la découverte de la biologie cellulaire et de la biologie du développement, disciplines centrales des sciences de la vie, à l’interface avec de nombreux autres aspects de la biologie, mais aussi avec la physique, la chimie, l’informatique et les sciences de l’ingénieur.

Les principales thématiques abordées seront :

L’expérimentation est au centre des progrès de la biologie. Elle permet de mettre des hypothèses de travail à l’épreuve. Grâce à des cycles hypothèse vérification affinement, on aboutit à des modèles prédictifs, malgré la grande complexité des objets étudiés : les êtres vivants.

L’expérimentation est au centre des progrès de la biologie. Elle permet de mettre des hypothèses de travail à l’épreuve. Grâce à des cycles hypothèse vérification affinement, on aboutit à des modèles prédictifs, malgré la grande complexité des objets étudiés : les êtres vivants.

Quelle est la situation des écosystèmes naturels actuels ? Faut-il se préoccuper de la disparition de nombreuses espèces ? Pourquoi la distribution de la biodiversité sur Terre n'est-elle pas homogène ? Y a-t-il des règles sous-jacentes à la distribution de la biodiversité ? Que savons-nous de l'évolution de la vie sur Terre ? Pourquoi y a-t-il de plus en plus d'espèces invasives ? Quels moyens peut-on déployer afin de sauvegarder certaines espèces en voie de disparition ? Comment faire pour que notre planète reste vivable pour les générations futures ?

Ce cours a pour objet de présenter les concepts et idées principales en sciences de l'évolution et en sciences de l'environnement qui sont utiles à la réflexion sur ces questions.
Pour appréhender la biodiversité, la préserver, et plus généralement pour comprendre le monde vivant, il est nécessaire de comprendre les relations entre espèces, les facteurs contrôlant la dynamique des populations, les forces déterminant le degré de diversité génétique d’une espèce, son adaptation à son environnement, ainsi que les forces générant les espèces. Ce cours s’attachera donc à expliquer les bases de l’évolution et de l’écologie.

Langue du cours : français.

Ce cours illustre quelques pathologies et les méthodes les plus actuelles pour les prendre en charge. Les pathologies choisies sont celles qui représentent les plus grands défis pour nos sociétés développées. Ce cours de biomédecine insiste sur le substrat biologique des pathologies et des traitements et fait une place à l’économie de la santé.

Les 10 blocs sont :

• Maladies génétiques et thérapie génique
• Modèles animaux
• Le médicament
• Neuropsychiatrie
• Maladies neurodégénératives
• Le diabète
• Origine des cancers
• Thérapies des cancers
• Vieillissement et cancer
• Révisions

Il est préférable d’avoir assimilé les notions introduites dans les cours de Biologie moléculaire et information génétique (BIO452) et Biologie cellulaire et développement (BIO451) qui précèdent.

Cependant ce ne sont pas des prérequis, car les notions fondamentales seront rappelées et le cours a pour ambition de pouvoir être suivi par tout élève que la biologie et la médecine intéressent. Mais il faut savoir que c’est un cours exigeant beaucoup d’investissement personnel pour les élèves n’ayant pas fait de biologie au préalable.

Langue du cours : Français

The 10 blocks are:

• Genetic diseases and gene therapy
• Animal models
• Medicine
• Neuropsychiatry
• Neurodegenerative diseases
• Diabetes
• The origins of tumors
• Therapies of tumors
• Aging and tumors
• Checking

It is suggested to have assimilated the courses of Molecular Biology and genetic information and Cell Biology and Development that precede this course.

These are not mandatory prerequisites, fundamental notions will be reviewed and the course aspires to be followed by any student who has an interest in biology and medicine. It should be pointed out that this course requires a lot of personal investment for those who have not done biology beforehand.

Course Language: French

Ce cours illustre quelques pathologies et les méthodes les plus actuelles pour les prendre en charge. Les pathologies choisies sont celles qui représentent les plus grands défis pour nos sociétés développées. Ce cours de biomédecine insiste sur le substrat biologique des pathologies et des traitements et fait une place à l’économie de la santé.

Il est préférable d’avoir assimilé les notions introduites dans les cours de Biologie moléculaire et information génétique (BIO_41052) et Biologie cellulaire et développement (BIO_42051) qui précèdent.

Cependant ce ne sont pas des prérequis, car les notions fondamentales seront rappelées et le cours a pour ambition de pouvoir être suivi par tout élève que la biologie et la médecine intéressent. Mais il faut savoir que c’est un cours exigeant beaucoup d’investissement personnel pour les élèves n’ayant pas fait de biologie au préalable.

Langue du cours : Français

The 10 blocks are:

• Genetic diseases and gene therapy
• Animal models
• Medicine
• Neuropsychiatry
• Neurodegenerative diseases
• Diabetes
• The origins of tumors
• Therapies of tumors
• Aging and tumors
• Checking

It is suggested to have assimilated the courses of Molecular Biology and genetic information and Cell Biology and Development that precede this course.

These are not mandatory prerequisites, fundamental notions will be reviewed and the course aspires to be followed by any student who has an interest in biology and medicine. It should be pointed out that this course requires a lot of personal investment for those who have not done biology beforehand.

Course Language: French

L’expérimentation est au centre des progrès de la biologie. Elle permet de mettre des hypothèses de travail à l’épreuve. Grâce à des cycles d'hypothèse, de vérification et d'affinement, on aboutit à des modèles prédictifs, malgré la grande complexité des objets étudiés : les êtres vivants.

Projet 3A facultatif sur les deux périodes

Les projets seuls ou en binôme feront l'objet de discussions élèves-enseignants et seront associés l'un des modules suivis.

Les projets proposés par le Département de Biologie seront accessibles dans le PA BioInformatique.

- BIO511 :
Projet de recherche : La première option consiste en une activité de recherche dans un labora- toire. Dans la plupart des projets de cette option, une partie production de données sera suivie d’une partie d’ana- lyses et de modélisation.

Il s’agit d’une première initiation et prise de contact personnelle avec le monde de la recherche.

- Projet bibliographique : Cette option consiste à élaborer une recherche bibliographique approfondie sur un sujet précis en rapport avec un des cours de troisième année.

L’objectif est d’être capable de présenter cette thématique de façon synthétique, accessible et pédagogique sous forme d’une présentation de type cours asso- cié à un document écrit.

- Elaboration de projet : Cette option consiste à élaborer une demande de financement pour un pro- jet de recherche. L’objectif sera de définir, sur une des thématiques proposées en troisième année, un projet scientifique novateur et ambitieux, de le rédiger et l’exposer à l’oral.

Pour toutes les options, les échanges entre enseignants du département et entre départements sont fortement souhaités. Toutes ces thématiques pourront aussi être développées dans des perspectives d’ingénieries allant de la mise au point de méthodes, d’outils, de logiciels, de bases de données, ou d’organismes génétiquement modifiés.

Le but du projet de 3e année est de démar- rer un projet personnel autour d’une thématique de recherche en biologie en mêlant réflexion, analyse bibliographique et/ou expériences et analyses de données. Le projet sera à réaliser seul ou en binôme (éventuellement plus mais il faudra alors une répartition très explicite des différentes tâches). Il sera à rattacher à un des enseignements de 3e année que vous avez choisis afin que vous puissiez parler régulièrement de vos progrès et interroga- tions avec vos enseignants. Pour que ces projets soient couronnés de succès, il est nécessaire qu’il y ait un réel engagement de votre part, tant dans le temps de travail qui devra y être consacré dès les premières semaines, que dans l’ouverture d’esprit et la maturité dont vous devrez faire preuve, pour récupérer des sources d’informa- tions diverses auprès de vos enseignants mais aussi des enseignants d’autres dépar- tements ou de chercheurs de la région. C’est en faisant vivre votre projet que vous apprendrez le plus.

Calendrier :
Une liste de projets et de sujets vous seront présentés lors de l'amphi 0 en septembre.

A l’issue de cette journée, chaque étudiant devra avoir défini un projet, un sujet et/ou choisi un enseignant référent. Les projets et sujets présentés restent ouverts, ils ont pour objectif de vous donner des points de départ et de vous exposer les différents champs d’expertise des enseignants du département de biologie. Libre à vous de faire évoluer ces projets ou de discuter avec les enseignants pour en faire émerger de nouveaux qui vous tiennent à cœur, notre seul objectif étant de nous assurer que ces projets soient cohérents et réalisables pour que vous puissiez vous y épanouir pleine- ment. Vous aurez également la possibilité de choisir une analyse d’article couplée à un module de P1, en particulier BIO571.

Modalités d'évaluation :
•septembre à fin février : déroulement du projet, une demi-journée par semaine en coordination avec votre tuteur.
• mi-décembre  soutenance intermédiaire organisée en fin de première période.
• mi-mars/fin mars: rédaction d'un bref rapport et d’une soutenance orale.
Une présentation orale de 10 mn  (15 mn pour un binôme) sera suivie dune discussion de 15mn avec les coordinateurs et tuteurs du projet. Nous ne demandons pas de rapport écrit mais nous vous incitons à transmettre un rapport à votre référent afin qu’il puisse garder une trace de votre travail. Voyez avec elle/lui pour a forme attendue.

Langue du cours : Français

Projet 3A facultatif sur les deux périodes

Les projets seuls ou en binôme feront l'objet de discussions élèves-enseignants et seront associés l'un des modules suivis.

Les projets proposés par le Département de Biologie seront accessibles dans le PA BioInformatique.

- BIO511 :
Projet de recherche : La première option consiste en une activité de recherche dans un labora- toire. Dans la plupart des projets de cette option, une partie production de données sera suivie d’une partie d’ana- lyses et de modélisation.

Il s’agit d’une première initiation et prise de contact personnelle avec le monde de la recherche.

- Projet bibliographique : Cette option consiste à élaborer une recherche bibliographique approfondie sur un sujet précis en rapport avec un des cours de troisième année.

L’objectif est d’être capable de présenter cette thématique de façon synthétique, accessible et pédagogique sous forme d’une présentation de type cours asso- cié à un document écrit.

- Elaboration de projet : Cette option consiste à élaborer une demande de financement pour un pro- jet de recherche. L’objectif sera de définir, sur une des thématiques proposées en troisième année, un projet scientifique novateur et ambitieux, de le rédiger et l’exposer à l’oral.

Pour toutes les options, les échanges entre enseignants du département et entre départements sont fortement souhaités. Toutes ces thématiques pourront aussi être développées dans des perspectives d’ingénieries allant de la mise au point de méthodes, d’outils, de logiciels, de bases de données, ou d’organismes génétiquement modifiés.

Le but du projet de 3e année est de démar- rer un projet personnel autour d’une thématique de recherche en biologie en mêlant réflexion, analyse bibliographique et/ou expériences et analyses de données. Le projet sera à réaliser seul ou en binôme (éventuellement plus mais il faudra alors une répartition très explicite des différentes tâches). Il sera à rattacher à un des enseignements de 3e année que vous avez choisis afin que vous puissiez parler régulièrement de vos progrès et interroga- tions avec vos enseignants. Pour que ces projets soient couronnés de succès, il est nécessaire qu’il y ait un réel engagement de votre part, tant dans le temps de travail qui devra y être consacré dès les premières semaines, que dans l’ouverture d’esprit et la maturité dont vous devrez faire preuve, pour récupérer des sources d’informa- tions diverses auprès de vos enseignants mais aussi des enseignants d’autres dépar- tements ou de chercheurs de la région. C’est en faisant vivre votre projet que vous apprendrez le plus.

Calendrier :
Une liste de projets et de sujets vous seront présentés lors de l'amphi 0 en septembre.

A l’issue de cette journée, chaque étudiant devra avoir défini un projet, un sujet et/ou choisi un enseignant référent. Les projets et sujets présentés restent ouverts, ils ont pour objectif de vous donner des points de départ et de vous exposer les différents champs d’expertise des enseignants du département de biologie. Libre à vous de faire évoluer ces projets ou de discuter avec les enseignants pour en faire émerger de nouveaux qui vous tiennent à cœur, notre seul objectif étant de nous assurer que ces projets soient cohérents et réalisables pour que vous puissiez vous y épanouir pleine- ment. Vous aurez également la possibilité de choisir une analyse d’article couplée à un module de P1, en particulier BIO571.

Modalités d'évaluation :
•septembre à fin février : déroulement du projet, une demi-journée par semaine en coordination avec votre tuteur.
• mi-décembre  soutenance intermédiaire organisée en fin de première période.
• mi-mars/fin mars: rédaction d'un bref rapport et d’une soutenance orale.
Une présentation orale de 10 mn  (15 mn pour un binôme) sera suivie dune discussion de 15mn avec les coordinateurs et tuteurs du projet. Nous ne demandons pas de rapport écrit mais nous vous incitons à transmettre un rapport à votre référent afin qu’il puisse garder une trace de votre travail. Voyez avec elle/lui pour a forme attendue.

Langue du cours : Français

Biotechnologies pour la médecine et l'agriculture (S. Thomine et B. Schnneider)

I) Biotechnologies pour la médecine: vers une médecine régénérative (B. Schneider)
Comment réparer des tissus abimés par l’âge ou la maladie ? En dehors des chimiothérapies, les greffes d’organes et la pose de prothèses ont tenté de répondre à ce défi en remplaçant l’organe ou le tissu abimé. Lorsqu’elles sont possibles et tolérées par l’organisme, ces interventions très lourdes nécessitent des traitements à vie. Les progrès de la biologie cellulaire et moléculaire ont permis l’émergence de nouvelles thérapies, utilisant des processus biologiques sélectionnés au cours de l’évolution pour réparer des tissus déficients. Ce volet de la médecine, appelé  "médecine régénérative", cible une guérison définitive du patient et fait l’objet d’une recherche très active. Une large partie du cours sera dédiée à la biologie des cellules souches, domaine en plein essor et dont l'influence et les applications vont grandissantes. Nous verrons que certaines cellules humaines ont gardé un potentiel souche et que, par ailleurs, nous sommes maintenant capable de reprogrammer en cellules souches des cellules adultes différenciées (iPS). Nous montrerons également comment l’utilisation de parasites spécialisés dans le détournement de la machinerie cellulaire, ainsi que l’utilisation de systèmes enzymatiques bactériens comme le système CRISPR/Cas9 permettent la modification de  l’expression de gène dans des types cellulaires ciblés. Enfin, nous discuterons les problématiques éthiques ainsi que les limites à imposer à la modification et à la commercialisation du vivant.

II) Biotechnologies pour l’agriculture (S. Thomine)
Avec l’augmentation de la population mondiale et une limitation des ressources (terres arables, ressources fossiles, et eau douce), la sécurité alimentaire reste un défi majeur. Ce défi est amplifié par une utilisation croissante de la biomasse végétale pour la chimie verte et la production d’énergie. Simultanément les changements climatiques et l’importance de préserver l’environnement et la biodiversité font peser des contraintes supplémentaires sur les systèmes de production. Dans ce contexte, il semble nécessaire de développer  une « intensification durable » de l’agriculture.

Nous verrons dans ce cours comment la biologie et les biotechnologies végétales peuvent contribuer à relever ces défis. Dans une première partie nous aborderons les bases génétiques, moléculaires et cellulaires du développement et de la reproduction des plantes et de leur domestication. Dans une seconde partie, nous étudierons les développements récents de la génomique et des biotechnologies (clonage, transgenèse et édition des génomes) et verrons comment ils peuvent contribuer à l’amélioration des plantes pour répondre aux différents enjeux agronomiques, industriels, environnementaux ou sociétaux.

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en année 2.
Langue du cours : Anglais

Biodiversité et fonctionnement des écosystèmes

La perte de biodiversité, le changement climatique et l’altération du fonctionnement des écosystèmes représentent des enjeux majeurs pour la société et les responsables politiques. Ce module de cours a pour objectif de fournir des éléments théoriques et méthodologiques nécessaires à la compréhension des causes et des conséquences de ces défis imposés par ces changements globaux. Les notions abordées et les exemples donnés illustreront les relations complexes entre biodiversité, processus écologiques et sociétés humaines, et la nécessite d’adopter une approche interdisciplinaire (modélisation mathématique d’une population, propriétés physico-chimiques des sols et dynamique de végétation, santé humaine et qualité de l’air, etc.) pour aborder les défis environnementaux actuels.

La notion de biodiversité sera au cœur des enseignements. Dans un premier temps, ce cours présentera la définition de la biodiversité ainsi que les différentes échelles biologiques (du gène à la communauté) et facettes (diversité fonctionnelle, phylogénétique, taxonomique, spécifique).

Puis, nous aborderons les relations entre la biodiversité et le fonctionnement des écosystèmes. La biodiversité est influencée par les conditions physico-chimiques environnantes et participe en retour à structurer cet environnement (les espèces ingénieures notamment). Identifier le rôle d’une ou plusieurs espèces et la ou leur(s) réponses aux changements environnementaux est le domaine de l’écologie dite "fonctionnelle" dont les concepts et outils de base seront présentées au cours du module.  

Pour conclure ce module, nous verrons comment la dépendance des sociétés humaines à la biodiversité et aux processus écologiques peut être évaluée grâce au concept de "service écosystémique", c’est-à-dire la contribution de la biodiversité et des écosystèmes au maintien et bien-être des sociétés humaines (protection contre les évènements climatiques extrêmes, production de nourriture, matériaux, etc.).

Génomique: diversité, environnement et santé humaine

Il y a un peu plus de 20 ans le génome humain était séquencé. Depuis cette date symbolique, en réduisant drastiquement le coût du séquençage de l'ADN, les sciences de l'ingénieur ont révolutionné la recherche en biologie. Il en a résulté l'émergence d'une discipline intégrative central à toute la biologie: la génomique. En mêlant génétique, biologie moléculaire et évolution cette discipline a pour objectif de déchiffrer la molécule d'ADN et de caractériser son contenu au niveau fonctionnel afin de répondre à des questions essentielles: comment des modifications de la séquence d'ADN peuvent résulter en des organismes aussi divers que des virus, des bactéries, des arbres ou des mammifères, comment ces variations peuvent expliquer les differences entre cellules au sein d’un organisme  entre individus au sein d'une population, et comment exploiter ces connaissances pour comprendre comment les organismes fonctionnent ou dis-fonctionnent et s'adaptent. 

Parce que les génomes contiennent des milliers à des milliards de paires de bases, des dizaines à des dizaines de milliers de gènes, la génomique est une science quantitative qui repose non seulement sur la multiplicité des approches que nous avons mentionnées, mais aussi sur les sciences de l'ingénieur. L'objectif de ce cours est de donner les moyens aux étudiants de comprendre en détail les approches utilisées pour étudier les génomes,  quelles en sont les limites, les implications et la puissance au regards des problèmes auxquelles les sociétés humaines sont et seront confrontées: maladies , alimentation, polution, réchauffement. 

Nous utiliserons pour cela la génétique pour cartographier l'origine des variations génétiques dans le génome;  la biologie moléculaire et les méthodes comparative pour identifier les parties fonctionnelles des génomes et comprendre l'émergence de nouvelles fonctions; et une approche évolutive nous permettra de reconstruite l’histoire adaptative des espèces et d’en prédire les réponses futures. Nous aborderons des thèmes aussi divers que les pathologies génétiques et le cancer, l'agronomie, la domestication des plantes et des animaux, la réponse adaptative des espèces aux changements climatiques, le microbiote et sa contribution à la santé des individus et des écosystèmes, ainsi que l'histoire de l'homme. Tout au long des cours, nous présenterons aussi des exemples concrets d'applications allant de la conception d'une nouvelle génération de biocarburants, à la bio-remédiation ou le diagnostic médical et la thérapie génique. 

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en deuxième année.
Langue du cours : Anglais et/ou Français

Neurosciences

Dans l’éventail des sciences de la vie, les neurosciences constituent un champ de recherche en pleine évolution. Des avancées technologiques majeures issues de la physique et de la biochimie permettent actuellement une accélération de nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau, et à terme, devraient déboucher sur des applications médicales jusque-là inespérées.

L'objectif général de ce cours sera de donner un corpus solide de connaissances en neurosciences, tout en exposant les recherches actuelles de ce domaine.

Après une introduction sur l’organisation générale du système nerveux, nous décrirons le neurone, unité de base du fonctionnement cérébral, et la synapse, point de contact entre deux neurones permettant le transfert d’information. Les mécanismes développementaux conduisant à la mise en place d’une connectique finement régulée dans le système nerveux seront ensuite abordés.

Nous considérerons par la suite comment l'activité neuronale unitaire au sein de réseaux de neurones peut  donner naissance à la perception sensorielle, la commande motrice et l'apprentissage. Enfin, nous discuterons des développements récents d'interfaces cerveau-machine sensorielles et motrices.

Le cours inclura une présentation des nouveaux outils technologiques issus de l'interface avec d'autres disciplines, comme des techniques d'imagerie, ainsi que les manipulations génétiques permettant l'observation et la manipulation de différentes catégories de neurones.

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en année 2.
Langue du cours : Anglais

Crédits ECTS :4

Neurosciences

Dans l’éventail des sciences de la vie, les neurosciences constituent un champ de recherche en pleine évolution. Des avancées technologiques majeures issues de la physique et de la biochimie permettent actuellement une accélération de nos connaissances sur le fonctionnement du cerveau, et à terme, devraient déboucher sur des applications médicales jusque-là inespérées.

L'objectif général de ce cours sera de donner un corpus solide de connaissances en neurosciences, tout en exposant les recherches actuelles de ce domaine.

Après une introduction sur l’organisation générale du système nerveux, nous décrirons le neurone, unité de base du fonctionnement cérébral, et la synapse, point de contact entre deux neurones permettant le transfert d’information. Les mécanismes développementaux conduisant à la mise en place d’une connectique finement régulée dans le système nerveux seront ensuite abordés.

Nous considérerons par la suite comment l'activité neuronale unitaire au sein de réseaux de neurones peut  donner naissance à la perception sensorielle, la commande motrice et l'apprentissage. Enfin, nous discuterons des développements récents d'interfaces cerveau-machine sensorielles et motrices.

Le cours inclura une présentation des nouveaux outils technologiques issus de l'interface avec d'autres disciplines, comme des techniques d'imagerie, ainsi que les manipulations génétiques permettant l'observation et la manipulation de différentes catégories de neurones.

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en année 2.
Langue du cours : Anglais

Crédits ECTS :4

Travaux expérimentaux de génie génétique

Ce programme expérimental confronte le futur ingénieur à quelques une des stratégies d’exploitation et de reprogrammation des propriétés du vivant.
A travers la résolution expérimentale d’un problème biologique, les élèves découvrent et/ou approfondissent les stratégies et les techniques du génie génétique.

Cet enseignement permet en outre d’acquérir de nouvelles connaissances non seulement grâce à la résolution du problème posé, mais encore grâce aux échanges avec les enseignants-chercheurs qui encadrent les travaux expérimentaux.

Numerus clausus : 24 (priorité aux étudiants inscrits en Biologie)

Niveau requis : Au moins un module de biologie en année 2.
Langue du cours : Français

Clausus number: 24 (Priority for students enrolled in Biology)
Required level: At least one biology module in year 2.

Course language: French

Étude quantitative et modélisation de la croissance chez la levure S. pombe

L'interdisciplinarité prend de plus en plus de place dans les sciences du vivant, et les mathématiques appliquées, l'informatique ou la physique sont associées aux méthodes biologiques et biochimiques pour aller étudier de manière quantitative une question biologique. En particulier, l'imagerie optique et l'analyse d'image jouent un rôle de plus en plus prépondérant dans l’étude in vivo de phénomènes dynamiques. Dans cet esprit, on se propose ici d'étudier la croissance chez la levure S. pombe en alliant génie génétique pour préparer les souches à étudier, vidéo-microscopie pour les imager in vivo, analyse d'image pour quantifier les données acquises et modélisation pour les confronter à un modèle quantitatif.

Note: Ce module est constitué pour partie de travaux expérimentaux de biologie et microscopie, et pour partie de travaux pratique informatique en Python.
Langue du cours : Français

Crédits ECTS : 4

Étude quantitative et modélisation de la croissance chez la levure S. pombe

L'interdisciplinarité prend de plus en plus de place dans les sciences du vivant, et les mathématiques appliquées, l'informatique ou la physique sont associées aux méthodes biologiques et biochimiques pour aller étudier de manière quantitative une question biologique. En particulier, l'imagerie optique et l'analyse d'image jouent un rôle de plus en plus prépondérant dans l’étude in vivo de phénomènes dynamiques. Dans cet esprit, on se propose ici d'étudier la croissance chez la levure S. pombe en alliant génie génétique pour préparer les souches à étudier, vidéo-microscopie pour les imager in vivo, analyse d'image pour quantifier les données acquises et modélisation pour les confronter à un modèle quantitatif.

Note: Ce module est constitué pour partie de travaux expérimentaux de biologie et microscopie, et pour partie de travaux pratique informatique en Python.
Langue du cours : Français

Crédits ECTS : 4

La biologie a été récemment transformée par notre capacité à quantifier les processus moléculaires à des échelles très différentes allant de molécules individuelles dans les cellules aux populations. Cette nouvelle capacité nous permet aussi de créer de nouvelles constructions biologiques synthétiques qui produisent de nouveaux médicaments ou détectent la présence de polluants.

Le cours abordera les bases moléculaires de l’expression des gènes et le contrôle des réseaux génétiques qui peuvent, en première approximation, être comparés à des circuits électriques.  Les cellules sont des systèmes dynamiques et nous analyserons le type de réponse que l’on peut attendre de différent circuits génétiques en les comparant aux prédictions issues de modèle mathématiques simples. Nous discuterons les méthodes expérimentales qui permettent de comparer les modèles théoriques et les objets biologiques réels. Nous aborderons aussi les applications de la biologie de synthétique dans la vie de tous les jours et leurs implications éthiques et sociales.   

Langue du cours : Anglais
Crédits ECTS : 4

Epigénétique et  ARN non-codants

Chez les organismes complexes, l’étude des processus permettant à l’information génétique portée par l’ADN d’être stockée et décodée dans le temps et l’espace, dans un contexte constitué en majeure partie d’ADN ne portant pas d’information protéique (98% du génome des mammifères est non-codant) constitue de nouveaux champs de recherche, ayant des enjeux majeurs aussi bien en science fondamentale qu’en recherche appliquée.

Alors que nous pensions être rentrés au plus profond dans notre constitution génétique et dans son décodage grâce à l’avancée des technologies de séquençage de l’ADN et des ARN, nous sommes à nouveau confrontés à de nouveaux défis scientifiques, technologiques et éthiques afin d’approcher les nouveaux codes liés aux caractéristiques épigénétiques et aux ARN non-codants, qui nous permettront de mieux appréhender le fonctionnement des êtres vivants ainsi que les dérégulations de l’expression du génome associées à des pathologies.

En effet, ces avancées ont fait prendre conscience que le simple décodage de la séquence de nos gènes et de notre génome ne suffirait pas à comprendre (i) le fonctionnement différentiel des différents tissus des organismes, (ii) l’adaptation des cellules à notre environnement endogène ou exogène, mais aussi (iii) les pathologies associées à des dommages (mutations) de l’ADN. A ce titre l’épigénétique, une discipline scientifique relativement récente qui se situe au-delà de la génétique, consiste en l’étude de la façon dont l’ADN est décodé de manière stable et réversible, en considérant non plus seulement les séquences génomiques mais aussi des codes additionnels constitués de modifications chimiques de l’ADN et de facteurs associés. Les ARN non-codants jouent également des rôles majeurs dans la régulation du génome, en lien ou non avec l’épigénétique. De façon très surprenante, les codes « épigénétiques », donc non écrits dans la succession des 4 bases présentes dans les génomes, peuvent être transmis d’une génération à une autre chez certains organismes vivants et seraient susceptibles de faire passer une empreinte environnementale à la descendance.

Problématiques et enjeux:

• Comment l’information génétique est-elle décodée de façon différente, au-delà de la séquence de l’ADN, pour donner différents phénotypes dans différentes cellules ou différents organismes (ex : jumeaux) ayant le même génotype ? Notion d’identité cellulaire.
• Quelle est la contribution des ARN non-codants à ces processus ?
• Quel est l’impact de l’environnement sur l’expression des gènes, à court, moyen et long terme ? Notion de mémoire cellulaire.
• Quel est l’implication dans des pathologies ainsi que le potentiel diagnostique et thérapeutique des ARN non-codants et des marques épigénétiques ?

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en deuxième année.

Langue du cours : Anglais

Required level: Attended at least one biology module in year 2
Course language: English
ECTS credits: 4

Epigénétique et  ARN non-codants

Chez les organismes complexes, l’étude des processus permettant à l’information génétique portée par l’ADN d’être stockée et décodée dans le temps et l’espace, dans un contexte constitué en majeure partie d’ADN ne portant pas d’information protéique (98% du génome des mammifères est non-codant) constitue de nouveaux champs de recherche, ayant des enjeux majeurs aussi bien en science fondamentale qu’en recherche appliquée.

Alors que nous pensions être rentrés au plus profond dans notre constitution génétique et dans son décodage grâce à l’avancée des technologies de séquençage de l’ADN et des ARN, nous sommes à nouveau confrontés à de nouveaux défis scientifiques, technologiques et éthiques afin d’approcher les nouveaux codes liés aux caractéristiques épigénétiques et aux ARN non-codants, qui nous permettront de mieux appréhender le fonctionnement des êtres vivants ainsi que les dérégulations de l’expression du génome associées à des pathologies.

En effet, ces avancées ont fait prendre conscience que le simple décodage de la séquence de nos gènes et de notre génome ne suffirait pas à comprendre (i) le fonctionnement différentiel des différents tissus des organismes, (ii) l’adaptation des cellules à notre environnement endogène ou exogène, mais aussi (iii) les pathologies associées à des dommages (mutations) de l’ADN. A ce titre l’épigénétique, une discipline scientifique relativement récente qui se situe au-delà de la génétique, consiste en l’étude de la façon dont l’ADN est décodé de manière stable et réversible, en considérant non plus seulement les séquences génomiques mais aussi des codes additionnels constitués de modifications chimiques de l’ADN et de facteurs associés. Les ARN non-codants jouent également des rôles majeurs dans la régulation du génome, en lien ou non avec l’épigénétique. De façon très surprenante, les codes « épigénétiques », donc non écrits dans la succession des 4 bases présentes dans les génomes, peuvent être transmis d’une génération à une autre chez certains organismes vivants et seraient susceptibles de faire passer une empreinte environnementale à la descendance.

Problématiques et enjeux:

• Comment l’information génétique est-elle décodée de façon différente, au-delà de la séquence de l’ADN, pour donner différents phénotypes dans différentes cellules ou différents organismes (ex : jumeaux) ayant le même génotype ? Notion d’identité cellulaire.
• Quelle est la contribution des ARN non-codants à ces processus ?
• Quel est l’impact de l’environnement sur l’expression des gènes et l'épigénétique, à court, moyen et long terme ? Notion de mémoire cellulaire.
• Quels sont les mécanismes de transmission au cours de la replication, de la mitose et de la méiose?
• Quel est l’implication dans des pathologies ainsi que le potentiel diagnostique et thérapeutique des ARN non-codants et des marques épigénétiques ?

Niveau requis : Avoir suivi au moins un module de Biologie en deuxième année.

Langue du cours : Anglais

• What are the mechanisms of transmission during replication, mitosis nd meiosis?

• What is the implication of non-coding RNAs and epigenetic marks in pathologies as well as in the diagnostic and therapeutic potential?

Required level: Attended at least one biology module in year 2
Course language: English
ECTS credits: 4

L’analyse quantitative de processus biologiques est essentielle, aussi bien d’un point de vue fondamental que dans la perspective d’applications biomédicales (diagnostic, conception raisonnée de médicaments,…). L’observation de la dynamique et de l’organisation spatiale de ces processus, aux échelles moléculaires, cellulaires et tissulaires peut être cruciale pour leur compréhension, mais résiste souvent aux méthodes analytiques usuelles en biologie.

La possibilité de voir le vivant en action à l’aide de l’imagerie optique est ainsi une révolution de la biologie quantitative contemporaine, et l’imagerie est un outil incontournable pour la biologie et les biotechnologies d’aujourd’hui.

Quelles sont les méthodes qui permettent l’imagerie multi-échelle des systèmes biologiques, et que nous apprennent-elles ?

L’objectif de ce cours est (i) d’introduire les principaux concepts et méthodes de l’imagerie biologique optique (imagerie de molécules individuelles, FRET, super-résolution, microscopie non-linéaire, optogénétique…)  utiles en  biologie fondamentale et  prometteuses pour les applications biomédicales, (ii) de développer des problématiques contemporaines en biologie et/ou en biomédecine, concernant notamment ses aspects quantitatifs et organisationnels, en lien avec les neurosciences, la biologie du développement, la médecine de précision…

Ce cours permettra ainsi d’acquérir la maîtrise d’outils fondamentaux et opérationnels en biophotonique, à travers leurs applications à des questions actuelles et concrètes couvrant l’ensemble des champs de la biologie moderne, depuis la molécule jusqu’à l’organisme

Langue du cours : Anglais

Bio_52991_EP (BIO591) - Biologie et Ecologie

Le stage de Recherche ouvre les laboratoires de recherche fondamentale, biomédicale, ou appliquée (industrie pharmaceutique, biotechnologie) aux élèves tentés par un approfondissement en Sciences de la vie, que ce soit en microbiologie, en virologie, en immunologie, en neurobiologie, en embryologie, en biologie structurale, en biologie moléculaire, en biologie cellulaire, en bioinformatique, en écologie...

Les sujets de stages des années précédentes sont disponibles sur un espace de partage sécurisé sur le site internet de l’Ecole Polytechnique :
-Sujets de stages de recherche des années précédentes : (historique des X04 à X12) 
https://gargantua.polytechnique.fr/siatel-web/app/auth/login?auth=1/
Dossiers Mes documents/Rapports/Contenu général Rapports/SOI/X2004.....X2012

L'élève pourra, avec les conseils du coordinateur et de l’équipe enseignante, dessiner les contours thématiques de son stage, puis participer activement, grâce à la visite de laboratoires, à la définition ultime de son sujet de stage de Recherche.
Le stage de recherche scientifique en Biologie consiste en un travail de 16 semaines minimum en laboratoire. Ce stage peut avoir lieu dans un laboratoire du milieu académique ou dans un laboratoire d’entreprise. Les stages se déroulent en Province, à Paris ou en région Parisienne (CNRS, INSERM, Institut Pasteur, Institut Curie, INRA, CEA, Universités, ...) et à l'Etranger (Etats-Unis, Allemagne, Canada, Italie, Espagne, Japon, Portgal etc...)
En Sciences de la Vie, la recherche fait largement appel à la Physique, à la Chimie, aux Mathématiques Appliquées et à l'Informatique. Par conséquent, grâce à sa formation généraliste, même s'il n'a suivi qu'un seul des modules offerts par le département de Biologie en année 2, un élève sera apte à profiter d'un stage de Recherche en Biologie ou en Ecologie.

- Rapport Final : 
Nous aurons besoin d’une version électronique (au format pdf uniquement) de votre microthèse (vingt pages maximum tout compris) à transmettre par email. 
Les rapports peuvent être rendus en français ou en anglais, comme vous préférez. 
Vous ferez en sorte que ces documents  parviennent à Catherine MORAIS catherine.morais@polytechnique.edu, aux membres du jury, à l’enseignant référent de votre stage IMPERATIVEMENT cinq jours minimum hors week-end avant votre soutenance.
Cela ne pose aucun problème si l’un ou l’autre des documents transmis à l’X est rédigé en Anglais (rapport final et fiche d’évaluation transmise par votre directeur de stage). 
A part la limite de 20 pages, annexes incluses,  nous n’avons pas d’exigences particulières. Il s’agit d’un rapport scientifique classique, et votre laboratoire d’accueil vous conseillera utilement à ce sujet. En bref, le rapport doit introduire nom-prénom, promotion, le sujet en le situant dans son contexte, page de garde du rapport rédigée selon le modèle joint en annexe. Un résumé en français et en anglais OBLIGATOIRE d'une demi-page au maximum, le tout sur la même page, puis développer les résultats obtenus, et enfin les discuter.

Les références bibliographiques doivent également être indiquées suivant les normes courantes des articles de recherche.
Les matériels et méthodes utilisés doivent en outre être décrits.
Nous vous rappelons que le respect des échéances sera pris en compte dans la notation. 
PAS DE VERSION PAPIER DEMANDÉE

- Soutenance : La soutenance orale doit s’effectuer en présentiel at the École Polytechnique (defense in French or English). 
The organization of the defense is managed by the department (duration, jury, public, etc.) is managed by the department.

- Internship director invitation: 
Your internship director will be invited to participate in the defense. However, his presence at the defense is not obligatory.  Your internship director must IMPERATIVELY send us his/her assessment of the work carried out and the way in which it was carried out, by completing the evaluation form sent by the Department.  This assessment must be sent IMPERATIVELY three days before the defense, by e-mail to: Catherine MORAIS catherine.morais@polytechnique.edu, to the members of the jury, to the teacher responsible for your internship.

----------------- 
Joint internships:
For students entering a double degree engineering course in the fourth year, the subject, the location of the internship, the terms of the intermediate follow-up and the defense jury are, in certain cases, defined jointly by those responsible for the internship. research of l’X and by teachers of additional diploma training.

Joint internships allow the student to implement, in a real setting, an experimental or theoretical scientific approach, while discovering one of the sectors covered by the additional training.

- Coordinator - Responsible:
Yves MECHULAM - Tel: 4885 - yves.mechulam@polytechnique.edu
- Department assistant:
Catherine Morais - Tel: 4025 - catherine.morais@polytechnique.edu

- Teachers: all members of the department

Course language: French

ECTS credits: 20

BIO_52991_EP (BIO591) - Biologie et Ecologie

Le stage de Recherche ouvre les laboratoires de recherche fondamentale, biomédicale, ou appliquée (industrie pharmaceutique, biotechnologie) aux élèves tentés par un approfondissement en Sciences de la vie, que ce soit en microbiologie, en virologie, en immunologie, en neurobiologie, en embryologie, en biologie structurale, en biologie moléculaire, en biologie cellulaire, en bioinformatique, en écologie...

Les sujets de stages des années précédentes sont disponibles sur un espace de partage sécurisé sur le site internet de l’Ecole Polytechnique :
-Sujets de stages de recherche des années précédentes : (historique des X04 à X12) 
https://gargantua.polytechnique.fr/siatel-web/app/auth/login?auth=1/
Dossiers Mes documents/Rapports/Contenu général Rapports/SOI/X2004.....X2012

L'élève pourra, avec les conseils du coordinateur et de l’équipe enseignante, dessiner les contours thématiques de son stage, puis participer activement, grâce à la visite de laboratoires, à la définition ultime de son sujet de stage de Recherche.
Le stage de recherche scientifique en Biologie consiste en un travail de 16 semaines minimum en laboratoire. Ce stage peut avoir lieu dans un laboratoire du milieu académique ou dans un laboratoire d’entreprise. Les stages se déroulent en Province, à Paris ou en région Parisienne (CNRS, INSERM, Institut Pasteur, Institut Curie, INRA, CEA, Universités, ...) et à l'Etranger (Etats-Unis, Allemagne, Canada, Italie, Espagne, Japon, Portgal etc...)
En Sciences de la Vie, la recherche fait largement appel à la Physique, à la Chimie, aux Mathématiques Appliquées et à l'Informatique. Par conséquent, grâce à sa formation généraliste, même s'il n'a suivi qu'un seul des modules offerts par le département de Biologie en année 2, un élève sera apte à profiter d'un stage de Recherche en Biologie ou en Ecologie.

- Rapport Final : 
Nous aurons besoin d’une version électronique (au format pdf uniquement) de votre microthèse (vingt pages maximum tout compris) à transmettre par email. 
Les rapports peuvent être rendus en français ou en anglais, comme vous préférez. 
Vous ferez en sorte que ces documents  parviennent à Catherine MORAIS catherine.morais@polytechnique.edu, aux membres du jury, à l’enseignant référent de votre stage IMPERATIVEMENT cinq jours minimum hors week-end avant votre soutenance.
Cela ne pose aucun problème si l’un ou l’autre des documents transmis à l’X est rédigé en Anglais (rapport final et fiche d’évaluation transmise par votre directeur de stage). 
A part la limite de 20 pages, annexes incluses,  nous n’avons pas d’exigences particulières. Il s’agit d’un rapport scientifique classique, et votre laboratoire d’accueil vous conseillera utilement à ce sujet. En bref, le rapport doit introduire nom-prénom, promotion, le sujet en le situant dans son contexte, page de garde du rapport rédigée selon le modèle joint en annexe. Un résumé en français et en anglais OBLIGATOIRE d'une demi-page au maximum, le tout sur la même page, puis développer les résultats obtenus, et enfin les discuter.

Les références bibliographiques doivent également être indiquées suivant les normes courantes des articles de recherche.
Les matériels et méthodes utilisés doivent en outre être décrits.
Nous vous rappelons que le respect des échéances sera pris en compte dans la notation. 
PAS DE VERSION PAPIER DEMANDÉE

- Soutenance : La soutenance orale doit s’effectuer en présentiel at the École Polytechnique (defense in French or English). 
The organization of the defense is managed by the department (duration, jury, public, etc.) is managed by the department.

- Internship director invitation: 
Your internship director will be invited to participate in the defense. However, his presence at the defense is not obligatory.  Your internship director must IMPERATIVELY send us his/her assessment of the work carried out and the way in which it was carried out, by completing the evaluation form sent by the Department.  This assessment must be sent IMPERATIVELY three days before the defense, by e-mail to: Catherine MORAIS catherine.morais@polytechnique.edu, to the members of the jury, to the teacher responsible for your internship.

----------------- 
Joint internships:
For students entering a double degree engineering course in the fourth year, the subject, the location of the internship, the terms of the intermediate follow-up and the defense jury are, in certain cases, defined jointly by those responsible for the internship. research of l’X and by teachers of additional diploma training.

Joint internships allow the student to implement, in a real setting, an experimental or theoretical scientific approach, while discovering one of the sectors covered by the additional training.

- Coordinator - Responsible:
Yves MECHULAM - Tel: 4885 - yves.mechulam@polytechnique.edu
- Department assistant:
Catherine Morais - Tel: 4025 - catherine.morais@polytechnique.edu

- Teachers: all members of the department

Course language: French

ECTS credits: 20

In a first part, focused on molecular chemical reactivity, the students will acquire new tools to understand chemical transformation, exploring techniques for structural analysis such as nuclear magnetic resonance. Properties of diatomic molecules will be discussed based on molecular orbitals. In a second part, strongly focused on physical chemistry, we review the basics of thermodynamics to comprehend chemical reactivity, setting up the basis to calculate energy balances, predict the spontaneity of reactions or determine the conditions of equilibrium.  We will revise also chemical kinetics, discover what factors determine reaction’s rate and the importance of catalysts to control and speed up reactions, very present in environmental sciences, industries and biochemistry. 

To assimilate all the concepts learnt during lectures and tutorials, we strongly believe in the importance of experimental labs, hence up to 7 interactive labs are planned.

Vous vous intéressez aux grands défis de la transition énergétique, de la santé, ou encore de l’environnement. Vous vous interrogez sur les questions de souveraineté des technologies et des matières ? Alors le cours “Chemistry for future leaders” est fait pour vous ! Pourquoi ? Parce que la chimie est incontournable dans tous ces domaines, que ce soit pour arbitrer comme pour agir.

Afin de vous proposer le cours le plus pertinent qui soit, nous avons fait appel à des acteurs clés du monde économique, politique et de la haute fonction publique. Nous leur avons demandé de partager leur expérience et leurs besoins en matière de chimie. Ainsi, à partir de notre expertise d’enseignants et des témoignages de conseillers ministériels, de cadres dirigeants de grands groupes ou encore de membres des grands corps d'État, nous avons conçu un cours qui vous mettra dans la peau des décideurs. Vous apprendrez à vous positionner et à arbitrer sur des sujets complexes qui font appel à des notions de chimie.

Le but de ce cours est de vous apporter un « Kit de survie pour arbitrer et agir ». Nous vous enseignerons donc les concepts fondamentaux et nécessaires sans se perdre dans des détails pointus. Et nous vous donnerons les clés et les outils indispensables pour éclairer des positionnements et décisions sur les grands défis sociétaux ou industriels. 

Le cours se déroule sur 10 semaines, avec des cours magistraux et des travaux dirigés. Il est ouvert à toutes et à tous, sans prérequis. Notre objectif est de vous enseigner une approche pragmatique et opérationnelle de la chimie. 

Chaque cours magistral est construit autour d’un grand enjeu de société. Ces questions d’actualité nous permettent de convoquer les notions théoriques nécessaires pour comprendre finement le sujet et pour apporter les réponses au cas d’étude. Pour chaque cours, nous définirons une liste des compétences développées et évaluées en fin de période. 

 Par exemple, les premiers cours concernent l’énergie et visent le développement d’un regard critique les apports de la chimie dans la transition énergétique :  

• Pourquoi sommes-nous devenus « addicts aux carburants fossiles » ?
• Quelles sont les alternatives possibles ? Solaire, nucléaire ?
• Pourquoi la batterie idéale : celle qui est durable, légère, sûre et rapide à charger, n’existe toujours pas... ?

Bien sûr, nous ne nous arrêterons pas aux questions énergétiques car la chimie est partout. Nous regarderons également comment gérer les questions que posent les métaux critiques ou encore l’impact des déchets plastiques sur l’environnement et la santé.  

En TD, nous ferons des exercices d’application et des mises en situation. Vous serez mis en position de décideurs dans des cas pratiques et des serious games. Vous adopterez différents points de vue et différents rôles. Par exemple : vous devrez jauger un scénario énergétique, en évaluant les risques et les opportunités associés à des matériaux ou des ressources. Pour cela, vous combinerez des concepts vus en cours. 

L’évaluation sera continue avec un examen final. L’acquisition des compétences sera évaluée par des travaux individuels et des analyses réalisées en groupe. 

Ce cours est sans précédent à l’X comme dans le réseau des écoles d’ingénieurs. C’est un bagage minimal de connaissances en chimie, indispensable pour la suite de votre carrière. Ce sera peut-être votre dernier cours de chimie, mais c’est celui à ne pas manquer !

Vous vous intéressez aux grands défis de la transition énergétique, de la santé, ou encore de l’environnement. Vous vous interrogez sur les questions de souveraineté des technologies et des matières ? Alors le cours “Chemistry for future leaders” est fait pour vous ! Pourquoi ? Parce que la chimie est incontournable dans tous ces domaines, que ce soit pour arbitrer comme pour agir.

Afin de vous proposer le cours le plus pertinent qui soit, nous avons fait appel à des acteurs clés du monde économique, politique et de la haute fonction publique. Nous leur avons demandé de partager leur expérience et leurs besoins en matière de chimie. Ainsi, à partir de notre expertise d’enseignants et des témoignages de conseillers ministériels, de cadres dirigeants de grands groupes ou encore de membres des grands corps d'État, nous avons conçu un cours qui vous mettra dans la peau des décideurs. Vous apprendrez à vous positionner et à arbitrer sur des sujets complexes qui font appel à des notions de chimie.

Le but de ce cours est de vous apporter un « Kit de survie pour arbitrer et agir ». Nous vous enseignerons donc les concepts fondamentaux et nécessaires sans se perdre dans des détails pointus. Et nous vous donnerons les clés et les outils indispensables pour éclairer des positionnements et décisions sur les grands défis sociétaux ou industriels. 

Le cours se déroule sur 10 semaines, avec des cours magistraux et des travaux dirigés. Il est ouvert à toutes et à tous, sans prérequis. Notre objectif est de vous enseigner une approche pragmatique et opérationnelle de la chimie. 

Chaque cours magistral est construit autour d’un grand enjeu de société. Ces questions d’actualité nous permettent de convoquer les notions théoriques nécessaires pour comprendre finement le sujet et pour apporter les réponses au cas d’étude. Pour chaque cours, nous définirons une liste des compétences développées et évaluées en fin de période. 

 Par exemple, les premiers cours concernent l’énergie et visent le développement d’un regard critique les apports de la chimie dans la transition énergétique :  

• Pourquoi sommes-nous devenus « addicts aux carburants fossiles » ?
• Quelles sont les alternatives possibles ? Solaire, nucléaire ?
• Pourquoi la batterie idéale : celle qui est durable, légère, sûre et rapide à charger, n’existe toujours pas... ?

Bien sûr, nous ne nous arrêterons pas aux questions énergétiques car la chimie est partout. Nous regarderons également comment gérer les questions que posent les métaux critiques ou encore l’impact des déchets plastiques sur l’environnement et la santé.  

En TD, nous ferons des exercices d’application et des mises en situation. Vous serez mis en position de décideurs dans des cas pratiques et des serious games. Vous adopterez différents points de vue et différents rôles. Par exemple : vous devrez jauger un scénario énergétique, en évaluant les risques et les opportunités associés à des matériaux ou des ressources. Pour cela, vous combinerez des concepts vus en cours. 

L’évaluation sera continue avec un examen final. L’acquisition des compétences sera évaluée par des travaux individuels et des analyses réalisées en groupe. 

Ce cours est sans précédent à l’X comme dans le réseau des écoles d’ingénieurs. C’est un bagage minimal de connaissances en chimie, indispensable pour la suite de votre carrière. Ce sera peut-être votre dernier cours de chimie, mais c’est celui à ne pas manquer !

La compréhension de la structure moléculaire des substances telles que les métabolites, les ingrédients actifs, les toxines, les protéines, les catalyseurs et les matériaux est fondamentale pour saisir leur fonctionnalité. Mais quelles sont les méthodes les plus avancées utilisées pour étudier la structure chimique de ces systèmes ? Deux méthodes sont particulièrement prédominantes : la RMN (spectroscopie de résonance magnétique nucléaire) et l'électrochimie. La première se focalise sur le spin nucléaire des éléments, tandis que la seconde se concentre sur le transfert d'électrons. Chaque section de ce cours sera enrichie d'exemples tirés d'une vaste gamme de molécules et de matériaux, qui aideront non seulement à comprendre l'utilisation de ces techniques, mais aussi à discuter de leurs limites.

La RMN a des applications variées en chimie, en biologie et en physique. L'une des applications les plus répandues est l'IRM (imagerie par résonance magnétique), qui repose sur le temps de relaxation de l'eau dans les tissus ; nous explorerons les principes de base de cette technique.

Les applications de l'électrochimie sont essentielles dans notre monde moderne : énergie (batteries, supercondensateurs, électrolyseurs et piles à combustible), environnement (détection de polluants, capteurs) ou matériaux innovants (dépôt électrochimique, caractérisations électrochimiques). Nous aborderons une compréhension approfondie des mécanismes de transfert électronique et du rôle de l'interface électrode-électrolyte, et nous les mettrons en perspective avec des exemples actuels.

Langue du cours : Anglais

Crédits ECTS : 4

Ce cours offre une vue d'ensemble détaillée des problématiques environnementales en chimie atmosphérique et pour les ressources en eau. Les objectifs sont de comprendre comment les transformations chimiques et les traces d'éléments influencent l'équilibre global de ces géosphères. L'effet de l'activité humaine sera discuté ainsi que les solutions possibles pour éviter ces dégradations. Le cours comprendra une approche historique des problèmes de pollution, l'étude de la chimie atmosphérique, du cycle de l'ozone, des polluants atmosphériques et de leur effet sur le climat. Une seconde partie s'intéressera au cycle de l'eau, de sa pollution et son l'assainissement.

Cours en Anglais

Credits ECTS: English

Credits ECTS: 4

Ce cours offre une vue d'ensemble détaillée des problématiques environnementales en chimie atmosphérique et pour les ressources en eau. Les objectifs sont de comprendre comment les transformations chimiques et les traces d'éléments influencent l'équilibre global de ces géosphères. L'effet de l'activité humaine sera discuté ainsi que les solutions possibles pour éviter ces dégradations. Le cours comprendra une approche historique des problèmes de pollution, l'étude de la chimie atmosphérique, du cycle de l'ozone, des polluants atmosphériques et de leur effet sur le climat. Une seconde partie s'intéressera au cycle de l'eau, de sa pollution et son l'assainissement.

Cours en Anglais

Credits ECTS: English

Credits ECTS: 4

Cette option de stage vise à faire découvrir le domaine de la recherche en Sciences des Matériaux, en lien avec des problématiques d’ élaboration, de propriétés remarquables, et d’applications innovantes. Abordés sous des aspects fondamentaux ou appliqués, les sujets proposés visent notamment à com- prendre et contrôler les propriétés des matériaux en relation avec leur structure à plusieurs échelles (cristallinité, microstructure, mise en forme). La nature des matériaux concernés peut être très variable : polymères de spécialité, verres, cristaux, oxyde à propriétés remarquables, semi-conducteurs, catalyseurs, surfaces fonctionnelles, biomatériaux... Leur forme est également variée : dispersions, poudres, couches minces, surfaces, matériaux massifs...

Les thématiques abordées peuvent concerner la chimie des matériaux (nouvelles stratégies d’élaboration, procédés), leur caractérisation structurale, l’étude de propriétés physiques dans différents domaines (optique, transport, magnétisme...).

Les sujets abordés sont en général à l’interface entre plusieurs disciplines : chimie, électrochimie, chimie des procédés, physique du solide, mécanique, science des surfaces, biologie... Souvent, les recherches sont faites en lien avec des applications potentielles ciblées avec des perspectives de mise au point de matériaux innovants.

Exemples de techniques utilisées