Rapport sur les technologies 2023 du Conseil européen de l’innovation (EIC)

Le Conseil européen de l’innovation (European Innovation Council, EIC) vient de publier le deuxième rapport qui met en avant les nouvelles technologies et innovations soumises au Conseil dans le cadre du programme Horizon Europe (HE).

Le rapport met en lumière les projets de recherche à un stade précoce issus des domaines technologiques émergeants et prometteurs qui ont suscité des propositions de haute qualité, mais qui n’ont pas obtenu de financement par l’EIC à ce jour. En revanche, ceux-ci pourraient, à terme, orienter les priorités et les activités futures au sein de l’EIC ou de manière plus générale, au sein de la Commission européenne et/ou au niveau national et régional. Ci-dessous un bref aperçu de ces secteurs et de leur potentiel.

L’EIC en bref

Faisant partie du programme HE, le Conseil européen de l’innovation a été créé en tant qu’initiative phare pour identifier, développer et mettre à l’échelle les « technologies profondes » (deeptech) émergentes et les innovations révolutionnaires. Avec plus de 10 milliards d’euros de financement, l’EIC soutient les chercheurs et entrepreneurs européens depuis les idées révolutionnaires jusqu’au succès sur les marchés européens et mondiaux, à travers un mélange d’appels ouverts compétitifs dans le cadre de trois programmes principaux: l’EIC Pathfinder (soutien à la recherche et du développement des deeptech), l’EIC Transition (soutien à la transition vers des solutions pratiques et leur mise sur le marché), et l’EIC Accelerator (soutien des startups pour accélérer leur croissance).

À ce jour, dans le cadre d’HE, l’EIC a reçu plus de 10 000 propositions et financé plus de 700 projets dans des secteurs technologiques et économiques cruciaux pour l’autonomie stratégique et la prospérité de l’Europe, tels que l’hydrogène renouvelable, les thérapies cellulaires et géniques, les technologies quantiques, l’agroalimentaire, et d’autres.

Secteurs du futur

Photo de Chait Goli

Numérique, industrie et espace

1. Matériaux avancés

— Fabrication additive de composites réactifs capable de créer des pièces fabriquées à partir de différents matériaux avec des formes libres et des géométries complexes. L’ajout des fonctionnalités aux composites polymères (ex. réactivité) ouvre de nouvelles applications pour les polymères composites aux propriétés sur mesure

— Plusieurs matériaux présentent des performances électro-catalytiques élevées, principalement, en raison de la présence de certaines matières premières critiques (MPC) telles que les métaux du groupe du platine. Le déploiement à grande échelle de certains dispositifs électrochimiques pour la transition énergétique soulève donc des préoccupations significatives concernant la disponibilité et le coût des électro-catalyseurs. De nouvelles solutions adoptent soit une approche circulaire des électro-catalyseurs, soit la conception et le développement d’électro-catalyseurs sans MPC intégrant l’utilisation de l’intelligence artificielle et de l’apprentissage automatique pour accélérer la découverte de matériaux

— Matériaux avancés pour les panneaux photovoltaïques (PV) évolutifs. Le développement de nouveaux matériaux ou d’architectures de dispositifs en remplacement des matériaux ou conceptions conventionnels pourrait ouvrir de nouvelles applications et élargir le déploiement des technologies PV. Entre autres facteurs, les matériaux proposés doivent être des matières premières abondantes et peu coûteuses, avec des processus de fabrication évolutifs, respectueux de l’environnement et rentables

2. Intelligence artificielle (IA)

Photo de Tara Winstead

Les concepts de conscience pour les systèmes artificiels explorent la capacité de l’IA à développer, par exemple, une attention cognitive, une anticipation, une imagination et une prospection, et permettent une interaction symbiotique avec des systèmes externes. Diverses approches conceptuelles et technologiques visent à mieux comprendre l’interaction avec les technologies intelligentes, conduisant au développement de systèmes d’IA auto-conscients résilients et centrés sur l’humain

3. Nouvelle génération de dispositifs électroniques, de matériaux et d’architectures

— Interconnexions 3D basées sur les nanomatériaux. Les architectures électroniques en 2D souffrent d’interconnexions “non évolutives”, ce qui les rend difficiles à concurrencer avec les systèmes neuronaux biologiques en termes de capacités de traitement de l’information en temps réel avec une consommation d’énergie comparable. Une solution prometteuse provient de l’utilisation de nanomatériaux, tels que le développement de transistors à effet de champ à nanofils verticaux ou la fabrication de dispositifs haute performance facilitée par l’intégration de nanocircuits à base de nanotubes de carbone auto-assemblés utilisant des modèles d’ADN

— Électronique basée sur les biomolécules. Les efforts actuels en faveur de l’électronique plus durable peuvent conduire à un nouveau type d’électronique entièrement basée sur les protéines, appelée “protéoniques”. Ce nouvel horizon promet que les composants électroniques passifs et actifs soient entièrement neutres en CO2, compatibles avec la biologie et biodégradables, tout en permettant une interface naturelle avec les systèmes biologiques, ce qui pourrait ouvrir complètement de nouvelles opportunités dans de nombreux domaines de la science et de la santé. En robotique souple, inspirée par l’imitation des vers marins, des robots modulaires à morphing stimulés par des hydrogels d’ADN à mémoire de forme intelligents peuvent répondre aux stimuli et s’adapter à l’environnement. L’utilisation de l’ADN (cellulaire ou synthétique) s’est également révélée très prometteuse pour le stockage et l’archivage de données plus économes en énergie, respectueux de l’environnement et techniquement robustes

— Dispositifs métamatériaux flexibles, réglables ou reconfigurables. Les métamatériaux sont des dispositifs caractérisés par des fonctionnalités uniques (par exemple, réglables, commutables et non-linéaires) rendues possibles par des structures sub-longueur d’onde spécifiques fabriquées de matière fonctionnelle. Ces dispositifs à base de plasma, par exemple, des lentilles réglables pour les antennes ou des composants reconfigurables en 3D variant dans le temps, pourraient inaugurer une nouvelle ère des télécommunications avec un impact potentiel élevé sur l’économie et la société. Une « peau intelligente » activée par des surfaces métamatériaux flexibles peut être déployée dans des applications telles que l’haptique sans contact et la communication à grande distance, ce qui pourrait ouvrir un large éventail d’applications en robotique et dans le domaine médical

— Mémoires ou calculs basés sur des liquides. Améliorer les performances et rendre les dispositifs électroniques et les composants réellement durables est devenu urgent. Cela nécessite des solutions technologiques novatrices et abordables pour le traitement et le stockage de l’information. L’utilisation de liquides dans ce contexte ne semble pas être la voie la plus naturelle, mais des idées récentes incluent l’utilisation de nanoparticules colloïdales et de réseaux de nanocapillaires pour une mémoire à haute densité et à faible coût (plus de 100 Gbit/mm2) et le calcul de réservoir chimique basé sur des systèmes de traitement de l’information purement moléculaire

Photo de Mikhail Nilov

— Prochaine génération de circuits intégrés photoniques. Les derniers développements en photonique et en science des matériaux posent les bases d’une nouvelle classe de circuits intégrés photoniques (CIP) à haute performance et à faible coût, donnant lieu à des solutions compactes pour une large gamme de dispositifs : capteurs, calculs, etc. Les nouvelles idées incluent l’utilisation de matériaux fonctionnels et de circulateurs optiques intégrés capables de distribuer exclusivement la lumière entre les fonctions intégrées passives et actives, des spectromètres à double peigne pour la spectroscopie optique (mid-IR) à large bande et à haute résolution avec un nouveau niveau de sensibilité pour les capteurs intégrés sur puce, ou la photonique en silicium programmable nano-électromécanique pour les interconnexions optiques massivement parallèles permettant de vastes réseaux de nœuds indépendants et entièrement contrôlables

— Capteurs combinés à l’intelligence artificielle pour les environnements difficiles. Les environnements difficiles exigent que les dispositifs électroniques résistent à des conditions environnementales ou de milieu spécifiques, souvent extrêmes, comme l’eau ou un niveau élevé d’interférence électromagnétique ou de rayonnement. Les défis technologiques de longue date pour la communication sans fil optique sous-marine, liés à la connectivité à haut débit, aux faibles besoins en énergie ou à l’auto-alimentation, et au respect de l’environnement, pourraient être surmontés en utilisant des réseaux optiques à phases bleues combinés à un grand réseau de convertisseurs numériques-analogiques (CDA) et de récepteurs cohérents. Les mesures de rayonnement, y compris les rayonnements à haute énergie, sont un autre domaine en développement rapide où des technologies telles que l’IA et la nanotechnologie (par exemple, les nanocristaux inorganiques) peuvent apporter des développements révolutionnaires conduisant à des dispositifs de détection et de localisation de sources rayonnantes à haute vitesse et précis

4. Mesure de particules

Accélérateurs de particules verts et compacts. Les accélérateurs de particules sont actuellement des systèmes de grande taille et coûteux avec une empreinte environnementale importante. Les dispositifs de prochaine génération, offrant d’excellentes propriétés en termes de stabilité, de reproductibilité, de spectre, de durée et de livraison dans le temps, sont en cours de développement en s’appuyant sur un nouveau concept de structure d’accélération qui devrait assurer un gradient de gain d’énergie de 100 MeV/m nécessaire pour les applications industrielles et élargir l’accessibilité temporelle aux études de phase préclinique et clinique

5. Technologies quantiques

Photo de Markus Winkler

— Nouveaux qubits. Les qubits sont les plus petites unités de stockage de données dans les systèmes quantiques et existent dans un état de superposition de 0 et 1 simultanément. Cette capacité à stocker plusieurs états en même temps rend les ordinateurs quantiques très puissants. Cependant, les courtes durées de cohérence des qubits entravent la mise en œuvre des techniques de correction d’erreur. De nouveaux types de qubits basés sur des plates-formes hybrides supraconducteur-semiconducteur peuvent constituer une approche viable pour parvenir à une computation tolérante aux erreurs. De tels nouveaux types de qubits peuvent être générés en encodant l’information quantique dans un système topologiquement protégé qui sera conçu en créant des réseaux de points quantiques avec couplage supraconducteur dans les gaz d’électrons bidimensionnels

— Dispositifs quantiques à température ambiante. La principale limite des dispositifs quantiques est liée à leur grande sensibilité aux facteurs environnementaux, qui sont souvent surmontés en concentrant le fonctionnement à des températures très basses, c’est-à-dire, dans un environnement cryogénique. De nouvelles approches pour les plates-formes de technologie quantique à température ambiante incluent l’utilisation de rubans de graphène atomiquement précis (APR) qui sont intrinsèquement prédisposés pour des états quantiques complexes. Ces derniers peuvent présenter des propriétés physiques novatrices

— Communication quantique sécurisée et économe en énergie. Diverses approches sont explorées, notamment l’intégration de l’informatique de réservoir et de la technologie quantique, appelée informatique de réservoir quantique (QRC), qui pourrait conduire à une communication et une détection quantiques robustes et économes en énergie. De même, l’utilisation de plates-formes photoniques intégrées, permettant des nœuds quantiques de faible encombrement, sans alignement et fabriqués en série, pourrait faciliter les applications réelles des réseaux quantiques

6. Secteur spatial

Élimination active des débris spatiaux et recyclage. Les approches d’élimination envisagées comprennent l’utilisation d’aimants, de mécanismes de désorbitation, de filets, de harpons, de câbles, de lasers spatiaux et de voiles solaires. Les concepts les plus prometteurs, à la fois verts et abordables, sont les câbles, les lasers spatiaux et les voiles solaires, car ils n’exigent pas l’utilisation de propulseurs chimiques. À plus long terme, divers concepts d’innovation pour le recyclage dans l’espace et la réutilisation de corps de fusées, de satellites défunts ou de fragments de vieux satellites émergeront. Cela pourrait inclure la décomposition de matériaux pour la fabrication dans l’espace ou la réutilisation de composants de véhicules spatiaux (par exemple, réservoirs, composants structuraux, électronique) de nouvelles manières. Cette capacité naissante entraînera de nombreuses applications, garantissant la réduction des débris spatiaux au bénéfice des futures missions d’exploration

Technologies propres

Photo de Mirko Fabian

1. Agroalimentaire

— Technologies d’aquaculture de nouvelle génération. Les développements dans ce domaine sont axés sur la production alimentaire à base d’algues, de poissons et de coquillages dans les mers et les océans. Cela comprend la biotechnologie marine à base de microalgues pour produire une gamme de produits, des compléments alimentaires aux matériaux d’emballage à partir de la biomasse de méduses aux coquilles de mollusques, y compris avec des technologies de fermentation de précision. De nouvelles technologies sont également en cours de développement pour augmenter le rendement et la durabilité de l’élevage de poissons et de fruits de mer, de la gestion de la santé (et le remplacement des antibiotiques) des poissons d’élevage à la production de plusieurs espèces à forte valeur ajoutée, non encore disponibles par l’aquaculture conventionnelle.

— De nouvelles technologies de reproduction pour des cultures résistantes au climat. L’objectif de ces solutions est de permettre une production alimentaire basée sur le sol avec une moindre dépendance aux combustibles fossiles et adaptée aux conditions environnementales difficiles, principalement la chaleur et la sécheresse. Les développements novateurs dans ce domaine comprennent de nouvelles variétés de tomates et de colza qui absorbent plus de CO2 (puits de carbone) et la régulation de la photosynthèse assistée par l’IA pour augmenter les rendements de récolte

— Cultures sans engrais minéraux.  Les avancées dans ce domaine visent à fournir des alternatives aux engrais minéraux polluants issus des combustibles fossiles, principalement avec des engrais d’origine microbienne. Les développements récents comprennent de nouveaux procédés de conversion verte directe du CO2 et du NOx en engrais, des jumeaux numériques pour une utilisation optimisée des engrais dans la production de cultures ou des logiciels et matériels avancés pour la protection et la restauration des sols (puces optoélectroniques pour la détection de contaminants du sol ou des robots bioniques en forme de vers de terre pour surveiller la santé du sol)

— Fermentation de précision. Cela concerne la production d’aliments et de fourrage de grande valeur, ainsi que de matériaux non comestibles, à partir de matières premières de faible qualité et de déchets alimentaires. Ce regroupement est un élément très important pour dissocier la production alimentaire de l’appauvrissement des sols et des environnements de plus en plus hostiles. La fermentation de précision est également capable de soutenir des plans de nutrition personnalisés. Les développements observés dans le portefeuille de l’EIC comprennent la fermentation des racines de champignons comestibles et des déchets alimentaires en produits comestibles, l’analyse de données et le contrôle de la fermentation pour augmenter le rendement en lait des exploitations laitières, ou la production de biopolymères à partir de résidus agricoles

2. Construction

— Stratégies de conception biomimétique avec calcul des matériaux. Les technologies computationnelles génératives émulent les performances maximales avec des ressources minimales à travers la variation des propriétés locales des matériaux. Cela entrainerait un changement de paradigme vers une génération basée sur les matériaux plutôt que sur la forme géométrique actuelle. Inspirées par les structures naturelles, les architectures hiérarchiques des matériaux permettent aux concepteurs et aux fabricants d’imaginer de nouvelles opportunités radicales pour des propriétés émergentes, des fonctionnalités sur mesure et la fusion de propriétés et de fonctionnalités dans des objets uniques

Photo de SevenStorm JUHASZIMRU

— Matériaux de construction neutres en carbone et négatifs en carbone. Les matériaux neutres en carbone, comme le bois provenant de sources durables, visent à équilibrer les émissions lors de leur production. Les dernières avancées comprennent l’ingénierie de précision pour optimiser l’utilisation des ressources. En revanche, les matériaux négatifs en carbone, tels que le béton séquestrant le carbone, éliminent activement plus de dioxyde de carbone de l’atmosphère qu’ils n’en émettent lors de leur production. Les récentes percées impliquent le développement de nouveaux liants et agrégats pour améliorer leurs capacités de capture du carbone

— Matériaux de construction hybrides et vivants. Ceux-ci contiennent des cellules vivantes qui restent biologiquement actives dans divers cas d’utilisation grâce à plusieurs techniques d’assemblage permettant aux matériaux et aux structures de se développer de bas en haut en tant que comportement émergent d’autoreproduction de protocellules. Pour des environnements construits plus intégrés, des structures à base de mycélium se trouvent en première ligne, car elles offrent, en association avec des matériaux de classe similaire, des fonctionnalités radicalement nouvelles et adaptées par rapport aux matériaux non vivants, par exemple l’auto-régénération, l’adaptation naturelle aux signaux environnementaux (lumière, température, produits chimiques), la morphogenèse auto-croissante à travers des hiérarchies d’échelle et de structure

3. Stockage de l’énergie

— Batteries métal-air et à flux. Ces technologies de batteries électrochimiques sont en développement pour atteindre une densité d’énergie plus élevée, une extensibilité et une durée de vie plus longue. L’EIC observe des développements révolutionnaires dans a) l’utilisation de matières premières largement disponibles dans l’UE et l’utilisation de processus durables pour les convertir en composants électrochimiques actifs qui sont intrinsèquement sûrs à utiliser et à exploiter, b) la capacité à fournir des solutions pour l’optimisation du système électrique

— Nouveaux matériaux pour le stockage de l’énergie thermique. De nouveaux matériaux tels que les matériaux à changement de phase sont en cours de développement pour le stockage de l’énergie

— Récupération de la chaleur perdue et captage de l’énergie. De nouveaux matériaux thermoélectriques sont en cours de développement pour la récupération de la chaleur perdue des secteurs industriels aux secteurs résidentiels, avec des avancées récentes dans les halogénures métalliques multi-aires, les matériaux topologiques en 2D et autres xènes, ou les nanomatériaux quantiques confinés menant à des solutions plus efficaces et rentables, également liées aux nouvelles générations de générateurs thermoélectriques et de supercondensateurs. Les tendances de recherche prometteuses incluent la captation de l’énergie de l’humidité ambiante, des vibrations mécaniques, de la chaleur ambiante ou de la lumière intérieure

4. Carburants et produits chimiques renouvelables

— Conversion d’énergie solaire en carburants et produits chimiques pilotée par la biotechnologie. Les usines de cellules solaires sont des microorganismes unicellulaires (cyanobactéries, microalgues) qui convertissent directement la lumière du soleil, l’eau et le CO2 en carburant ou en produit chimique. Ces derniers sont excrétés par la cellule et peuvent être récoltés. Le génie génétique permet une large gamme de produits possibles, allant de l’hydrogène aux carburants synthétiques ou aux produits pharmaceutiques

Photo de Dexter Fernandes

— Capture directe du carbone et conversion. Le dioxyde de carbone est une ressource clé dans la production de carburants et de produits chimiques synthétiques. Cependant, son processus de capture est énergivore. Une approche très novatrice consiste à capturer le carbone avec des matériaux avancés et à le convertir dans le même processus en carburant ou en produit chimique. En intégrant la capture et la conversion, le processus devient considérablement plus économe en énergie

— Circularité totale avec les déchets comme ressource pour les carburants et produits chimiques renouvelables. L’eau, le dioxyde de carbone et l’azote sont les principales ressources nécessaires à la production de carburants et de produits chimiques synthétiques. Lors de la montée en échelle au niveau mondial, il est nécessaire de s’assurer que leur approvisionnement est entièrement durable. De nouvelles approches visent à transformer les déchets, tels que les eaux usées ou les gaz de combustion, en une ressource précieuse remplaçant, par exemple, le besoin d’eau potable ultrapure

5. Transport et mobilité

— Systèmes de transport de masse à grande vitesse intelligents ou autonomes. Le secteur de la mobilité connaît des changements transformationnels et entre dans une nouvelle ère d’innovation en matière de transports en commun autonomes et d’autres solutions intelligentes de transport public avec le potentiel de remplacer les véhicules individuels traditionnels par des solutions de covoiturage partagé, par exemple. Les développements au stade précoce peuvent être mis en avant pour des solutions collectives ultra-rapides de “dernier kilomètre” avec des services à la demande, et de nouveaux modèles d’intégration de l’efficacité énergétique entre les transports en masse à grande vitesse et les réseaux urbains intelligents.

— Systèmes de sécurité routière de nouvelle génération. Avec la complexité et la dynamique croissantes des systèmes de circulation, le risque d’accidents augmente. Des systèmes de sécurité routière de nouvelle génération sont nécessaires pour protéger le bien-être des citadins et des habitants. Les technologies émergentes qui font sensation dans ce domaine incluent des modèles de prédiction de la sécurité des cyclistes, un éclairage routier luminescent alimenté par l’énergie solaire et des systèmes avancés d’aide à la conduite pour une mobilité douce et individuelle

Santé

1. Imagerie médicale

— L’imagerie par résonance magnétique (IRM) métabolique. L’IRM métabolique est une technique non-invasive permettant d’acquérir des images et des informations métaboliques du corps humain. Son développement et son application ultérieure permettront d’évaluer un éventail de conditions cliniques où les processus métaboliques sont essentiels au diagnostic. La capacité d’imager le développement cellulaire au sein de groupes en développement est susceptible d’améliorer ou de remplacer les techniques d’imagerie anatomique plus traditionnelles utilisant l’IRM et d’autres techniques

— Ultrasons ultra-sensibles pour le traitement et l’imagerie. L’utilisation d’ondes ultrasonores focalisées pour cibler des structures telles que le cerveau pourrait devenir une alternative non invasive à la chirurgie. Les premières indications suggèrent qu’elle pourrait présenter certains avantages significatifs par rapport à d’autres techniques non invasives en permettant d’atteindre des cibles plus profondes sans affecter les tissus non ciblés

2. Dispositifs médicaux

— Chirurgie assistée par robot super-humain. La prise de décision contrôlée par des robots grâce à l’IA, qui va au-delà de l’exécution simple des procédures assistées par robot, devient maintenant réalisable. Cette connaissance et cette capacité peuvent également être utilisées en dehors de la salle d’opération pour réaliser une automatisation sans précédent avec des architectures robotiques concevant et exécutant de manière autonome des expériences complètes avec précision

— Dispositifs implantables ultra-petits et efficaces. Le développement de dispositifs connectés compatibles avec le corps à l’échelle nano-/micrométrique, alimentés de manière autonome en utilisant l’énergie métabolique, par exemple, pourrait prendre en charge diverses fonctions, notamment la communication, le mouvement, etc. De tels dispositifs implantables pourraient également être utilisés pour permettre la distribution ciblée de charges microlitres d’agents thérapeutiques dans le corps

Photo de PhotoMIX Company

3. Biotechnologies thérapeutiques

— Expansion des thérapies à base d’ARN messagers (ARNm). La production d’ARN pour des thérapies dépend de méthodes coûteuses de transcription in vitro. Des approches alternatives pour la production, l’isolation et la purification d’ARNm à haute pureté et stabilité à un coût significativement réduit pourraient jouer un rôle important dans l’accélération de l’utilisation des thérapies à base d’ARN

— Biomarqueurs de biopsie liquide en tant que diagnostics d’accompagnement pour guider le traitement. Les méthodes non-invasives telles que les biopsies liquides offrent une approche plus facile pour prélever des échantillons, surveiller et concevoir un traitement ciblé. Les approches de prélèvement et d’analyse d’échantillons continuent d’évoluer et offrent des perspectives prometteuses pour un traitement plus personnalisé

— Systèmes de délivrance de médicaments à base d’exosomes. Les exosomes sont de petites vésicules extracellulaires utilisées par les cellules pour communiquer entre elles. Les exploiter pourrait permettre leur utilisation en tant que systèmes de délivrance de médicaments pour de petites molécules, de l’ADN, de l’ARN et d’autres charges biologiques pour la délivrance ciblée de thérapies pour diverses maladies, y compris le cancer.

4. Biotechnologies de modélisation des maladies

— Réseaux spatiaux et fonctionnels en omique. Les omiques spatiales couvrent un large éventail d’approches spatiales, notamment basées sur le séquençage, les transcrits, les protéines et la métabolomique spatiale. Comprendre la base moléculaire des maladies complexes offre de nouvelles opportunités pour le développement de thérapies, notamment dans le traitement du cancer.

— Production de tissus dérivés du patient ou personnalisation de la production d’organes.  L’autoassemblage in vitro de structures cellulaires tridimensionnelles à partir de tissus dérivés du patient pourrait permettre le développement d’organes biocompatibles à moindre coût, sans nécessité de médicaments immunosuppresseurs. La technologie sous-jacente pourrait également être utilisée pour produire des microtumeurs tridimensionnelles vivantes cultivées dans un gel, qui, combinées à des cellules immunitaires et à des fibroblastes, modélisent le microenvironnement du cancer, permettant des applications en immunothérapie oncologique

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© Photo de Anete Lusina: https://www.pexels.com/fr-fr/photo/femme-meconnaissable-demontrant-ampoule-dans-les-mains-4792509/