Missions

Préparés à partir de peaux animales, les parchemins sont constitués essentiellement de fibres de collagène et sont sensibles à divers facteurs d’altération, principalement l’eau (hydrolyse) et la chaleur (oxydation). Un défi crucial pour définir des traitements ou des conditions de conservation adaptées est de déterminer l’état de conservation du collagène de manière non invasive et ainsi prévenir une dégradation irrémédiable du parchemin, la gélatinisation. Le but de ce projet est de mesurer et caractériser les modifications physico-chimiques et morphologiques du collagène en fonction des conditions de température et d’humidité et de comprendre leurs origines.
Notre approche est basée sur la microscopie optique non-linéaire (NLO), également appelée microscopie multiphoton, technique non invasive à l’échelle micrométrique pour caractériser l’état de conservation du collagène sous forme fibrillaire. Un avantage essentiel de la microscopie NLO est de pouvoir combiner différents modes de contraste intrinsèques qui dépendent de la structure et de la nature chimique des matériaux : la fluorescence excitée à deux photons (two-photon excited fluorescence, 2PEF), émise par un grand nombre de matériaux comportant des fluorophores, et la génération de second harmonique (second harmonic generation, SHG), spécifique des structures non-centrosymétriques, comme le collagène fibrillaire [1]. Des recherches menées en collaboration entre le LOB et le CRC ont ainsi montré que la microscopie NLO présente l’avantage majeur d’être sensible à l’altération du collagène, offrant une alternative non invasive pour évaluer son état de conservation dans les matériaux à base de peau [2]. Un fort signal SHG, caractéristique du collagène intact, est obtenu sur les zones préservées des parchemins, tandis que ce signal diminue et peut même disparaître au profit d’un signal de fluorescence dans les zones altérées. Une première métrique est ainsi basée sur le ratio des signaux de fluorescence et de SHG. Par ailleurs, l’analyse polarimétrique des signaux SHG, qui est une sonde du désordre local à l’échelle submicrométrique, c’est-à-dire à l’échelle des fibrilles de collagène, montre une sensibilité aux premiers stades de dégradation des parchemins [3,4].
En parallèle, des techniques d’analyse infrarouge multi-échelle apportent un suivi des altérations du point de de vue chimique. Des expériences préliminaires en collaboration avec l’ICP, ont montré que les processus chimiques à l’origine des modifications des signaux NLO ont lieu à l’échelle de la fibrille de collagène (diamètre inférieur à 100 nm) [2]. L’exploration de ces modifications chimiques a été effectuée par nanospectroscopie Infrarouge (IR), grâce à la technique AFMIR qui couple la microscopie à force atomique (AFM) avec la spectroscopie IR [5]. Ceci a permis de discriminer les zones bien conservées des zones dégradées qui présentent un élargissement de la bande amide I, bande d’absorption IR caractéristique de la famille des protéines et donc ici du collagène et l’apparition d’un bande carbonyle conjointement à l’apparition du signal de fluorescence [2].
L’enjeu principal de ce projet est de faire le lien à la fois entre les différentes échelles sondées (du nanomètre au micromètre) et les différents signaux physico-chimiques issus du collagène dans les parchemins. La recherche sera menée sur des parchemins modernes et anciens vieillis artificiellement en laboratoire qui seront analysés sous forme intègre ou de fibres individuelles. Les objectifs de ce projet sont les suivants :
1. d’identifier pour chaque condition d’altération (hydrolyse, oxydation) les caractéristiques physico-chimiques associées : diminution du signal SHG, augmentation du signal de fluorescence, désordre local des fibrilles de collagène constituant les fibres, modification des signatures IR,
2. d’interpréter plus finement l’origine physico-chimique de ces signaux (NLO et IR) à l’échelle d’une fibre isolée au cours de l’altération. Cette analyse à l’échelle de la fibre est essentielle, car l’ensemble des caractéristiques physico-chimiques accessibles par les techniques proposées trouvent leur origine à l’échelle fibrillaire et moléculaire

[1] S. Bancelin et al., Nature Communications (2014) - https://doi.org/10.1038/ncomms5920
[2] G. Latour et al., Scientific Reports (2016) - https://doi.org/10.1038/srep26344
[3] M. Schmeltz et al., Science Advances (2021) - https://doi.org/10.1126/sciadv.abg1090
[4] G. Galante et al., APL Photonics (2025) - https://doi.org/10.1063/5.0250484
[5] J. Mathurin et al., Journal of. Applied Physics (2022) - https://doi.org/10.1063/5.0063902

Activités

- Imagerie des parchemins par microscopie optique non-linéaire (fluorescence excitée à deux photos et génération de second harmonique)
- Utilisation de la modalité de polarimétrie des signaux SHG sur le collagène
- Acquisition de données AFMIR (microscopie AFM couplée à la spectroscopie infrarouge)
- Vieillissement artificiel de parchemins dans des enceintes contrôlés en chaleur et humidité
- Traitement des données et corrélation des informations multi-échelle et multi-modale

Compétences

La ou le candidat·e aura un doctorat en physique et plus particulièrement en optique, traitement des données ou analyses physico-chimiques. La personne devra être à l’aise avec l’optique expérimentale, la compréhension des techniques de microscopie et de l’interaction lumière-matière. Des connaissances en programmation et en traitement d’images seront également appréciées afin de pouvoir extraire des informations quantitatives à partir des images obtenues. Des compétences en physico-chimie et microscopie AFM seront un atout. Un intérêt pour les sciences du patrimoine et une aptitude à travailler dans un environnement très interdisciplinaire seront également indispensables.

Contexte de travail

Le projet post-doctoral se déroulera principalement au Laboratoire d’Optique et Biosciences (LOB, site de l'Ecole Polytechnique, Palaiseau) sous la responsabilité de Gaël Latour et Marie-Claire Schanne-Klein. La personne sera intégrée dans le pôle de microscopies avancées et pourra bénéficier de ses expertises et de ses installations de biophotonique (microscopes, laboratoire de biologie, logiciel de traitement d’images). Plus d’informations : https://lob.ip-paris.fr/recherche/advanced-microscopies-and-tissue-physiology
L'Ecole Polytechnique est située sur le plateau de Saclay et est facilement accessible en transport depuis Paris. Le campus offre un cadre de vie agréable, avec de nombreuses activités (sport, culture, associations). Plus d'informations : https://www.ip-paris.fr.
Des déplacements réguliers sont à prévoir au Centre de Recherche sur la Conservation (CRC, site du Museum National d’Histoire Naturelle de Paris, Laurianne Robinet) pour des analyses complémentaires en microscopie optique non-linéaire et à l’Institut de Chimie Physique (Orsay, Ariane Deniset et Jérémie Mathurin) et au Laboratoire Institut photonique d'analyse non-destructive européen des matériaux anciens (IPANEMA, Saint-Aubin, Mathieu Thoury) pour la spectroscopie infrarouge.

Contraintes et risques

La ou le candidat·e travaillera sur des lasers de classe IV et recevra une formation et un suivi approprié.
Des déplacements réguliers sont à prévoir au Centre de Recherche sur la Conservation (site du Museum National d’Histoire Naturelle de Paris), à l’Institut de Chimie Physique (Orsay) et au Laboratoire Institut photonique d'analyse non-destructive européen des matériaux anciens (Saint-Aubin).