CDD DOCTORANT: Microfluidique methods pour l'analyse des capacités de nucléation de la glace des particules atmosphériques (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Résumé :
Les océans couvrent plus des deux tiers de la surface terrestre et dominent largement l’hémisphère Sud. L’atmosphère marine constitue ainsi une composante essentielle du système climatique. Les aérosols marins, émis par l’action des vagues sous forme de gouttelettes produites lors de l’éclatement des bulles à l’interface air–mer, persistent dans l’atmosphère sous forme de particules de spray marin (Sea Spray Aerosols, SSA). Ces particules influencent le climat à la fois directement, en interagissant avec le rayonnement solaire, et indirectement, en agissant comme noyaux de condensation des nuages (CCN) et comme noyaux glaçogènes (Ice Nucleating Particles, INP).
La phase des nuages (liquide, mixte ou glacée) contrôle fortement leurs propriétés radiatives, leur durée de vie et leur capacité à produire des précipitations. Pourtant, la formation de cristaux de glace par nucléation hétérogène demeure l’une des principales sources d’incertitude des modèles climatiques, en particulier aux températures relativement chaudes (0 à –20 °C), où les concentrations en INP sont très faibles et difficiles à quantifier. Cette problématique est particulièrement importante dans l’océan Austral, une région clé pour le bilan radiatif global et dont les nuages sont encore mal représentés dans les modèles climatiques. Les instruments actuellement disponibles présentent des limitations majeures. Les méthodes en ligne sont principalement adaptées aux températures inférieures à –15 °C, tandis que les méthodes hors ligne nécessitent la collecte, le stockage et le transport des échantillons, ce qui peut engendrer des artefacts importants.
L’objectif général de cette thèse est d’étudier les liens entre la biogéochimie marine et la formation de noyaux glaçogènes dans l’océan Austral. Pour atteindre cet objectif, le projet s’appuiera sur le développement puis le déploiement d’un instrument fondé sur des techniques microfluidiques, une détection optique automatisée et un contrôle précis de la température (0 à –35 °C). Cet instrument miniaturisé et transportable permettra de quantifier les noyaux glaçogènes présents dans l’eau de mer et, à terme, dans les aérosols marins générés à bord des navires de recherche.
Le travail doctoral s’articulera autour de deux volets complémentaires.
Le premier volet portera sur la finalisation du développement, la validation d’un prototype existant et son optimisation pour la problématique des INP d’origine biologique attendus à de très faibles concentrations dans l’Océan Austral. Des échantillons collectés lors des campagnes océanographiques menées dans l’océan Austral à partir de 2027, notamment dans le cadre du programme MISO2 (R/ Investigator, Océan Pacifique Sud) pourront être utilisés pour tester la technique microfluidique en laboratoire en parallèle des techniques existantes. En termes de développement instrumental, notre objectif est d’aller plus loin et d’explorer comment de nouvelles variables peuvent être mesurées à l’aide de dispositifs microfluidiques, soit par la fonctionnalisation de la puce microfluidique, soit par l’intégration de méthodes de détection complémentaires (par exemple la fluorescence), afin de mieux caractériser la contribution des composés biologiques aux propriétés glaçogènes observées.
Le second volet de la thèse consistera à appliquer cet instrument à la mesure d’INP, et potentiellement d’indicateurs biologiques, directement à bord de navires de recherche et d’obtenir une première identification des facteurs biogéochimiques contrôlant la présence d’INP dans l’eau de mer et leur variabilité spatiale. L’ambition est de déployer l’instrument lors de la campagne ASOLAS qui aura lieu en 2028 à bord du R/V PolarStern dans la mer de Weddell (initiative Antarctic-InSYNC).
Ce projet repose sur une collaboration hautement interdisciplinaire entre le Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP), qui apporte son expertise en chimie atmosphérique, dans les interactions aérosols–nuages et dans les mesures de nucléation glacée ; l’institut FEMTO-ST, spécialisé dans les technologies microfluidiques ; et la DT-INSU, qui contribue par son expertise en conception et en ingénierie d’instruments scientifiques.

Objectives scientifiques:
• Comment les propriétés biogéochimiques océaniques influencent-elles les concentrations de noyaux glaçogènes dans l’eau de mer ?
• Quels sont les mécanismes contrôlant le transfert de ces noyaux glaçogènes vers l’atmosphère ?
• Comment les technologies microfluidiques peuvent-elles être adaptées au développement d’instruments autonomes pour les mesures atmosphériques ?
• Comment automatiser la détection et la caractérisation des événements de nucléation de la glace pour des concentrations extrêmement faibles ?
• Ces approches peuvent-elles être étendues à la caractérisation d’autres propriétés pertinentes pour le climat, les aérosols ou l’écologie marine ?

Compétences attendues de doctorant :
• Les candidates et candidats devront être titulaires d'un Master (ou diplôme équivalent) en sciences de l'atmosphère, sciences de l'environnement, physique, ingénierie ou dans une discipline connexe.
• Considérant que ce projet à forte composante expérimentale conviendra particulièrement à une candidate ou un candidat intéressé par le développement instrumental, les mesures environnementales et le déploiement de nouveaux capteurs lors de campagnes de terrain dans des environnements exigeants.
• Idéalement les candidats devraient avoir une base en ingénierie (mécanique, électronique/instrumentation, thermique, microtechnique...).
• Avoir des compétences en microfluidique et micro-fabrication sera un plus

Votre Environnement de Travail

Le doctorant ou la doctorante sera accueilli(e) au Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP), une unité mixte de recherche (UMR 6016 CNRS – Université Clermont Auvergne) située sur le campus des Cézeaux à Aubière, dans l'agglomération clermontoise. Le laboratoire compte environ une centaine de personnels permanents (chercheurs, enseignants-chercheurs, ingénieurs, techniciens et personnels administratifs), auxquels s'ajoutent des doctorants, post-doctorants et stagiaires. Les recherches menées au LaMP portent sur la physique et la chimie de l'atmosphère, les interactions aérosols–nuages–climat, la télédétection atmosphérique, ainsi que les échanges entre la surface et l'atmosphère. Le doctorant ou la doctorante sera intégré(e) à l'équipe de recherche spécialisée dans les propriétés physiques et chimiques des aérosols atmosphériques et leurs interactions avec les nuages. Il ou elle travaillera sous la direction de Evelyn FRENEY et Karine SELLEGRI.
Cette thèse sera réalisée en co-encadrement avec l'institut FEMTO-ST (Besançon), spécialisé dans les technologies microfluidiques, sous la direction de Jean-François Manceau et Frank Chollet. Le doctorant ou la doctorante effectuera des séjours réguliers à Besançon afin de se former aux techniques de microfluidique, à la conception et à la fabrication de dispositifs microfluidiques, ainsi qu'au développement de nouvelles puces adaptées aux besoins du projet.

Le projet sera réalisé dans un environnement fortement interdisciplinaire, en collaboration étroite avec l'institut FEMTO-ST, spécialisé dans les technologies microfluidiques, et la DT-INSU, experte en conception et développement d'instrumentation scientifique.

Contraintes et risques

Aucun risque particulier autre que ceux liés au travail sur écran et à l'utilisation d'équipements informatiques n'est identifié.

Rémunération et avantages

Rémunération

2300,00 € brut mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

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