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H/F Doctorant.e Développement de méthodes de microscopie électronique pour la caractérisation des membranes organiques et des mécanismes clés de filtration des biomolécules - M/F

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Informations générales

Référence : UMR6502-PHIMOR-002
Lieu de travail : NANTES
Date de publication : mardi 14 mai 2019
Nom du responsable scientifique : Philippe Moreau
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Les microalgues constituent une nouvelle ressource intéressante dans des secteurs aussi variés que la nutrition, les cosmétiques, la pharmacie, la chimie verte et l'énergie. La bioraffinerie de ces microalgues offre en effet des possibilités de substitution des matières premières traditionnelles par des biomolécules (protéines, glucides, lipides et pigments). En utilisant la filtration sur membrane, les composés produits par les microalgues peuvent être récupérés, le principal défi technique étant le colmatage de la membrane (c'est-à-dire l'accumulation de biomolécules à la surface et le blocage des pores de la membrane), qui a un impact considérable sur les performances. Une compréhension du comportement des molécules cibles à l'échelle nanométrique au cours du processus de séparation contribuerait au développement de nouvelles membranes et à l'optimisation des contions opératoires permettant d'éviter l'encrassement du support poreux.
Pour ce faire, des techniques modernes d'imagerie et de spectroscopie dans un microscope électronique seront utilisées pour révéler la structure, la composition chimique et la fonctionnalité des matériaux à l'échelle (sub) nanométrique. Des méthodes de traitement avancées combinées aux tout derniers microscopes électroniques ouvrent la porte à la recherche sur la pénétration de biomolécules dans des milieux poreux (membranes) afin de guider le développement de membranes polymères et de processus de séparation et d'isolement de biomolécules. Un défi majeur est que les lipides, les protéines et les matériaux polymères sont très sensibles à l'effet du faisceau d'électrons et sont facilement endommagées. Pour résoudre ce problème, nous allons combiner une nouvelle instrumentation et de nouvelles méthodes afin de minimiser l'exposition et de maximiser les informations recueillies par le microscope électronique. En particulier, des instruments de haut niveau tels que de nouveaux systèmes de monochromation combinés à une détection directe des électrons seront appliqués. Des méthodes d'acquisition à faible dose, différentes méthodes de préparation des échantillons, ainsi que des techniques avancées de traitement des données seront utilisées. Un des principaux objectifs de ce projet est de développer de nouveaux outils d'analyse et d'imagerie à l'échelle nanométrique, permettant d'étudier l'interface biomolécule-membrane au niveau moléculaire.
Pour mener à bien ce projet, le candidat retenu utilisera des outils d'imagerie et de microscopie électronique analytique uniques. Un FIB nouvellement acquis (ZEISS Crossbeam 550L) avec EDX et une option cryogénique servira à l'imagerie 3D des membranes ainsi qu'à la préparation de la lamelle à analyser au microscope électronique en transmission. Le Nant'Themis (S) TEM (Themis Z G3 de Thermo Fisher Scientific) offre également la possibilité de refroidir à -196oC, des détecteurs très sensibles (détection directe des électrons). Le doctorant utilisera ce microscope électronique de pointe à l'IMN pour créer une image en 3D (à l'échelle nanométrique) et analyser par spectroscopie ces membranes propres et colmatées dans diverses conditions à l'aide d'échantillons produits et caractérisés au GEPEA.
Ce projet implique une nouvelle collaboration entre le GEPEA (E. Couallier) et l'IMN (P. Abellan, P. Moreau). La production d'extraits de microalgues (lots de 100L de culture de parachlorella kessleri concentrés, broyés et centrifugés), des tests de filtration avec différentes membranes sur des pilotes à l'échelle du laboratoire (en filtration tangentielle ou dynamique) seront effectués au GEPEA dans le cadre de projets menés en parallèle. Des solutions modèles, représentatives d'extraits de microalgues de complexité croissante, seront également formulées et filtrées pour aider à la compréhension du colmatage de la membrane. Les performances du procédé (flux, rétention et facilité de nettoyage) seront caractérisées. Des mesures d'angle de contact permettront d'évaluer la modification de l'hydrophilicité de la membrane due à l'accumulation de biomolécules. Une caractérisation globale de l'encrassement par ATR-FTIR sera également effectuée. Les échantillons de membrane obtenus seront envoyés au candidat retenu pour une analyse en profondeur par microscopie électronique.
Le doctorant sera co-encadré par les membres du GEPEA et de l'IMN. Il est prévu qu'il assiste aux réunions hebdomadaires du groupe de microscopie électronique à l'IMN et entretienne une interaction forte, notamment en assistant aux réunions programmées avec le GEPEA.

Contexte de travail

Cette thèse est financée dans le cadre d'un contrat NExT Junior Talent « Examen des interfaces de matériaux fonctionnels et hybrides à l'échelle (sub) nanométrique - Combler le fossé entre la structure et les propriétés à l'aide de la microscopie électronique avancée » (e -– BRIDGE) à compter du 9 septembre 2019. L'Université de Nantes, à travers la création de son I-SITE «NExT» (Nantes Excellence Trajectory), a ouvert une voie innovante pour la recherche, la formation et le transfert de technologie sur deux axes principaux: la santé de demain et l'industrie de demain. Ce travail de thèse s'inscrit dans le développement d'applications industrielles futures dans les domaines de l'alimentation, la nutrition et la santé. Dans le cadre du projet e -– BRIDGE, l'étudiant fera partie d'un groupe de haut niveau en microscopie électronique, visant à élucider la structure et la composition des matériaux jusqu'à l'échelle atomique, en utilisant les outils de pointe nouvellement acquis dans les Pays de la Loire. .
Le laboratoire hôte est l'Institut des matériaux Jean Rouxel (IMN), à Nantes, qui est une unité mixte de recherche entre le CNRS et l'Université de Nantes (UMR6502). L'IMN est composé de plus de 200 personnes, dont 120 permanents et environ 70 doctorants et post-doctorants. Le doctorant bénéficiera de l'interaction avec de nombreux collègues travaillant dans de nombreux domaines des sciences des matériaux grâce à des expériences utilisant une multitude de techniques de caractérisation avancées et à des simulations.
Le doctorant sera co-dirigé et devra avoir des réunions et des interactions régulières avec le Laboratoire de Génie des Procédés pour l'Environnement et l'Agroalimentaire (GEPEA), situé à Saint-Nazaire, qui est une unité mixte de recherche (UMR CNRS 6144) entre le CNRS, l'Université de Nantes, l'IMT Atlantique et ONIRIS. Le GEPEA, qui compte 180 personnes, est aujourd'hui l'un des trois principaux centres français d'ingénierie des procédés jouissant d'une réputation nationale et internationale. Le GEPEA et plus particulièrement l'équipe «Bioprocédés appliqués aux microalgues» sont bien connus pour la culture de microalgues, avec une forte activité sur le développement du bioraffinage de ces ressources. Les chercheurs et les étudiants participent au développement de nouveaux projets industriels grâce à des équipements innovants tels que la plate-forme AlgoSolis pour la valorisation des microalgues (photobioréacteurs à l'échelle pilote et semi-industrielle, en serre et en plein air pour la production de biomasse en conditions contrôlées et des unités adaptées en aval pour la récolte des cellules et le fractionnement des biomolécules).
Les deux laboratoires sont situés dans la région nantaise, les transports en commun permettant de les rejoindre facilement.
Le doctorant appartiendra à l'école doctorale 3M (Matériaux Matières Molécules).
Les travaux de l''IMN seront entrepris au sein de l'équipe de physique des matériaux et nanostructures (PMN).
Le doctorant sera supervisé par les responsables scientifiques du projet.

Contraintes et risques

Pas de contraintes ni de risques spécifiques

Informations complémentaires

Vous possédez (ou êtes sur le point de recevoir) un Master 2 ou équivalent avec une formation en chimie, science des matériaux, microscopie électronique en transmission, sciences physiques ou une expérience proche.
Vous êtes enthousiaste et fortement intéressé par la réalisation de travaux expérimentaux précis à l'aide d'équipements avancés, de plans expérimentaux et de méthodes de traitement de données.
Vous souhaitez vous investir sur un projet interdisciplinaire présentant des avantages potentiels pour l'industrie.
Vous êtes soucieux de la qualité, consciencieux, créatif et coopératif, avec un goût prononcé pour la rigueur scientifique.
Vous êtes capable de communiquer avec différents publics et avez un haut niveau d'anglais.
Une certaine expérience en laboratoire est nécessaire en raison des développements méthodologiques expérimentaux attendus. Une expérience du traitement de données et du travail statistique serait appréciée. Une expérience dans les domaines de la spectroscopie, de la chimie analytique, des interactions faisceau-matière ou de la microscopie serait également appréciée.

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