Description du sujet de thèse

La thèse s’inscrit dans la cadre du projet pluridisciplinaire RAMURe sur les réponses adaptative et évolutive des microalgues à une ultrabasse radioactivité au Laboratoire Souterrain de Modane (RAMURe). Porté par le LPCA (Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne) et le Laboratoire de Géographie Physique et Environnementale (GEOLAB) en collaboration avec 2 laboratoires de biologie, il a pour objet d’enrichir nos connaissances sur l'impact à long terme de la radioactivité naturelle sur les organismes vivants, en particulier ceux habitant les écosystèmes aquatiques. S’ils ont développé au cours de l’histoire de la terre une résistance aux rayonnements ionisants, il reste à déterminer s'ils se sont totalement adaptés à ce rayonnement ou s'ils continuent d'être influencés par ce stress.

Le projet RAMURe vise à étudier la réponse de trois espèces de diatomées, sentinelles de l’environnement, et de deux espèces de cyanobactéries à une radioactivité 10 à 100 fois inférieure à la radioactivité naturelle à la surface. Des expériences biologiques menées sur des populations bactériennes en laboratoire souterrain ont montré que la réduction des niveaux de rayonnement entraîne diverses conséquences physiologiques, telles que l'inhibition de la croissance et une sensibilité accrue aux mutagènes chimiques. Le projet RAMURe se concentre sur la capacité d'adaptation des cyanobactéries et des diatomées au stress radioactif, en mesurant des paramètres tels que le taux de croissance, la taille, le volume, la capacité photosynthétique, la teneur en pigments et en lipides, ainsi que les contraintes oxydantes et antioxydantes.

Une clef essentielle de l’interprétation des résultats repose sur une très bonne maîtrise des sources de rayonnement naturel auxquels les microorganismes sont exposés au cours de l’expérience. Les logiciels de simulation Monte-Carlo GATE et Geant4-DNA sont des outils de référence pour une évaluation précise des doses reçues à l’échelle micrométrique et des dommages induits à l’échelle nanométrique. Des expériences biologiques sur la conservation à long terme de cellules cryogénisées conduites au LSM constituent en plus une source d’information précieuse pour la validation du code Geant4-DNA.

Le travail de thèse comporte donc trois volets : une validation du code Monte-Carlo Geant4-DNA sur les données d’expérience de conservation à long terme de cellules cryogénisées au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM), une participation à la préparation, au déploiement et à l’interprétation des expériences du projet RAMURe couplée à une modélisation des doses absorbées et des dommages au génome des microorganismes au cours de ces expériences.

Contexte de travail

Le travail s'inscrit au sein du pôle Santé - Environnement du LPCA (Laboratoire de Physique de Clermont Auvergne), Unité Mixte de Recherche sous la double tutelle de l’Université Clermont Auvergne et du Centre National de la Recherche Scientifique (Institut National de Physique Nucléiare et de Physique des Particules). Les activités de recherche fondamentale du LPCA traitent des ″deux infinis″, l’infiniment petit et l’infiniment grand, des constituants les plus élémentaires de la matière à la cosmologie. Des activités pluridisciplinaires exploitent les retombées de ces recherches fondamentales ou les méthodes et technologies utilisées. Le Pôle Santé - Environnement rassemble environ un tiers des ressources humaines du LPCA. Ses membres sont co-auteurs de plus de 100 publications à comité de lecture de 2019 à 2024. Ses activités scientifiques se construisent sur 4 piliers : l'expérimentation, l'instrumentation, la science ouverte et la modélisation. Vincent Breton et Lydia Maigne ont l’expérience d’avoir porté ensemble un programme d’évolution expérimentale au Laboratoire Souterrain de Modane de 2012 à 2017 sur lequel ils ont encadré un doctorant qui a partagé son activité entre la simulation et la conduite des expériences. Le LSM a été creusé au début des années 1980 au milieu du tunnel routier du Fréjus. Il est le site scientifique le plus profond en Europe, et a été conçu pour la recherche fondamentale. Il profite des 1700 m de roche qui le séparent des sommets pour l'abriter des rayons cosmiques.

Contraintes et risques

Le doctorat requiert des missions régulières – une fois par mois - au Laboratoire Souterrain de Modane en appui des expériences menées par les équipes de biologistes partenaires du projet. La possession d'un permis de conduire (permis B) est une très grande valeur ajoutée pour ces déplacements.
Une formation spécifique hygiène et sécurité sera proposée au début du doctorat sur les contraintes et risques liés à la conduite d’expériences en laboratoire souterrain.
La compétence principale attendue est une très bonne connaissance de logiciels de simulation Monte-Carlo de l’interaction entre rayonnement et matière, de préférence GATE, Geant4 et/ou Geant4-DNA. En complément, un fort intérêt pour l’expérimentation, une véritable curiosité pour la biologie et une capacité à travailler de façon autonome sont des qualités qui seront appréciées dans l’évaluation des candidatures.