Description du sujet de thèse

Dans son ensemble, ce projet vise à développer un microanalyseur portable dédié à l’analyse de Composés Organiques Volatils (COVs) Biogéniques dans l’air. Ce microanalyseur sera composé de deux modules complémentaires pour mesurer les espèces non-solubles (apolaires) et les espèces solubles dans l’eau (polaires). Le premier module sera un chromatographe en phase gazeuse miniaturisé (μGC), intégrant un micro-préconcentrateur rempli avec un adsorbant spécifique et un ensemble de microdétecteurs (Détecteur à Photoionisation (PID), Détecteur à Photoionisation à décharge (DPID), etc.). Le second module fonctionnera quant à lui en trois étapes : le piégeage des COVs biogéniques solubles dans une solution aqueuse comprenant un ou plusieurs pro-fluorophores, la réaction sélective entre le pro-fluorophore et les molécules ciblées, et la détection par fluorescence des produits de la réaction.

Dans le cadre de cette thèse et en collaboration avec plusieurs partenaires académiques et industriels, il s’agira de participer activement à : i) la conception et à la fabrication d'un microdétecteur à photoionisation à décharge (μDPID) puis du μGC dans son ensemble ; ii) l’adaptation du second module (déjà utilisé pour l’analyse du formaldéhyde) pour l’analyse des COVs biogéniques solubles. Le doctorant ou la doctorante aura également la charge de fabriquer des moyens de calibration (tubes à perméation) en phase gazeuse pour les molécules ciblées via une méthodologie développée à l’ICPEES. Il s’agira enfin d’évaluer les performances analytiques des deux modules du microanalyseur dans des conditions contrôlées de laboratoire puis lors de campagnes de terrain.

Contexte de travail

Contexte laboratoire

L’équipe de Chimie Analytique et Matériaux pour l'Environnement et la Santé développe des méthodes analytiques pour la détection de molécules organiques essentiellement dans l’air mais aussi dans les autres matrices environnementales (eau, sols). Les activités de l’équipe se structurent autour de 3 axes de recherches :
Axe 1 : Méthodes analytiques on-line via des dispositifs microfluidiques pour la quantification de polluants de l'air
Axe 2 : Méthodes d'analyse off-line via des techniques chromatographiques
Axe 3 : Etude de l'adsorption de molécules organiques sur des matériaux variés

Ce projet de recherche s’inscrit principalement dans le cadre de l’axe 1. Les méthodes on-line couplent le prélèvement, la séparation des espèces ou une réaction de dérivation sélective ainsi que la détection en temps quasi-réelle. La microfluidique permet d’obtenir des dispositifs compacts et portables.

Contexte projet

Cette thèse sera financée dans le cadre du projet européen senseApest coordonné par Stéphane Le Calvé (ICPEES, directeur de la thèse) et regroupant 11 partenaires européens (9 académiques et 2 industriels).
Le résumé du projet senseApest est présenté ci-dessous.

Le processus actuel d'inspection des plantes nécessite beaucoup de main-d'œuvre en raison des évaluations visuelles, du faible débit de détection et de la nécessité d'un échantillonnage physique pour les kits de détection à base de molécules ou d'anticorps. Le projet senseApest relèvera ces défis en contrôlant systématiquement et efficacement le matériel végétal importé à l'aide d'une unité de détection portable (PDU) non invasive, basée sur les émissions de composés organiques volatils (COVs).

Les plantes libèrent des COVs en réponse aux attaques de ravageurs, tandis que ces derniers émettent leurs propres COVs. Dans le projet senseApest, nous proposons d'exploiter ces biomarqueurs (COVs biogéniques) pour développer un PDU équipé de plusieurs systèmes de détection de COVs, d'un algorithme et d'une base de données. Le PDU permettra un dépistage rapide (inférieur à 15 min), non invasif et non destructif du matériel végétal importé pour détecter les parasites dangereux.

Le projet met l'accent sur la haute précision, la convivialité, l'efficacité en termes de coûts et de temps, et la portabilité dans la conception du PDU. Deux modules analytiques seront développés pour détecter une large gamme de COV, ajoutant une couche de spécificité pour élargir le spectre des parasites détectables. Des composants miniaturisés seront intégrés dans le PDU, ce qui garantira des performances analytiques élevées tout en maintenant la portabilité.

Le PDU sera validé dans des environnements opérationnels (TRL7). Les données collectées permettront d'entraîner un algorithme à reconnaître les biomarqueurs COV spécifiques aux nuisibles, améliorant ainsi la précision et l'applicabilité du diagnostic.

Le projet vise à réduire les faux positifs et les faux négatifs dans le diagnostic des nuisibles tout en fournissant une méthode qui privilégie l'efficacité en termes de temps d'analyse et de coût unitaire. En fin de compte, le PDU est destiné à être un outil rentable, convivial, adaptable et efficace pour les inspecteurs phytosanitaires lors des contrôles à l'importation. Pour ce faire, une approche interdisciplinaire multi-acteurs sera mise en œuvre.

L'adoption de la PDU devrait permettre à l'UE d'économiser entre 0,31 et 1,08 milliard d'euros par an, tout en inspectant 90 % des végétaux importés afin de limiter le risque d'invasions de parasites des végétaux.

Profil du candidat (H/F):

Savoirs généraux, théoriques ou disciplinaires :
- Chimie analytique (connaissance approfondie)
- Chromatographie en phases gazeuse (connaissance approfondie)
- Instrumentation et mesures (connaissance approfondie)
- Pollution de l’air
- Chimie des matériaux
- Techniques de caractérisation des matériaux
- Spectroscopie (fluorescence)
- Anglais : minimum B1

Savoirs sur l'environnement professionnel :
- Organisation et fonctionnement de l'enseignement supérieur et de la recherche publique

Savoirs faire opérationnels :
- Rédiger des rapports ou des documents techniques
- Utiliser les outils informatiques nécessaires au pilotage des appareils analytiques et aux traitements des données
- Élaborer une méthode d’analyse
- Prendre en compte la validité et les limites de la méthode de caractérisation utilisée
- Appliquer les règles d'hygiène et de sécurité
- Travailler en équipe
- Communiquer avec des experts de son domaine
- Élaborer un cahier des charges technique

Impératif de l’École Doctorale (ED 222) pour l'inscription en thèse:
Moyenne en Master 1 et 2 supérieure à 12/20 (fournir CV avec mention, classement dans la promotion et moyenne pour chaque année, y compris le BAC).


Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Pas de contraintes et de risques spécifiques