Offre de thèse
RGE : Développement d'outils de chimiométrie de fusion de données pour repousser les limites d'analyse d'appareils conventionnels en physico-chimie
Date limite de candidature
02-09-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
DUVAL Jerome
Encadrement
La thèse aura lieu au Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements Continentaux (LIEC, UMR CNRS 7360), situé sur le site Charmois à Vandoeuvre-lès-Nancy. Elle sera encadrée par Jérôme Duval (DR) et Marc Offroy (MCF). La/le doctorant/e fera partie de l'équipe Physicochimie et Réactivité des Surfaces et Interfaces (PhySI). La personne recrutée profitera d'un environnement scientifique interdisciplinaire sur des thématiques environnementales.
Type de contrat
école doctorale
équipe
PhySI - physico-chimie et réactivité des surfaces et interfacescontexte
Aujourd'hui, les instruments en nanosciences se doivent d'être toujours de plus en plus performants pour visualiser et analyser des échantillons aux petites échelles. L‘interprétation de ces données nécessite la mise en œuvre d'outils mathématiques performants pour en extraire les informations les plus pertinentes et ce sans a priori. L'objectif du projet doctoral est donc d'appliquer et de mettre au point des méthodes originale d'analyse de données pour les nanosciences, où de nombreux domaines de recherche sont concerné comme la physique, la chimie ou la biologie. Pour ce faire nous avons choisi de travailler sur quatre méthodes d'analyse : l'imagerie hyperspectrale Raman, la sonde de Castaing, la microscopie à Force Atomique (AFM) couplé au Raman, sur lesquels des méthodes de fusions de données seront développées pour caractériser des échantillons de type biomasse, matériaux innovants et biologique. Ce choix se justifie pour plusieurs raisons : (i) ces techniques instrumentales permettent une caractérisation moléculaire, élémentaire ou mécanique en surface et/ou en volume autour d'une résolution spatiale latérale et azimutale de 1µm, mais aussi par le fait que (ii) l'ensemble des partenaires du projet TRANSFUSION, à savoir le LERMAB, GeoResources, LCPME, LMOPS, TJFU et LIEC, les utilisent pour caractériser leurs échantillons complexes.spécialité
Géoscienceslaboratoire
LIEC - Laboratoire Interdisciplinaire des Environnements
Mots clés
Chimiométrie, chimie analytique, chimie physique, traitement de données, imagerie, super-résolution
Détail de l'offre
Aujourd'hui, les instruments en nanosciences se doivent d'être toujours de plus en plus performants pour visualiser et analyser des échantillons aux petites échelles. L‘interprétation de ces données nécessite la mise en œuvre d'outils mathématiques performants pour en extraire les informations les plus pertinentes et ce sans a priori. L'objectif du projet doctoral est donc d'appliquer et de mettre au point des méthodes originale d'analyse de données pour les nanosciences, où de nombreux domaines de recherche sont concerné comme la physique, la chimie ou la biologie. Pour ce faire nous avons choisi de travailler sur quatre méthodes d'analyse : l'imagerie hyperspectral Raman, la sonde de Castaing, la microscopie à Force Atomique (AFM) couplé au Raman, sur lesquels des méthodes de fusions de données seront développées pour caractériser des échantillons de type biomasse, matériaux innovants et biologique. Ce choix se justifie pour plusieurs raisons : (i) ces techniques instrumentales permettent une caractérisation moléculaire, élémentaire ou mécanique en surface et/ou en volume autour d'une résolution spatiale latérale et azimutale de 1µm, mais aussi par le fait que (ii) l'ensemble des partenaires du projet TRANSFUSION, à savoir le LERMAB, GeoResources, LCPME, LMOPS, TJFU et LIEC, les utilisent pour caractériser leurs échantillons complexes. Le travail du doctorant s'articulera autour de 3 workpackage (WP) distincts sur 3 années :
- WP1 : Comprendre et améliorer la résolution spatiale des différentes techniques. Le LIEC utilise déjà des méthodes algorithmiques pour le faire.
- WP2 : Identification des sources moléculaires, élémentaires, ou mécanique sur chacun des instruments (méthode de démixage de signaux).
- WP3 : Proposer une méthode dite de fusion de données (e.g. topologie).
Au-delà d'une approche interdisciplinaire et pluridisciplinaire de la recherche, ce projet doctoral vise à proposer une nouvelle approche d'analyse de données en chimiométrie avec pour objectif de repousser les limites actuelles d'instruments conventionnels lors de la génération de données spatiales couplées à des informations de chimie élémentaire, moléculaire et mécanique avec comme credo : vers le plus petit, le plus rapidement possible, avec traitement intégré et coût compétitif.
Keywords
Chemometrics, Analytical chemistry, Physico-chimistry, Data mining, Imaging, Super-resolution
Subject details
Today's nanoscience instrumentation must be increasingly powerful to visualize and analyze samples at small scales. The interpretation of these data requires the use of powerful mathematical tools to extract the most relevant information without preconceptions. Therefore, the goal of our PhD project is to apply and develop original data analysis methods for nanoscience, where many research fields are involved, including physics, chemistry, and biology. To this end, we have chosen to work on four analytical methods: hyperspectral Raman imaging, the Castaing probe, and Raman-coupled atomic force microscopy (AFM), on which data fusion methods will be developed to characterize biomass, novel materials, and biological samples. There are several reasons for this choice: (i) these instrumental techniques allow surface and/or volume molecular, elemental or mechanical characterization with a lateral and azimuthal spatial resolution of 1µm, and (ii) all TRANSFUSION project partners - LERMAB, GeoResources, LCPME, LMOPS, TJFU and LIEC - use them to characterize their complex samples. The PhD student's work will be organized around 3 different work packages (WP) over 3 years: - WP1: Understand and improve the spatial resolution of different techniques. LIEC is already using algorithmic methods for this purpose. - WP2: Identify molecular, elemental or mechanical sources on each of the instruments (signal unmixing method). - WP3: Propose a data fusion method (e.g. topology). Beyond an interdisciplinary and multidisciplinary research approach, this PhD project aims to propose a new approach to data analysis in chemometrics, with the objective to overcome the current limitations of conventional instruments in generating spatial data coupled with elemental, molecular and mechanical chemistry information, with the credo: towards the smallest, fastest, with integrated processing and competitive cost.
Profil du candidat
Le (la) candidat(e) devra avoir des compétences solides en physico-chimie et en mathématiques (notamment statistiques, calcul matriciel). Il (Elle) devra également avoir une certaine autonomie en programmation (MATLAB, ou PYTHON, ou R, ou FORTRAN ou autre) et un goût particulier pour l'expérimentation.
Candidate profile
The candidate should have a solid background in physical chemistry and mathematics (especially statistics and matrix calculus). He/she should also have a certain autonomy in programming (MATLAB, or PYTHON, or R, or FORTRAN, or others) and a particular taste for experimentation.
Référence biblio
[1] Offroy, M., et al. Scientific Reports 5, 12303 (2015). doi:10.1038/srep12303
[2] Offroy, M., et al. Analytica Chimica Acta 674, 2 (2010). doi.org/10.1016/j.aca.2010.06.025
[3] Haouchine, M., et al. ACS Omega 7, 23653-23661 (2022). doi:10.1021/acsomega.2c02256
[4] Zhang, X., et al. Forests 13, 43 (2022). doi:10.3390/f13030439
[5] Pagnout, C., et al. Communications Biology 4, 678 (2021). doi:10.1038/s42003-021-02213-y
[6] Quilès, F., et al. ACS chem Biol. 15(10), 2801-2814, doi:10.1021/acschembio.0c00622
[7] Offroy, M. and Duponchel, L. Analytica Chimica Acta 910, 1-11 (2016). doi:10.1016/j.aca.2015.12.037
[8] Nardecchia, A., et al. Analytica Chimica Acta 1192, 339368 (2022). doi.org/10.1016/j.aca.2021.339368