Offre de thèse
ANR : Optimisation des cartographies µLIBS à hautes fréquences
Date limite de candidature
30-06-2024
Date de début de contrat
01-10-2024
Directeur de thèse
FABRE Cécile
Encadrement
La thèse sera encadrée par Cécile Fabre de GeoRessources à Nancy et Vincent Motto-Ros de l'ILM à Lyon. Le travail se fera sur les deux sites de recherche, le suivi se fera de façon régulière avec des bilans d'avancement de thèse lors de réunion entre les co-encadrants et lors des différents CSI.
Type de contrat
école doctorale
équipe
Ressources Minérales (Axe Matières Premières)contexte
Dans un contexte d'énergie renouvelable, la détection des éléments légers tels que les métaux critiques le lithium et béryllium par µLIBS, devient un intérêt majeur pour tout un panel d'industrie (batterie, éolien, etc...). Il convient donc de développer des techniques permettant la mesure et la quantification de ces éléments sur des échantillons centimétriques tout en gardant une résolution de l'ordre de la dizaine de micromètres. La cartographie élémentaire par µLIBS relève ces deux défis, mais il convient de développer de nouveaux outils à la fois techniques et mathématiques, en utilisant des banques de données spectrales issues de standards bien connus, afin d'obtenir des résultats quantifiés sur les éléments analysés.spécialité
Géoscienceslaboratoire
GeoRessources
Mots clés
micro LIBS, spectroscopie, éléments légers, labview
Détail de l'offre
Afin d'améliorer la détection des éléments légers, cette thèse se concentrera sur la mise en œuvre d'imagerie µLIBS sur plusieurs gammes spectrales optimisées pour différents spectromètres sur une plateforme de µLIBS à haute fréquence 1 kHz. La sélection des détecteurs, les meilleures gammes de longueurs d'onde et les temps d'acquisition seront optimisés pour obtenir le meilleur compromis entre la résolution latérale de l'imagerie (15 µm) et l'efficacité de l'émission/collection de la lumière du plasma.
Après avoir optimisé les conditions d'analyse (interface Labview à monter), il sera possible d'utiliser la plateforme µLIBS 1 kHz pour aller plus loin dans la quantification et la cartographie des minéraux à l'aide de l'IA. Pour cela, nous aurons besoin d'un grand ensemble de données comme références pour la stratégie ANN et ces ensembles de données seront complétés en utilisant les images acquises à 1 kHz, consistant en des millions de pixels avec un spectre complet dans chacun d'entre eux. Étant donné que chaque roche contient un nombre limité de minéraux, chaque image contiendra plusieurs centaines/milliers de spectres pour chaque phase minérale de l'échantillon. L'identification des minéraux et la quantification sont basées sur des méthodes normalisées.
En utilisant les premières analyses en points individuels par SEM ou LA-ICP-MS sur des minéraux très bien caractérisés (minéraux homogènes et zonés), des images quantitatives via le logiciel LasMap µLIBs seront réalisées. Cette partie prendra en compte la différence d'ablation (effet de matrice) en fonction des phases minérales.
Keywords
LIBS, spectroscopy, light elements, labview
Subject details
In order to improve the detection of light elements, this thesis will focus on the implementation of µLIBS imaging over several spectral ranges optimized for different spectrometers on a 1 kHz high-frequency µLIBS platform. Detector selection, best wavelength ranges and acquisition times will be optimized to achieve the best compromise between imaging lateral resolution (15 µm) and plasma light emission/collection efficiency. Once the analysis conditions have been optimized (Labview interface to be fitted), it will be possible to use the 1 kHz µLIBS platform to take AI-based mineral quantification and mapping a step further. To do this, we'll need a large dataset as a reference for the ANN strategy, and these datasets will be supplemented using images acquired at 1 kHz, consisting of millions of pixels with a full spectrum in each of them. As each rock contains a limited number of minerals, each image will contain several hundred/thousand spectra for each mineral phase in the sample. Mineral identification and quantification are based on standardized methods. Using the first individual point analyses by SEM or LA-ICP-MS on very well characterized minerals (homogeneous and zoned minerals), quantitative images via LasMap µLIBs software will be produced.
Profil du candidat
Spectroscopie optique
Technique LIBS
Maitrise des montages optiques et à hautes fréquences
Labview
Candidate profile
Optical spectroscopy
LIBS technique
Optical and high-frequency setups
Labview
Référence biblio
C. Alvarez-Llamas, A. Tercier, C. Ballouard, C. Fabre, S. Hermelin, J. Margueritat, L. Duponchel, C. Dujardin, V. Motto-Ros, Ultrafast μLIBS imaging for the multiscale mineralogical characterization of pegmatite rocks, J. Anal. At. Spectrom. 39 (2024) 1077–1086. https://doi.org/10.1039/D3JA00438D.
V. Motto-Ros et al., LIBS imaging applications, in: Laser-Induced Breakdown Spectroscopy, Elsevier, 2020: pp. 329–346.
S. Moncayo et. al, Exploration of megapixel hyperspectral LIBS images using principal component analysis, J. Anal. At. Spectrom. 33 (2018) 210–220.
C. Fabre et. al, Elemental imaging by laser-induced breakdown spectroscopy for the geological characterization of minerals, J. Anal. At. Spectrom. 33 (2018) 1345–1353.
C. Fabre et. al, Advances on microLIBS and microXRF mineralogical and elemental quantitative imaging, Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy. 194 (2022) 106470.
J. El Haddad, et. al, Multiphase mineral identification and quantification by laser-induced breakdown spectroscopy, Minerals Engineering. 134 (2019) 281–290.
A. Nardecchia et. al, Detection of minor compounds in complex mineral samples from millions of spectra: A new data analysis strategy in LIBS imaging, Analytica Chimica Acta. 1114 (2020) 66–73.