Sujet de thèse :

« Micro-capteurs optiques hybrides infrarouges »

Lieu de travail : Institut Charles Gerhardt

Affectation : département D4 & D3

Ouverture du dépôt des candidatures en ligne : 11 avril 2022 | date limite de dépôt des candidatures : 29 mai 2022
Auditions : 20 et 21 juin 2022
Date de communication des résultats : 24 juin 2022

Encadrant : Caroline VIGREUX caroline.vigreux@umontpellier.fr | Ahmad MEHDI ahmad.mehdi@umontpellier.fr

Contexte & Objectifs

Les plateformes de détection basées sur des guides d’onde optiques planaires intégrés constituent un domaine de recherche actif, pour des applications dans le biomédical, la santé, la chimie ou encore la surveillance environnementale. La gamme spectrale du moyen infrarouge est particulièrement intéressante, puisque les absorptions spécifiques d’une grande majorité de molécules et biomolécules se situent dans ce domaine. La gamme 5-10 μm est d’ailleurs surnommée domaine d’empreinte digitale. Les matériaux hybrides organiques-inorganiques obtenus par procédé sol-gel présentent par ailleurs une grande diversité de propriétés, liées à la nature des groupements organiques greffés sur les surfaces inorganiques. Concevoir des micro-capteurs optiques hybrides fonctionnant dans le moyen infrarouge permet alors d’envisager une identification sélective de différentes molécules et biomolécules.

Dans le cadre de ce travail de thèse, les briques de base des micro-capteurs seront des guides d’onde fonctionnalisés à base de couches minces chalcogénures du système ternaire Ge-Se-Te. Le principe de détection se basera sur l’interaction entre les espèces immobilisées sur les guides d’onde et le champ évanescent qui voyage en surface des guides. Le choix des matériaux chalcogénures Ge-Se-Te se trouve justifié (i) par leur large domaine de transparence allant de 1 à 16 μm incluant les longueurs d’onde des télécommunications ainsi que le moyen infrarouge et (ii) par l’expertise acquise quant à la fabrication de structures guidantes à base de couches minces de ces matériaux dans le département D4. Les guides d’onde seront fabriqués par dépôt de couches minces Ge-Se-Te par co-évaporation thermique, lithographie et gravure par usinage ionique. Après contrôle des différentes caractéristiques (épaisseur et indice de réfraction des couches, profondeur et qualité de gravure), les guides seront fonctionnalisés de manière sélective par voie sol-gel, en collaboration avec Ahmad Mehdi (D3). La fonctionnalisation sera effectuée par des organosilanes préparés à façon avant d’être déposés par dip ou spin coating. Le choix judicieux des groupements fonctionnels greffés sur les chalcogénures permettra d’obtenir des structures guidantes aptes à capter différentes sortes de protéines/espèces biologiques. Une des applications visées étant la détection précoce des maladies des plantes, les espèces à détecter pourront être les spores de champignons phytopathogènes, responsables de la propagation des maladies. La chimie de surface des spores étant complexe, une multi-fonctionnalisation sera alors à envisager pour assurer la captation préférentielle d’une variété de spores donnée (Figure ci-dessous).

Après fonctionnalisation, une étape importante du travail consistera à valider le greffage des espèces choisies sur les structures guidantes fonctionnalisées. Cette validation se fera grâce à des analyses par microscopie à force atomique, spectroscopie infrarouge ou encore spectrométrie photoélectronique X. Les guides d’onde fonctionnalisés seront enfin mis à l’épreuve : leur réponse optique sera étudiée avant et après greffage des espèces, pour s’assurer de leur sensibilité. Cette dernière étape sera effectuée en collaboration avec l’équipe PhoTéra de l’IES et l’équipe COMiC de l’ITAP (INRAE).

Mots clefs

Optique intégrée, Guides d’onde, Couches minces chalcogénures, Lithographie et Gravure, Fonctionnalisation.

Conditions et déroulement

Cette thèse ministérielle (rémunération : 1975 € bruts/mois) sera rattachée à l’Ecole Doctorale « Sciences Chimiques Balard – ED 459 » de l’université de Montpellier. Elle se déroulera sur 3 ans à partir du 1er octobre 2022 et sera menée au sein de l’Institut Charles Gerhardt de Montpellier (ICGM), dans les
départements D4 (direction de la thèse) et D3. Elle fera également intervenir des collaborations avec l’équipe COMiC de l’unité Information-Technologies-Analyse Environnementale-Procédés Agricoles (ITAP – unité mixte de l’INRAE et de SupAgro), et l’équipe PhoTéra de l’Institut d’Électronique et des
Systèmes (IES). La société montpelliéraine Mycea, société qui recherche des solutions naturelles pour la santé des plantes, sera également partenaire du projet. Disposant d’une souchothèque constituée d’une cinquantaine de champignons phytopathogènes, elle sera à même de fournir des spores des espèces
d’intérêt.

Profil du candidat recherché

Le candidat recherché devra présenter une formation dans le(s) domaine(s) de la chimie, de la biochimie et/ou des matériaux. Des connaissances en micro-technologie (dépôt de couches minces, lithographie, gravure) et optique guidée seraient un plus.

Enfin, le candidat devra faire la preuve d’un goût prononcé pour les travaux expérimentaux et avoir des qualités rédactionnelles avérées en français et en anglais. Il devra également avoir des qualités organisationnelles lui permettant de planifier son travail et de respecter les échéances de la thèse.

Comment candidater ?

Un Curriculum Vitae et une lettre de motivation sont dans un premier temps à envoyer par mail à
caroline.vigreux@umontpellier.fr et ahmad.mehdi@umontpellier.fr.

Les candidat(e)s doivent par ailleurs ouvrir un compte sur le serveur de gestion des candidatures :
https://edscb.umontpellier.fr
Les identifiants et mots de passe choisis permettent de compléter par la suite un dossier de candidature, ils doivent donc être conservés soigneusement.
Les renseignements demandés incluant un CV, une lettre de motivation, les relevés de notes de Master disponibles jusqu’à la date de clôture des candidatures et des années d’études antérieures (réunis en un seul fichier PDF) doivent impérativement être fournis ; il est également possible de joindre un avis ou une lettre
de recommandation d’un ou deux enseignants de master.