Thèse Cartographies Moléculaires d'Archives Géologiques par Maldi-Ft-Icr-MS H/F

Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes

Établissement : Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes
École doctorale : Sciences de l'Environnement d'Ile-de-France
Laboratoire de recherche : Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement - DRF
Direction de la thèse : Jérémy JACOB ORCID 0000000239219566
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-11T23:59:59

Ce projet de thèse vise à développer, sur le campus Paris Saclay, une expertise unique en France sur la cartographie moléculaire d'archives géologiques par MALDI-FTICR-MS à des fins de reconstruction paléoenvironnementales et paléoclimatiques.

Initialement développées autour de l'exploration pétrolière, les approches de géochimie organique appliquées aux reconstructions paléoenvironnementales et paléoclimatiques ont émergé dans les années 1970 (sous la férule de Geoffrey Eglinton, en particulier) puis ont connu un fort développement. Le champ de recherche est encore particulièrement actif. Le catalogue de molécules organiques fossiles (biomarqueurs moléculaires) préservées dans les archives et réputées spécifiques de taxons ou de processus s'est constamment élargi. Des « proxies » (Uk37', TEX86...) fondés sur les abondances respectives de certains biomarqueurs moléculaires (alcénones et GDGTs dans ces cas) et permettant d'approximer des variables physico-chimiques (température, pH...) ont été proposés, testés, affinés et alimentent désormais très largement les reconstructions paléoenvironnementales et paléoclimatiques.
Cette approche est actuellement limitée par notre capacité à analyser à haute résolution temporelle les archives du fait de contraintes liées à l'échantillonnage. En effet, l'analyse des biomarqueurs moléculaires dans les archives environnementales suppose de découper l'archive en sous-échantillons puis d'en extraire les biomarqueurs moléculaires avant d'en réaliser l'analyse par des techniques de chromatographie et spectrométrie. La localisation des biomarqueurs moléculaires dans l'échantillon, mais aussi leurs relations et interactions avec d'autres objets présents dans l'archive (phases minérales et organiques) sont alors perdues. Les défis actuels en sciences des paléoenvironnements et paléoclimats concernent les phénomènes et variabilités rapides (saisonnières, interannuelles, évènements rares et extrêmes) qui ne peuvent être abordés par des méthodes classiques. Par exemple, reconstituer à résolution sub-décennale à saisonnière les variations hydrologiques en Afrique est un défi pour mieux appréhender la téléconnection entre les processus/oscillations NAO, El NINO et la mousson afin de modéliser les mécanismes des points de basculement du passé et à partir des mêmes modèles du climat mieux anticiper les variations environnementales futures (Van der Meeren et al., 2022 ; Mologni et al., 2020 ; Blanchet et al., 2024). L'imagerie moléculaire par MALDI-FTICR-MS, qui n'est pas encore développée en France sur des archives paléoenvironnementales, est identifiée comme l'une des solutions dans le Livre Blanc Paléoclimats et Paléoenvironnements récemment publié par la communauté.
A l'échelle internationale, cette question de localisation des biomarqueurs moléculaires dans les échantillons et archives géologiques a dans un premier temps été abordée par ToF-SIMS par l'équipe de Volker Thiel (Université de Göttingen) sur des mats microbiens (Thiel et al., 2007), inclusions fluides (Siljeström et al., 2010) ou mélanosomes (Lindgren et al., 2012). Les travaux les plus récents engageant
des analyses par MALDI-FT-ICR-MS sont davantage prometteurs pour aborder la question de l'évolution rapide des phénomènes climatiques, environnementaux et anthropiques (Wörmer et al., 2014 ; Wörmer et al., 2019 ; Alfken et al., 2019 ; Obreht et al., 2020).
Wörmer et al. (2019) ont par exemple produit un enregistrement infra-annuel de l'évolution de la température de surface et des conditions d'oxydo-réduction de l'océan pacifique (bassin de Santa Barbara).
A notre connaissance, cette approche a encore été très peu déployée sur des archives continentales (Obreht et al., 2020). Dans ce travail, les auteurs obtiennent une résolution annuelle de la réponse de la végétation au refroidissement survenu pendant le Dryas Récent en Europe de l'Ouest en appliquant des paramètres classiques en géochimie organique (longueur de chaîne moyenne, etc) établis sur les proportions de n-alkyle lipides, mais à des résolutions verticales micrométriques. Pourtant la réactivité des écosystèmes continentaux aux changements climatiques, aux éruptions volcaniques et aux impacts
anthropiques mérite des résolutions aussi fines pour pouvoir discuter des temps de réaction, de latence ou de reprise des écosystèmes.
Alors que la France dispose de plusieurs instruments à visibilité nationale/internationale (Infrastructure de recherche Infranalytics FR 2054), ils sont encore très peu utilisés pour des problématiques paléoenvironnementales/paléoclimatiques. Le plateau de Saclay offre un cadre privilégié pour entamer une collaboration inédite entre le LSCE et le LCM qui relèvent de deux instituts distincts du CNRS
(INSU et INC)

L'objectif de la thèse est de développer une compétence unique en France, et particulièrement sur le plateau de Saclay, à travers une collaboration interdisciplinaire entre le LSCE et le LCM. Dans un premier temps le/la doctorant.e procèdera à des tests de mise au point de la méthode en s'inspirant des protocoles livrés dans la littérature. Cela concerne la préparation des échantillons pour chaque type de matrice, la calibration des informations moléculaires sur des standards purs, l'inventaire et la quantification des composés présents dans les matrices étudiées et une discussion sur les impacts des matrices sur les signaux. Le/la doctorant.e réalisera l'étude d'archives géologiques relevant de trois projets de recherche en cours (ANR NILAFAR et AMACLIM et projet ICARE), offrant un panel de contextes, résolutions, compositions et questions scientifiques différentes.

Dans un premier temps le/la doctorant.e procèdera à des tests de mise au point de la méthode en s'inspirant des protocoles livrés dans la littérature. Cela concerne la préparation des échantillons pour chaque type de matrice, la calibration des informations moléculaires sur des standards purs, l'inventaire et la quantification des composés présents dans les matrices étudiées et une discussion sur les impacts des matrices sur les signaux.