Thèse Microscopie Électronique à Transmission à Balayage et Pdf pour l'Analyse Quantitative des Matériaux Amorphes Sensibles a l'Irradiation Electronique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Lille
École doctorale : Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement
Laboratoire de recherche : UMET - Unité Matériaux Et Transformations
Direction de la thèse : Damien JACOB ORCID 0000000179317171
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-15T23:59:59

Ce projet vise à être pionnier dans le domaine de la « Nanocristallographie Quantitative » en tirant parti des capacités avancées du microscope JEM-F200 équipé d'un détecteur MEDIPIX3. L'objectif principal est de développer une méthodologie unifiée combinant la Diffraction Électronique en Précession par Balayage (SPED) avec l'analyse de la Fonction de Distribution de Paires électronique (ePDF). Cette approche novatrice permettra la cartographie simultanée de l'ordre cristallographique à longue portée (phase, orientation) et de la structure locale à courte portée (phases amorphes/désordonnées) avec une résolution nanométrique.

Le doctorant collaborera avec le groupe de recherche du Prof. Daniel Ugarte (Université de Campinas, Brésil), pionniers de la technique combinant Diffraction Électronique en Précession (PED) et ePDF, pour intégrer cette méthode dans un cadre de Microscopie Électronique en Transmission par Balayage (STEM). Le projet cible deux applications synergiques :

1. Nanoparticules Métalliques : Fournir des références structurales expérimentales pour valider les Potentiels Interatomiques par Apprentissage Automatique pour la conception de catalyseurs, en collaboration avec le Dr. Matthias Hillenkamp (Chercheur CNRS, Institut Lumière Matière, Lyon). Cela servira de banc d'essai contrôlé : la structure connue des nanoparticules métalliques permettra une validation rigoureuse de la méthode SPED-ePDF.
2. Astrominéraux : Appliquer la technique validée aux échantillons provenant des astéroïdes Ryugu et Bennu (missions Hayabusa2 et OSIRIS-REx) pour résoudre la nanostructure de la matière organique amorphe et des silicates hydratés, éclairant ainsi les conditions de formation de la matière primitive du système solaire. Cette approche progressive minimise les risques lors de la manipulation de ces échantillons irremplaçables.

Le doctorant passera plusieurs mois à l'UNICAMP pour maîtriser la technique PED-ePDF et contribuera aux flux de travail développés dans la bibliothèque open-source PyXEM, assurant ainsi un large impact au sein de la communauté scientifique.

Le microscope électronique à balayage à transmission (STEM) est devenu un outil incontournable dans les domaines de la science et de la technologie. Grâce à des avancées récentes majeures, notamment la correction des aberrations, l'utilisation de monochromateurs et l'adoption de détecteurs d'électrons directs, le STEM est désormais capable d'obtenir des images et d'analyser des échantillons avec une résolution inférieure au nanomètre, offrant ainsi un aperçu de la structure et de la composition des matériaux au niveau atomique. En effet, la polyvalence du STEM va au-delà de l'imagerie ; il peut également être utilisé, par exemple, pour l'analyse chimique, l'identification des phases et l'étude des processus dynamiques dans les matériaux sous diverses conditions. Cela rend le STEM indispensable pour faire progresser la recherche et le développement dans un large éventail de domaines, de l'électronique et de l'énergie aux sciences pharmaceutiques et biomédicales.

Malgré ces avancées, certaines catégories de matériaux, notamment de nombreux matériaux faiblement cristallisés présentant un intérêt scientifique et technologique, restent difficiles à étudier à l'aide des techniques STEM conventionnelles en raison de leur sensibilité au faisceau d'électrons. Connue sous le nom de « matériaux sensibles au faisceau », cette catégorie comprend une grande variété de substances importantes sur le plan scientifique et technologique, dont de nombreux matériaux amorphes. La possibilité d'étendre les capacités analytiques de la STEM à ces matériaux complexes constitue un domaine de recherche clé en microscopie électronique. La Plateforme de Microscopie Electronique de Lille (PMEL) abrite un JEOL JEM-F200 récemment installé, équipé d'un détecteur d'électrons direct à pixels hybrides MEDIPIX3. Associé au développement de nouvelles techniques d'acquisition et d'analyse des données, cet équipement permettra l'analyse de matériaux sensibles au faisceau par STEM à des vitesses et des résolutions toujours plus élevées.