Thèse Imagerie Spectrale et Traitement du Signal pour la Détection de Biomarqueurs Mécanismes de Préservation et Applications Planétaires H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Interfaces : matériaux, systèmes, usages Laboratoire de recherche : PPSM - Photophysique et Photochimie Supramoléculaires et Macromoléculaires Direction de la thèse : Loïc BERTRAND ORCID 0000000166229113 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-30T23:59:59 This PhD project lies at the interface between geological processes, host minerals and potential biosignatures in extreme terrestrial environments used as analogues for planetary environments. Using the AstroCam facility (University of São Paulo), the project aims to recreate the atmospheres and environmental conditions of Earth and exoplanets of major scientific interest, with the aim of analysing the geochemical interactions that favour the development and preservation of extremophile organisms on different mineral substrates. The research incorporates advanced methodologies in geosciences and engineering sciences, including microscopy, comparative mineralogical analysis, the study of radiation effects, and modelling of chemical equilibrium at mineral-organic interfaces. The interaction between pigments and mineral substrates will be studied, with a focus on their influence on the photostability of biomolecules and the preservation of biosignatures. To better understand the relationship between geological processes and exobiology, and given that experiments involving radiation can cause alterations or damage to samples, the project involves the development and refinement of advanced signal processing methods. This includes defining spectral acquisition strategies integrated into the experimental process during X-ray and UV-visible measurements, as well as the development of statistical procedures applicable to spectral data. Signal processing approaches, such as signal reconstruction, noise reduction and multifractal analysis, will be explored to improve the interpretability of the data. This approach aims to detect and characterise subtle biomarkers, often masked by noise or overlapping signals in complex geological matrices. The international dimension of the PhD programme, through collaborations with Paris-Saclay University and access to synchrotron facilities, will enable high-resolution analyses of mineralogical and organic signatures in analogous contexts. The expected results will contribute to the advancement of planetary geology, the development of instruments for future space missions, and the understanding of the geochemical processes that support extreme habitable environments on Earth and, potentially, on other planetary bodies. La recherche de la vie au-delà de la Terre suscite un vif intérêt tant au sein de la communauté scientifique que dans la société en général, car elle est étroitement liée à la compréhension de l'origine et de l'évolution de la vie sur notre propre planète. L'intérêt pour la recherche de la vie extraterrestre s'est intensifié grâce aux progrès réalisés par le télescope spatial James Webb dans la détection des biosignatures. La détection de biosignatures sur des exoplanètes peut révéler les mécanismes fondamentaux de la biogenèse. Malgré les progrès de l'astrobiologie et le renforcement institutionnel de ce domaine, comme la création du NASA Astrobiology Institute (NAI), des défis technologiques et conceptuels persistent, notamment en ce qui concerne la caractérisation des environnements habitables, la détection à distance des biosignatures et la compréhension de l'importance du contexte géologique pour la photostabilité de ces biomarqueurs. Les principaux défis à l'origine de cette recherche sont notamment : la détection d'exoplanètes de type terrestre situées dans la zone habitable, la difficulté à caractériser de manière adéquate les conditions physico-chimiques de ces planètes candidates, et les difficultés liées à la détection à distance d'éventuelles biosignatures atmosphériques ou de surface. Dans ce contexte, le présent projet propose le développement d'une méthodologie expérimentale visant à simuler des atmosphères de type terrestre et des exoplanètes potentiellement habitables, à étudier l'adaptabilité des extrêmophiles aux atmosphères recréées, à analyser la photostabilité des biomolécules et à étudier l'interaction de ces biomolécules avec différents types de substrats géologiques. Dans ce contexte de la relation biomolécule-substrat, l'objectif central est d'étudier trois questions fondamentales, qui n'ont pas encore trouvé de réponse complète : (i) Quelle est la stabilité des pigments sous rayonnement UV à la surface des planètes ? (ii) Les substrats minéraux peuvent-ils offrir des effets protecteurs qui favorisent la préservation des pigments ? (iii) Les interactions pigment-substrat laissent-elles des signatures minéralogiques détectables par le biais de la biominéralisation ou de la biodétérioration ? Dans le cadre de cette étude, il est prioritaire de développer et d'améliorer les techniques permettant de maximiser la quantité d'informations obtenues grâce aux analyses nécessaires pour répondre à ces questions principales (XRD, SEM, UV-Vis) tout en minimisant les dommages causés aux échantillons. - (USP) Recréer les atmosphères de planètes de type terrestre et d'exoplanètes présentant un intérêt astrobiologique, afin d'évaluer l'habitabilité de différents extrêmophiles dans des conditions de laboratoire contrôlées.
-(U. Paris-Saclay) Étudier la photostabilité des pigments et leurs interactions avec des substrats inorganiques, en explorant leur rôle dans la préservation des biomolécules et des biosignatures potentielles. - (USP) Des protocoles d'irradiation UV seront développés et optimisés afin d'évaluer systématiquement la stabilité des pigments sous une exposition contrôlée au rayonnement.
- (U. Paris-Saclay) Compte tenu du risque que le rayonnement UV endommage les échantillons, des stratégies robustes d'acquisition spectrale seront mises en place. Des algorithmes avancés de traitement du signal, tels que la correction de la ligne de base, la réduction du bruit et la reconstruction du signal, seront mis en oeuvre.