Magnétomètres à pompage optique à 3He
Le laboratoire, spécialisé dans la mesure magnétique de haute résolution et de haute précision, développe et fournit depuis plusieurs décennies différentes générations de magnétomètres à pompage optique de l'hélium-4. Ces instruments sont notamment utilisés comme référence sur les satellites de la mission ESA Swarm lancés fin 2013 et ceux de la mission NanoMagSat qui devraient les rejoindre à partir de fin 2027.
En vue de diversifier ses activités et de viser des applications de type capteur abandonné pour lesquelles les contraintes de consommation peuvent être très importantes, le laboratoire souhaite développer une technologie de magnétomètre utilisant cette fois l'atome d'hélium-3 comme élément sensible. La durée de vie de l'état de l'atome d'hélium-3 utilisé pour mesurer le champ magnétique est effectivement beaucoup plus longue que celle de l'état équivalent de l'hélium-4. Cela permet de réduire significativement le besoin de pompage et d'envisager un gain important en termes de consommation énergétique du système. Notre objectif est de démontrer le fonctionnement de cette architecture de magnétomètre afin de réaliser un instrument combinant à la fois un très haut niveau de performances métrologiques et de frugalité énergétique pour ces applications très spécifiques.
L'objet de ce travail de thèse sera donc de concevoir, mettre en œuvre et évaluer une architecture de magnétomètre hélium-3, avec des défis électroniques spécifiques à aborder pour permette d'atteindre cet objectif (chaîne optique à 1083 nm, système de pilotage électronique).
Détection ultra-précoce de pathogènes bactériens dans le sang de patient
Ce projet vise à développer un instrument d'imagerie par résonance des plasmons de surface (SPRi) polyvalent et facile à utiliser pour la détection rapide et à large spectre de concentrations faibles de bactéries pathogènes dans des échantillons complexes, dont le sang en particulier. La SPRi est une technique, sans marquage, qui permet de sonder un échantillon (quelle que soit sa transparence optique), en temps réel. En raison de la grande sensibilité du phénomène de plasmon, la plage dynamique de variation d'indice mesurable est limitée par détection SPRi lorsque la lecture est réalisée à un angle fixe, comme c'est le cas dans les dispositifs déployés dans le commerce. Cela réduit l'utilisation de tels instruments optiques à l'étude de milieux dont l'indice reste relativement stable pendant l'expérience et dont les sondes moléculaires ont des poids moléculaires comparables aux cibles (suivi d'interactions bi-moléculaires).
Ainsi, cela limite considérablement la détection de bactéries en croissance dans des milieux complexes. Notre laboratoire a développé des solutions originales pour la détection de très faibles taux de contaminations dans des matrices alimentaires (création d'une start-up en 2012), mais la SPRi se révèle inadaptée pour la détection de bactéries dans le sang, en partie en raison de la très forte variabilité intrinsèque de cette matrice.
Ces limites seront supprimées en intégrant cinq briques complémentaires :
1. La conception d'un instrument optimisé pour l'enregistrement en temps réel d'images SPR sur une plage définie d'angles d'éclairage;
2. Le développement d'une analyse et de traitement des données SPR dédiée pour extraire en temps réel l'information la plus pertinente pour chaque sonde à partir des images ;
3. La fonctionnalisation des biopuces par une combinaison de sondes appropriées (séries de peptides tels que les peptides antimicrobiens (AMPs), anticorps et même bactériophages) pour optimiser le nombre d'identifications possibles avec un ensemble réduit de sondes ;
4. L'apprentissage des "signatures SPRi 4D" spécifiques de souches modèles dans des matrices sanguines ;
5. La validation des performances du nouvel instrument « 4D-SPRi » comme outil de détection et de caractérisation des bactéries issues de souches hospitalières par rapport à des techniques de référence.