Laboratoire Subatech, UMR6457, CNRS/IN2P3, Ecole des Mines de Nantes, Université de Nantes

Contexte

L’ICP-MS laser est une méthode d’analyse performante pour la détermination des éléments majeurs, mineurs et traces dans les matériaux solides. La technique ICP-MS couplée à un système d’ablation laser est utilisée comme outil de cartographie spatiale (2D ou 3D) multi-élémentaire et isotopique de surface d’échantillons solides. Elle trouve ses applications dans de nombreux domaines scientifiques tels que les géosciences, l’archéologie, la science des matériaux, les sciences de l’environnement, les sciences biologiques et médicales et la toxicologie judiciaire.

Le couplage ICP-MS laser pour l’analyse élémentaire et isotopique est rapide, sélectif, très sensible, quasi non-destructif, opérationnel avec une préparation minimale de l’échantillon et il offre une résolution spatiale à l’échelle micrométrique (10-100mm). En fonctionnant avec un plasma sec, la technique ICP-MS laser a aussi pour avantage de contourner le problème des interférences polyatomiques inhérent à l’ICP-MS solution.

L’ICP-MS-HR laser disponible au laboratoire Subatech combine le système d’ablation laser UP213 de New Wave Research au spectromètre ICP-MS Haute-Résolution Element XR de Thermo Scientific. La cartographie 2D multi-élémentaire par ICP-MS-HR laser a été développée pour l’analyse d’un échantillon d’arbre prélevé sur un ancien site d’exploitation de l’uranium (Roffin, Puy de Dôme) dans le cadre de la Zone-Atelier «Territoires Uranifères» (ZATU, zatu.org). L’analyse de la distribution des éléments d’intérêt en dendrologie à la surface des cernes d’un arbre permet de reconstruire l’histoire d’une éventuelle pollution environnementale [1,2]. La première phase de l’étude a montré la faisabilité de la technique ICP-MS-HR laser pour mettre en évidence la distribution variable d’éléments tels que les majeurs (C, Ca, Mg Al, Si), autres nutriments (B, Fe, P, S) et traces toxiques et radio-toxiques (Ce, Cd, Cu, Pb, U) à la surface des cernes d’arbre avec une résolution spatiale (x,y) de l’ordre de 100mm.

Contenu de la thèse

La thèse consistera à automatiser la technique ICP-MS-HR laser pour la cartographie multi-élémentaire en 2D sur échantillons solides naturels de matrices minérale et/ou organique. Ce travail englobera la préparation des échantillons, l’acquisition de données ICP-MS-HR laser, le traitement des données et la visualisation des résultats. Les deux dernières tâches pourront être réalisées à l’aide de logiciels déjà disponibles sur le marché comme par exemple LAICPMS sous langage R [3] ou IOLITE. La quantification des données demandera au préalable la fabrication de standards d’étalonnage qui soient représentatifs des matériaux à analyser.

Le développement analytique sera appliqué, entre autres, à deux types d’échantillons. Le premier travail lié à la problématique de la gestion post-exploitation des mines d’uranium se focalisera sur la cartographie 2D de l’uranium à la surface de cernes d’arbre datés dans le but d’établir un enregistrement temporel de la teneur en uranium sur divers échantillons d’intérêt. Le but final est de comprendre les phénomènes de transfert de l’uranium occasionnés par l’activité humaine et in fine l’impact qu’ils pourraient avoir sur l’environnement. Ce travail sera réalisé au sein de la zone atelier « Territoires Uranifères » (zatu.org) et du programme régional POLLUSOLS (www.osuna.univ-nantes.fr) en collaboration notamment avec des dendrologues. Le deuxième objectif sera d’utiliser le système développé pour étudier la distribution de l’uranium entre les différentes phases présentes dans des échantillons d’argile provenant d’une formation qui serait utilisée pour le stockage des déchets radioactifs (projet CIGEO ; www.cigeo.com). Ces données doivent servir à contribuer à l’analyse de sûreté de ce stockage. Cette étude, réalisée dans le cadre d’un réseau de laboratoires soutenu notamment par l’Agence Nationale pour la gestion des Déchets Radioactifs (ANDRA) sera réalisée en collaboration avec des radiochimistes/géochimistes de Subatech et du BRGM.

D’autres échantillons issus du même écosystème et d’autres éléments seront également analysés en fonction de l’avancement des projets.

Profil recherché 

Connaissance approfondie des techniques de chimie analytique et des outils statistiques associés. Spécialisation en techniques d’analyse de surface et/ou techniques d’analyse élémentaire comme la spectrométrie de masse avec plasma à couplage inductif (ICP-MS). Notions de bases et pratique en optique et laser seraient appréciées. Bonne connaissance de l’outil informatique.

Autres informations 

Laboratoire d’accueil : SUBATECH / groupe de radiochimie (http://www-subatech.in2p3.fr/fr/)

Début de la thèse : septembre 2016

Contact : Dr Gilles Montavon, Tél : 02.51.85.84.20, Cette adresse e-mail est protégée contre les robots spammeurs. Vous devez activer le JavaScript pour la visualiser..

Pour candidater, faire parvenir une lettre de motivation, un CV, vos relevés de notes et le contact d’une personne référente (ou une lettre de recommandation).

REFERENCES

[1]: S. A. Watmough, Environmental Pollution, 106, 391-403 (1999)

[2]: L.E. Beramendi-Orosco et al., Applied Geochemistry, 39, 78-84 (2013)

[3]: M. Rittner and W. Müller, Computers and Geosciences, 42, 152-161 (2012)