Ce projet de recherche est financé par La fondation des sciences du patrimoine, associé le C2RMF (Centre de recherche et de conservation des musées de France), le laboratoire SATIE de Cergy Paris université et le LAPA (CEA).

La technique LIBS (Laser-induced breakdown spectroscopy) ou spectrométrie d’émission plasma induit
par laser a été mise en évidence dès 1962 juste après l’invention du laser par Théodor Maiman. Il s’agit
de focaliser un laser sur un matériau afin de créer un plasma thermique pour en recueillir l’émission
atomique. Ainsi la composition élémentaire peut en être déduite voire identifier des fragments
moléculaires d’origine de matière organique ou de recombinaison. Sa mise en œuvre est simple, et
quasi instantanée mais l’analyse du spectre d’émission optique peut s’avérer rapidement complexe,
sensible aux éléments traces et sa quantification difficile si le matériau analyser est multi-structuré ou
pollué. L’objectof de ce travail de recherche vise, en intégrant les bases de données spectroscopiques
existantes (théoriques et expérimentales), à poursuivre trois objectifs encore aujourd’hui mal maîtrisés.
Le premier est de trouver des solutions techniques et mathématiques multimodales efficaces pour
identifier, quel que soit le matériel de spectroscopie utilisé, les atomes ou fragments de molécules
contenus dans le matériau issu de l’émission du plasma allant des éléments majeurs aux éléments
traces (ppm environ). Le second sera de déterminer sur la base de cete identification les conditions
de température du plasma généré sur la base d’un outil de simulation visant à vérifier les résultats
obtenus. Et, enfin, le dernier est de se rapprocher, au travers de méthode d’intelligence artificielle,
réseaux de neurones ou méthodes chimio-métriques et spectroscopiques, d’une nouvelle approche
de quantification. Le contexte visé doit pouvoir s’appliquer aux matériaux complexes et multi-
structurés du patrimoine afin de pouvoir les décrire en deux ou trois dimensions de façon quantitative,
tels les matériaux en aluminium du patrimoine aéronautique ou les aciers archéologiques issus des
problématiques patrimoniaux.

Missions :

Ce projet de recherche vise à trouver des solutions afin d’identifier et quantifier les éléments dans le
matériau analysé (plasma) et ainsi permettre l’identification automatique de raies d’émission et la
simulation des spectres d’émission en fonction des propriétés du plasma en tenant compte de
différents montages expérimentaux (typologie de résolution) et des larges gammes de matériaux, pour
que la composition en quantification et le type de matériaux soient facilement obtenus.

Activités :

Bibliographie, synthèse, mise en forme sous format homogène des différentes bases de données de
façon à les rendre directement exploitables et interopérable quelles que soient leurs origines, qu’elles
soient théoriques ou expérimentales. Une attenttion particulière sera portée pour permettre de les
adapter aux différentes résolutions spectrales possibles.
Expérimentation, acquisitions et validation à partir de la base déjà existante et des nouveaux des
spectres obtenus.
Développement d’identification des éléments présents à partir de la base des base théorique NIST.
Développement de méthode de simulation de spectre : Interface de logiciel adaptée et validation du
logiciel avec différents types de matériaux
Publications/Communication.

Compétences :

• Doctorat ou Master expérimenté en physique/spectroscopie
• Solides connaissances en spectroscopie atomique
• Des compétences en programmation Matlab, LabVIEW, Python…
• Travail en autonomie
• Maîtrise de l’Anglais niveau C1/C2