Spectroscopie infra-rouge du CO2 par OCR-CRDS (Optical-Clock-Referenced Cavity Ring-Down Spectroscopy) // Infra-red spectroscopy of CO2 by OCR-CRDS (Optical-Clock-Referenced Cavity Ring-Down Spectroscopy)

Le pôle Isotopie Laser du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement mène depuis dix ans des développements instrumentaux innovants et ambitieux visant à révolutionner l'analyse isotopique de diverse molécules (CO2, H2O, O2...) dont la composition nous renseigne sur l'histoire géologique, climatique et environnementale de notre planète, et permet d'étudier les processus physico-chimiques complexes qui gouvernent ces évolutions. Dans le cadre de ce sujet de thèse, le ou la doctorant[e] travaillera à adapter une technique optique prometteuse (le transfert de cohérence entre une horloge optique et une diode laser via un peigne de fréquence) pour mettre au point une approche spectroscopique innovante (OCR-CRDS, pour 'Optical-Clock Referenced Cavity Ring-Down Spectroscopy') permettant de mesurer la composition isotopique du CO2 'en cinq dimensions' (δ13C, δ18O, Δ17O, Δ47, Δ48) avec une sensibilité et une precision inégalées.

Ce travail de développement, reposant sur des bases solides en physique des lasers et en manipulation de signal radio-fréquence, aboutira à la création d'un instrument analytique unique au monde, largement ouvert à la communauté scientifique via son intégration à la Plateforme Analytique Géosciences Paris-Saclay (PANOPLY), permettrant de cibler une large gamme d'applications paleo-environnementales et (hydro/bio)-géochmiques allant des échelles de temps archéologiques (100 à 10 000 ans) à géologiques (10 000 ans –> 500 millions d'années). En fonction de l'avancement des développements, le projet de thèse pourra inclure une ou plusieurs de ces premières applications.
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For a decade, the Laser and Isotopes facility at LSCE has been leading ambitious and innovative developments aiming to greatly improve our ability to measure the isotopic composition of various molecules (CO2, H2O, O2...) whose compositions provide insights into the geologic, climatic and environmental history of our planet, and into the complex physico-chemical processes driving these changes. In this PhD projet, the student's work will focus on adapting an recent, promising optical technique (coherence transfer from an optical clock to a laser diode via an optical comb) to implement a new spectroscopic method (OCR-CRDS: 'Optical-Clock Referenced Cavity Ring-Down Spectroscopy') allowing measurements of CO2 isotopes 'in five dimensions' (δ13C, δ18O, Δ17O, Δ47, Δ48) with unprecedented sensitivity and precision.

This technical development work, based on a solid foundation of laser physics and radiuofrequency signal handling, will result in a new, one-of-a-kind analytical instrument, widely open to the science community via its inclusion in the PANOPLY facility (Plateforme Analytique Géosciences Paris-Saclay), with a very wide range of paleo-environmental and (hydro/bio)-geochemical applications with time scales ranging from archeology (100 to 10 000 years) to geology (10 000 years –> 500 millions years). Depending on the project's progression, the PhD work can include one or more of these novel applications.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Contrats ED : Programme blanc GS-GCE

Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

Expérience en instrumentation (alignement optique, interface logiciel sous python), compétences en physique des lasers et spectroscopie, traitement du signal. Connaissances en hyper fréquence ou peigne de fréquences très appréciées. Électronique/interface instruments curiosité pour les sciences naturelles également.
Prior experience with instrumentation (optical alignment, software interfaces using Python), strong skills in in laser physics and spectroscopy, signal processing. Knowledge of radio-frequency and/or optical comb highly appreciated, as well as electronic interfacing with instruments and curiosity towards natural sciences.