High performance optical spectroscopy for the study of isotopic CO2 anomalies in natural carbonates.

L'étude de la composition isotopique des matériaux naturels ('traceurs isotopiques') est une des principales sources d'information pour l'étude des environnements et des grands cycles physico-chimiques dans la nature (ex : cycle du carbone, ou celui de l'eau). En géosciences, la plupart des mesures isotopiques se font par spectrométrie de masse et requièrent des niveaux de sensibilité́ et de précision extrêmes. En collaboration avec des géochimistes du Laboratoire des Sciences du Climat et de l'Environnement (LSCE, UMR 8212), le LIPhy développe depuis plusieurs années des instruments de mesure reposant sur la spectroscopie infra-rouge (« VCOF-CRDS »), dédies à l'analyse des isotopes et isotopologues dans diverses molécules (CO2, H2O, H2S ...). L'objectif de cette thèse est, dans un premier temps, d'optimiser la dernière génération de ces prototypes pour atteindre des mesures ultra-précises sur des petits échantillons de CO2, correspondant à des gains considérables en terme de rapidité et de simplicité de mesure pour plusieurs importants traceurs isotopiques (Δ17O, Δ16O13C18O), et permettant d'accéder pour la première fois à de nouveaux traceurs isotopiques (Δ18O12C18O) auparavant inaccessibles. Dans un second temps, le/la doctorant(e) mettra en œuvre cette technique, en collaboration étroite avec les géochimistes du LSCE, pour valider de nouvelles approches permettant de reconstruire les climats du passé (paléotempératures enregistrées dans les spéléothèmes) et de mieux comprendre certains mécanismes de biocalcification sur lesquels repose en partie la régulation naturelle du carbone atmosphérique. A plus long terme, les résultats issus de cette thèse contribueront à la montée en puissance d'une nouvelle génération de spectromètres laser ultra-précis, adaptée à l'étude de nombreuses autres molécules (H2O , CH4, N2O, H2S...), avec une très large gamme d'applications scientifiques en spectroscopie moléculaire comme en géosciences.The study of the isotopic composition of natural materials ('isotopic tracers') is one of the main sources of information for the study of environments and major physico-chemical cycles in nature (e. g. carbon or water cycles). In geosciences, most isotope measurements are made by mass spectrometry and require extreme levels of sensitivity and accuracy. In collaboration with geochemists from the Laboratoire des Sciences du Climat et de l'environnement (LSCE, UMR 8212), LIPhy has been developing for several years measurement instruments based on infrared spectroscopy ('VCOF-CRDS'), dedicated to the analysis of isotopes and isotopologues in various molecules (CO2, H2O, H2S, etc.). The objective of this thesis is, in a first step, to optimize the last generation of these prototypes to achieve ultra-precise measurements on small CO2 samples, corresponding to considerable gains in terms of measurement speed and simplicity for several important isotopic tracers (Δ17O, Δ16O13C18O), allowing access - for the first time - to new isotopic tracers (Δ18O12C18O) previously inaccessible. In a second step, the doctoral student will apply this technique, in close collaboration with LSCE geochemists, to validate new approaches to reconstruct past climates (paleo-temperatures recorded in speleothems) and to better understand certain bio-calcification mechanisms on which the natural regulation of atmospheric carbon is partly based. In the longer term, the results of this thesis will contribute to the development of a new generation of ultra-precise laser spectrometers, suitable for the study of many other molecules (H2O, CH4, N2O, H2S...), with a very wide range of scientific applications in molecular spectroscopy and geoscience