Spectroscopie rotationnelle à haute résolution des biosignatures potentielles d'exoplanètes dans les états excités de torsion // High-Resolution Rotational Spectroscopy of Potential Exoplanet Biosignatures in Excited Torsional States

Dans le cadre du projet ANR-EXOBIOLAM, cette thèse vise à fournir des données spectroscopiques de laboratoire cruciales pour l'interprétation des spectres d'observation du télescope spatial James Webb (JWST). L'objectif est de caractériser des 'biosignatures' telles que méthanol (CH₃OH), méthylmercaptan (CH₃SH), sulfure de diméthyle (DMS, CH₃SCH₃), et disulfure de diméthyle (DMDS, CH₃SSCH₃), pour leur détection dans les atmosphères exoplanétaires.

Le doctorant s'appuiera sur les dispositifs de pointe développés au LPCA pour de nouvelles mesures, tels que le spectromètre hétérodyne à peigne de fréquences THz et les techniques de spectroscopie en cavité résonnante (CEAS et CRDS). Ce travail s'appuiera également sur l'exploitation de données de haute résolution préalablement acquises sur la ligne AILES du synchrotron SOLEIL ainsi que par l'analyse de spectres millimétriques issus de la chaîne de multiplication de fréquence amplifiée du LPCA.

L'étude consistera à mesurer et à modéliser les transitions rotationnelles dans les états de torsion hautement excités (vt > 2) du méthanol, du méthylmercaptan, du DMS et du DMDS. Pour le DMDS, le travail portera également sur l'exploitation des données millimétriques déjà acquises en laboratoire pour étendre l'analyse à l'ensemble des états excités. Un enjeu majeur du projet réside dans l'amélioration des modèles théoriques traitant des mouvements de grande amplitude qui viennent fortement perturber les niveaux d'énergie moléculaire. Ce travail de modélisation sera mené en étroite collaboration avec les partenaires du PhLAM et du LISA.

Ce projet s'appuie sur une forte complémentarité entre l'expertise en spectroscopie à haute résolution du LPCA et les développements théoriques portés par le consortium EXOBIOLAM. Les données produites ont pour finalité d'enrichir les bases de données spectroscopiques internationales (telles que HITRAN et GEISA), essentielles à l'exploitation des observations du JWST.
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Within the framework of the ANR-EXOBIOLAM project, this thesis aims to provide crucial laboratory spectroscopic data for the interpretation of observation spectra from the James Webb Space Telescope (JWST). The objective is to characterize 'biosignatures' such as methanol (CH₃OH), methyl mercaptan (CH₃SH), dimethyl sulfide (DMS, CH₃SCH₃), and dimethyl disulfide (DMDS, CH₃SSCH₃), for their detection in exoplanetary atmospheres.

The PhD student will rely on state-of-the-art setups developed at the LPCA for new measurements, such as the THz frequency comb heterodyne spectrometer and resonant cavity spectroscopy techniques (CEAS and CRDS). This work will also rely on the exploitation of high-resolution data previously acquired on the AILES beamline of the SOLEIL synchrotron, as well as on the analysis of millimeter-wave spectra from the amplified frequency multiplication chain at the LPCA.

The study will consist of measuring and modeling rotational transitions in the highly excited torsional states (vt > 2) of methanol, methyl mercaptan, DMS, and DMDS. For DMDS, the work will also focus on exploiting millimeter-wave data already acquired in the laboratory to extend the analysis to all excited states. A major challenge of the project lies in improving theoretical models dealing with large amplitude motions that strongly perturb molecular energy levels. This modeling work will be carried out in close collaboration with partners from PhLAM and LISA.

This project is based on a strong complementarity between the LPCA's expertise in high-resolution spectroscopy and the theoretical developments driven by the EXOBIOLAM consortium. The generated data aim to enrich international spectroscopic databases (such as HITRAN and GEISA), which are essential for exploiting JWST observations.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Other public funding

ANR Financement d'Agences de financement de la recherche

Université du Littoral Côte d'Opale

585 Sciences, Technologie, Santé

Le candidat devra être titulaire d'un Master 2 en physique ou physico-chimie, avec une spécialisation marquée en spectroscopie moléculaire. Ce projet de recherche exige de solides bases en mécanique quantique pour l'analyse des structures énergétiques complexes, ainsi que des aptitudes en instrumentation expérimentale de pointe (optique, systèmes de vide, sources THz). La maîtrise d'outils de programmation, notamment Python ou Fortran, est un avantage pour le traitement des données et la mise en œuvre de la modélisation théorique. Enfin, une grande rigueur scientifique, un bon niveau d'anglais ainsi qu'une aptitude confirmée au travail en équipe sont essentiels pour s'intégrer efficacement au sein du consortium ANR-EXOBIOLAM et valoriser les résultats à l'échelle internationale.
The candidate must hold a Master's degree in Physics or Physical Chemistry, with a strong specialization in molecular spectroscopy. This research project requires a solid background in quantum mechanics for the analysis of complex energy structures, as well as proficiency in advanced experimental instrumentation (optics, vacuum systems, THz sources). Mastery of programming tools, particularly Python or Fortran, is an advantage for data processing and the implementation of theoretical modeling. Finally, strong scientific rigor, a good level of English, and a proven ability to work in a team are essential to integrate effectively into the ANR-EXOBIOLAM consortium and to promote the results on an international scale.