Thèse Multifonctionnalité et Adaptation des Structures Naturelles Étude des Propriétés Physico-Chimiques Optiques et Thermiques des Élytres d'Insectes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Toulouse
École doctorale : SDM - SCIENCES DE LA MATIERE - Toulouse
Laboratoire de recherche : CEMES - Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales
Direction de la thèse : Marzia CARRADA ORCID 0000000188286805
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-06-01T23:59:59

Les cuticules d'insectes sont des structures multifonctionnelles complexes. Elles assurent la protection mécanique, la régulation de l'humidité, la thermorégulation, mais aussi la résistance au rayonnement ultraviolet et la communication visuelle à travers la couleur. Cependant, l'étude intégrée de leurs propriétés physiques, chimique et structurales reste largement inexplorée. Les coccinelles (Coleoptera : Coccinellidae), comprenant plus de 6000 espèces, sont particulièrement adaptées explorer la multifonctionnalité des structures cuticulaires. En occupant une grande diversité d'habitats et de niches écologiques à l'échelle mondiale, elles présentent des adaptations morphologiques et une forte variabilité biochimique influençant la composition de leur cuticule. La plupart des recherches sur leurs propriétés se sont concentrées sur la coloration visible et en particulier sur les fonctions écologiques de celle-ci, tandis que les propriétés optiques dans l'ultraviolet et celles dans l'infrarouge, cruciales pour la thermorégulation, restent inexplorées. Les propriétés mécaniques sont également mal caractérisées.
Nos travaux précédents [1] ont montré que la réponse optique des élytres de coccinelle dépend à la fois de leur structuration à l'échelle micro et nanométrique et des propriétés chimiques et physiques de leurs matériaux constitutifs. Ce sont des matériaux composites multifonctionnels dont les propriétés chimiques, optiques, thermiques et mécaniques sont étroitement interdépendantes. Comprendre comment cette multifonctionnalité émerge, se diversifie et s'adapte selon les espèces constitue la question centrale à laquelle ce travail se propose de répondre. L'objectif principal est d'explorer les dimensions optiques et thermiques de la multifonctionnalité des élytres et d'étudier leur lien avec leur organisation structurale et leur composition. Les propriétés mécaniques pourront être abordées de manière secondaire, mais ne constituent pas le coeur du sujet.
Dans ce cadre, seront étudiées les propriétés optiques (réflectance, absorbance, émissivité) des élytres dans les domaines ultraviolet, visible et infrarouge. La microstructure sera analysée par microscopie électronique en transmission (MET). L'analyse chimique avancée sera effectuée dans le cadre de collaboration, mais la spectroscopie Raman et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) seront utilisées au laboratoire pour identifier des signatures moléculaires de manière non destructive. Cette étude expérimentale sera accompagnée d'une modélisation des interactions lumière-matière.

Ce projet s'inscrit dans le cadre d'un projet interdisciplinaire à l'interface entre physique de la matière condensée, optique, chimie avancée et écologie, et a pour ambition de comprendre comment la multifonctionnalité et les propriétés physiques et chimiques des systèmes naturels sont déterminées de la structure et de la composition en fonction de leur variabilité inter- et intraspécifique. Dans ce cadre, le/la doctorant(e) sera amené(e) à collaborer avec les collègues écologues du laboratoire CRBE et les chimistes du laboratoire Pharma-Dev de Toulouse.

La/le candidat(e) doit être titulaire d'un master en physique des matériaux ou équivalent. Idéalement, elle/il doit également avoir des compétences en techniques expérimentales et en programmation. Des connaissances en sciences du vivant seraient un atout.