Développement de la ptychographie vectorielle pour la microscopie quantitative de matériaux anisotropes

Development of vectorial ptychography for quantitative microscopy of anisotropic materials

• Auteur / Autrice : Arthur Baroni
• Direction : Patrick Ferrand, Virginie Chamard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Optique, photonique et traitement d'image
• Date : Soutenance le 22/10/2020
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Fresnel (Marseille, France)
• Jury : Président / Présidente : Miguel Alonso
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Bon, Patrice Genevet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ian K. Robinson, Olivier Haeberlé

Mots clés

Mots clés contrôlés

Huître perlière à lèvres noires

Anisotropie

Minéralisation (biologie)

Ptychographie

Microscopie

Stéréologie

Optique

Mots clés libres

Biominéraux

Ptychographie

Phase

Polarisation

Microscopie

Anisotropie

Biominerals

Ptychography

Phase

Polarisation

Microscopy

Anisotropy

Résumé

Les biominéraux sont les minéraux produits par certains organismes vivants. Ils présentent des propriétés remarquables en termes de structure et de résistance mécanique. Ce travail s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche visant à étudier leur synthèse naturelle, appelée biominéralisation, avec comme système d'étude la coquille de l'huître perlière Pinctada Margaritifera. Cette coquille est constituée de prismes de calcite, un biominéral biréfringent dont l'étude en microscopie optique est particulièrement délicate. Ce travail a consisté à développer une nouvelle méthode de microscopie computationnelle, appelée ptychographie vectorielle, permettant de cartographier les propriétés optiques des matériaux biréfringents. On a ainsi pu mesurer les orientations cristallines des prismes, et mettre en évidence des défauts d'empilement. La puissance et la versatilité de la méthode ont également été illustrées pour l'imagerie de méta-hologrammes et de faisceaux complexes emblématiques

Biominerals are minerals produced by some living being. They present remarkable structural and mechanical properties. This work is part of a research project aiming at a better understanding of their natural growth process, named biomineralization, with the pearl oyster Pinctada Margaritifera as study model. Its shell is made of calcite prisms, a birefringent biomineral particularly difficult to study in optical microscopy. During this work, we have developed a new computational microscopic method called vectorial ptychography, allowing to map the optical properties of birefringent materials. We succeeded in measuring the crystalline orientations in calcite prisms and highlight some of their structural defects. The power and versatility of the method were also demonstrated for imaging meta-holograms and convoluted emblematic vectorial field