Thèse soutenue

Fonctionnalisation de guides d'onde chalcogénures pour la détection de spores phytopathogènes
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Auteur / Autrice : Bruno Robert
Direction : Caroline VigreuxCsilla Gergely
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Chimie séparative, matériaux et procédés
Date : Soutenance le 22/11/2021
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences Chimiques (Montpellier ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Gerhardt (Montpellier ; 2006-....)
Jury : Président / Présidente : Annie Pradel
Examinateurs / Examinatrices : Caroline Vigreux, Csilla Gergely, Annie Pradel, Frédéric Lerouge, Jocelyne Brendlé, Lionel Presmanes
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Lerouge, Jocelyne Brendlé

Mots clés

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Résumé

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Les maladies fongiques des plantes sont causées par des champignons dont la présence sur les exploitations agricoles nécessite des traitements fongicides préventifs. En effet, ces parasites se propagent rapidement, et les signes visibles sur les exploitations - comme la présence de tâches sur les feuilles - n’apparaissent que plusieurs jours après l’infection. La réduction de l’utilisation de ces produits phytosanitaires passe donc par une détection plus précoce des maladies. C’est dans ce contexte que s’inscrit ce travail de thèse, dont l’objectif est d’étudier la faisabilité de micro-capteurs optiques pour détecter les spores des champignons phytopathogènes. Les spores sont en effet responsables de l’infection primaire et de la propagation des maladies, et constituent donc naturellement la cible privilégiée. Les briques de base des micro-capteurs optiques envisagés sont des guides d’onde rubans de structure RIB à base de couches minces chalcogénures Ge-Se-Te. Le principe de détection repose sur l'interaction entre les spores immobilisées sur les guides et l'onde évanescente qui se propage à leur surface. Cette interaction est en effet susceptible de modifier la transmission du signal infrarouge à travers les guides, notamment via des phénomènes d’absorption ou de diffusion. La difficulté de cette stratégie réside dans la sélectivité de la mesure. Quelle chimie de surface peut permettre l’immobilisation sélective des spores d’un champignon à risque ? Comment distinguer les spores d'un pathogène du reste de l'aérosol ?Pour répondre à la première question, la fonctionnalisation des couches Ge-Se-Te a été étudiée. Deux familles de précurseurs ont été identifiées : (i) les peptides, qui s’accrochent aux chalcogénures via de multiples interactions faibles, et (ii) les organosilanes, qui s’accrochent de façon covalente, vraisemblablement via la formation de groupements Te-O-Si. D’après la littérature, les spores des maladies fongiques s’immobilisent préférentiellement sur les surfaces hydrophobes : nous avons donc ensuite modifié le caractère hydrophile-hydrophobe des couches minces Ge-Se-Te via les précurseurs organosilanes. Les tests d’immobilisation ont, comme attendu, démontré une plus forte affinité des spores pour les couches rendues plus hydrophobes. Nous avons alors élaboré deux protocoles permettant de rendre les guides d’onde plus hydrophobes d’une part, et les zones situées entre deux guides d’onde voisins plus hydrophiles d’autre part. Les tests d’immobilisation des spores ont montré que ces deux protocoles permettaient bien d’augmenter le taux de spores immobilisées sur les guides d’onde. Pour répondre à la deuxième question, nous nous sommes ensuite intéressés à l’analyse spectrale des spores de Magnaporthe oryzae (responsable de la pyriculariose du riz). En espace libre, l’étude dans la gamme du proche infrarouge (1-2,5 µm) a mis en évidence un phénomène de diffusion de Mie très important. Il sera donc difficile d’obtenir des capteurs sélectifs à partir de l’exploitation de ces seuls spectres de diffusion. Le domaine de moyen-infrarouge (2,5-15 µm) s’est avéré plus intéressant, révélant de nombreuses absorptions spécifiques. Nous avons conclu ce travail par l’étude de la réponse optique des guides d’onde vis-à-vis du dépôt de spores de Magnaporthe oryzae sur leur surface, dans la gamme de longueurs d’onde 1-2,5 µm. Il a été démontré que le dépôt de ces spores perturbait le spectre en transmission. Cette perturbation de faible intensité - expliquant 0,015 % des variations observées - a été mise en évidence grâce à une analyse en composantes principales. Ce résultat est certes encourageant, mais il sera nécessaire d’augmenter la sensibilité des micro-capteurs : en optimisant le caractère hydrophile/hydrophobe de leur surface, leur géométrie, et en stabilisant l’injection de la lumière en face d’entrée. L’utilisation du moyen infrarouge permettra ensuite d’aller vers des micro-capteurs sélectifs.