Durée
20h Th, 5h Pr
Nombre de crédits
Enseignant
Coordinateur
Langue(s) de l'unité d'enseignement
Langue anglaise
Organisation et évaluation
Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier
Horaire
Unités d'enseignement prérequises et corequises
Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme
Contenus de l'unité d'enseignement
Le cours illustre les applications récentes de la spectroscopie moléculaire avancée dans le domaine optique (UV-Vis-NIR-MIR) et introduit les bases de la conception instrumentale ainsi que du traitement de données spectrales. Orienté vers les besoins des chimistes, il relie les principes théoriques aux aspects pratiques de la construction d'instruments et de l'exploitation de jeux de données complexes. Le cours s'articule autour de 7 leçons théoriques (2h) et de 2 séances pratiques (4h), pour un total de 22h, couvrant les sujets suivants :
Leçon 1. Rappels fondamentaux de spectroscopie optique (UV-Vis-IR) : Transitions et règles de sélection, mécanismes d'élargissement des raies (naturel, thermique, instrumental), qualité spectrale et rapport signal-sur-bruit (S/N).
Leçon 2. Instrumentation, Sources de lumière et Détecteurs : rappels sur les principales sources lumineuses et détecteurs pour la spectroscopie dans le but de faire un choix éclairé selon l'application chimique. Analyse de leurs caractéristiques techniques telles que rendements quantiques, bruits et dynamique de réponse.
Leçon 3 & 4. Conception optique des spectromètres : Exploration des architectures instrumentales et de leurs performances, résolution spectrale (point detectors et détecteurs matriciels), résolution spatiale (objectifs réfractifs et réfléchissants), confocalité et imagerie spectrale.
TP1. Construction et alignement d'un spectromètre : alignement de composants optiques, calibration et acquisition de spectres.
Leçon 5. Prétraitement des spectres : préparation des données spectrales, estimation du rapport signal/bruit, lissage, correction de ligne de base, dérivation et soustraction spectrale. Présentation des bases de données spectrales et de leur utilisation.
Leçon 6. Analyses chimiométriques : présentation des approches statistiques multivariées de traitement des données spectroscopiques, analyses exploratoires non supervisées (PCA) et introduction aux régressions/classifications supervisées (PLS, PLS-DA). Introduction à la résolution multivariée (MCR).
Leçon 7. Spectroscopies résolues dans le temps et imagerie avancée : Fluorescence résolue en temps, spectroscopies multiphotoniques et introduction aux méthodes pompe-sonde.
TP2. Traitement et analyse chimiométrique sur PC : Prétraitement de spectres bruts, mise en œuvre de la PCA et de la PLS sur des jeux de données réels (suivi de réaction, discrimination de mélanges).
Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement
À l'issue de cette unité d'enseignement, les étudiants seront capables de :
- Élaborer une stratégie globale de caractérisation spectroscopique (UV-Vis-NIR-MIR) et de traitement du signal adaptée à un échantillon ou un problème chimique donné.
- Sélectionner les composants optiques adéquats (sources, détecteurs, architectures) en fonction des contraintes de résolution, de sensibilité et du domaine spectral.
- Concevoir, aligner et étalonner un banc d'acquisition spectroscopique à l'échelle du laboratoire.
- Mettre en œuvre une chaîne de prétraitement de données brutes et appliquer des méthodes chimiométriques multivariées (PCA, PLS) pour l'analyse qualitative ou quantitative.
Savoirs et compétences prérequis
Notions fondamentales de spectroscopie moléculaire générale et d'optique géométrique (niveau Bloc 3 en chimie ou physique). Des bases élémentaires en algèbre linéaire ou en statistiques sont un plus.
Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement
Le cours combine enseignements magistraux et apprentissage par la pratique :
- Leçons théoriques (7 × 2h = 14h) : Présentation des concepts fondamentaux, des technologies d'instrumentation et des algorithmes de traitement de données.
- Travaux pratiques (2 × 4h = 8h) : assemblage, alignement optique et étalonnage d'un spectromètre, traitement de données spectrales complexes et modélisation multivariée sur poste informatique à l'aide de logiciels spécialisés.
Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)
Cours donné exclusivement en présentiel
Supports de cours, lectures obligatoires ou recommandées
Les étudiants auront une copie des présentations de cours ainsi que des notes de cours.
Modalités d'évaluation et critères
Examen(s) en session
Toutes sessions confondues
- En présentiel
évaluation orale
Travail à rendre - rapport
Interrogation(s) hors session
Informations complémentaires:
Les étudiants devront mener à bien un mini-projet qui consistera en l'alignement d'un mini-instrument permettant d'enregistrer des données spectrales et à les analyser des données spectrales complexes avec les outils mis à leur disposition. Les étudiants seront évalués sur base d'une présentation des résultats obtenus à partir des données spectrales (qui leurs seront soit fournies dans ce cours, soit issues de leur travaux de fin d'étude - mémoire) et des traitements adéquats du signal.
Les modalités restent les mêmes pour l'évaluation de septembre si la cote est inférieure à 10/20 en juin.
Stage(s)
Remarques organisationnelles et modifications principales apportées au cours
Le cours est donné en anglais.
Contacts
Prof. Gauthier EPPE
Département de Chimie, Bât B6c (bureau 1/8), Allée du 6 aout, 11 à 4000 Liège
Tél: +32 4366.34.22; e-mail : g.eppe@uliege.be
Dr. Cédric MALHERBE
Département de Chimie, Bât B6c (bureau 1/9), Allée du 6 aout, 11 à 4000 Liège
Tél: +32 4366.36.47; e-mail : c.malherbe@uliege.be