Livret THESES DAM 2025

Summary

Direction des applications militaires Liens utiles : https://www.cea.fr/ https://www-dam.cea.fr/ https://www.emploi.cea.fr/ rubrique « Consulter nos sujets de Thèses » https://instn.cea.fr/these/ E-mail (candidature spontanée) : [email protected] Page 2 Vous êtes actuellement en formation bac+5 et démarrez votre recherche active pour réaliser un doctorat ? Ce recueil est fait pour vous ! Il recense, classé par domaine de compétences, l’ensemble des sujets de thèses proposés à ce jour par les équi…

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Direction des applications militaires

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Liens utiles : https://www.cea.fr/ https://www-dam.cea.fr/ https://www.emploi.cea.fr/ rubrique « Consulter nos sujets de Thèses » https://instn.cea.fr/these/ E-mail (candidature spontanée) : [email protected] Page 2

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Vous êtes actuellement en formation bac+5 et démarrez votre recherche active pour réaliser un doctorat ? Ce recueil est fait pour vous ! Il recense, classé par domaine de compétences, l’ensemble des sujets de thèses proposés à ce jour par les équipes de la Direction des applications militaires (DAM) du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). S’ENGAGER POUR LA DÉFENSE ET LA SÉCURITÉ DE LA FRANCE Depuis plus de 60 ans, les hommes et les femmes de la DAM contribuent, par leur engagement et leur sens du service, au maintien de la capacité de dissuasion de la France en relevant chaque jour des défis scientifiques et techniques pour assurer ensemble la réalisation des programmes de défense que leur confie l’Etat. PARTICIPER À DE GRANDS PROJETS À LA POINTE DE LA SCIENCE ET DE LA TECHNOLOGIE Vous aspirez à apporter votre contribution à de grandes missions de Défense tout en poursuivant une activité de recherche de haut niveau ? Rejoignez-nous ! Quel que soit le domaine scientifique ou technique qui vous intéresse, de la physique de la matière à la chimie en passant par les mathématiques appliquées, les sciences de l’information, l’optique, la mécanique des structures, la mécanique des fluides, l’électronique, la neutronique, le traitement du signal, la détection ou encore la propagation des ondes qu’elles soient électromagnétiques, infrasonores ou sismiques…, que vous soyez attiré(e) plutôt par la théorie, l’expérimentation, le numérique ou la technologie, le CEA/DAM peut vous proposer des sujets d’étude répondant à vos centres d’intérêt et à votre souhait de développement de compétences qu’elles soient en lien direct avec le domaine scientifique approfondi durant le doctorat ou transverses (« soft skills »).. ACCÉDER À DES ÉQUIPEMENTS DE RECHERCHE AU MEILLEUR NIVEAU MONDIAL Vous bénéficierez d’un environnement de recherche exceptionnel en termes de moyens disponibles : centres de calcul (EXA1, Très Grand Centre de Calcul…) équipés de calculateurs pétaflopiques, voire de classe exaflopique, et d’outils logiciels nécessaires à leur utilisation intensive, développés en mode collaboratif et en open Source, moyens d’expérimentation dont les performances sont au meilleur niveau mondial, qu’ils soient de taille considérable comme le Laser MégaJoule couplé au laser Pétawatt PETAL implanté près de Bordeaux, ou que ce soit des installations de dimensions plus réduites et exploitées dans chacun des centres en fonction des thématiques scientifiques, moyens de recherche et développement de procédés en chimie qu’elle soit organique ou inorganique ou encore dans le domaine des matériaux, nucléaires ou non, moyens de caractérisation, moyens de test aux environnements… SE FORMER ET CONSTRUIRE VOTRE PROJET PROFESSIONNEL Dans de nombreux domaines scientifiques, vous pourrez bénéficier, pour réaliser votre projet de recherche, d’interactions avec plusieurs laboratoires et équipes en France ou à l’étranger en vous appuyant sur les nombreuses collaborations dans lesquelles les ingénieurs-chercheurs et techniciens du CEA/DAM sont des acteurs de premier plan. Celles-ci leur permettent d’être associés, en France ou à l’étranger, à des projets impliquant des équipes venues de différents pays, comme du co-développement d’outils logiciels ou des expériences, mais aussi d’être des acteurs majeurs du déploiement et de l’exploitation de réseaux internationaux comme par exemple le réseau international de surveillance déployé dans le cadre du traité d’interdiction complète des essais nucléaires… Cet environnement passionnant et stimulant est un formidable atout pour la réussite de vos travaux de thèse. Vous constaterez à la lecture du recueil que les thèses proposées bénéficient d’un co-encadrement, généralement par deux experts, un du CEA/DAM et un choisi au sein du monde académique. Un suivi du bon déroulement de la thèse et de l’avancement des travaux réalisés est également mené chaque année par l’Institut national des sciences et techniques nucléaires (INSTN). L’ensemble de ces éléments concourent à un encadrement de qualité et à un suivi rigoureux du (de la) doctorant(e) et sont autant de conditions favorables à la réussite de votre travail de thèse ainsi qu’à l’élargissement de votre réseau professionnel initié pendant vos stages antérieurs ou votre année de césure. Certaines thèses peuvent faire l’objet d’un parcours dans un laboratoire français ou étranger avec lequel des coopérations existent. Si de plus vous êtes intéressé(e) par un complément de formation aux Etats-Unis à l’issue de votre thèse, sous forme d’un post-doctorat par exemple, le CEA/DAM propose, au travers de ses collaborations établies avec les laboratoires de haut niveau du Department Of Energy, de vous accompagner dans cette démarche et de vous en faciliter l’accès. Page 3

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L’accompagnement dont vous pourrez bénéficier tout au long de votre thèse au sein du CEA, notamment grâce aux différentes formations proposées par l’INSTN, vous seront particulièrement utiles pour parfaire vos compétences transverses, faire murir votre projet professionnel et permettre sa réalisation concrète à l’issue du doctorat. VALORISER VOS TRAVAUX DE THESE L’excellence scientifique et technique des équipes du CEA/DAM se matérialise également par une production scientifique considérable, de plus de 400 publications par an dans des revues internationales à comité de lecture de premier plan, par une capacité d’innovation concrétisée notamment par une trentaine de brevets déposés chaque année, par des logiciels informatiques en open source ou encore par des outils de simulation physique du meilleur niveau mondial développés en collaboration. Elle se traduit également par une très forte visibilité des équipes du CEA/DAM au sein du monde académique, grâce notamment aux collaborations déjà mentionnées avec les meilleures équipes françaises (implication dans des projets collaboratifs, participation aux groupes de recherche…) et internationales. Immergé(e) au sein de telles équipes, vous serez encouragé(e) à valoriser votre travail, au travers de présentations dans des séminaires, congrès, workshops, que ce soit en France ou à l’étranger, et de publications dans les revues à comité de lecture afin de donner à vos résultats toute la visibilité qu’ils méritent et ainsi mettre en lumière les compétences et connaissances que vous aurez acquises et qui seront importantes pour votre futur parcours professionnel. Les perspectives de recrutement sont toujours nombreuses au CEA/DAM, soutenues par des besoins importants d’ingénieurs et de docteurs en sciences et techniques liés d’une part à de nombreux départs en retraite et d’autre part à l’évolution des activités vers le développement et la maîtrise de techniques toujours plus pointues et à l’élargissement de la démarche de simulation à de nombreux projets. Pour être à même de réaliser, dans le respect des délais et avec le niveau de performances requis, l’ensemble des travaux nécessaires aux projets à long terme que l’Etat lui a confiés, le CEA/DAM s’appuiera sur des hommes et des femmes de talent, recrutés parmi les viviers constitués grâce à l’accueil régulier de stagiaires, alternant(e)s, doctorant(e)s et post-doctorant(e)s. Je vous invite à parcourir avec attention le recueil des sujets de thèse déjà disponibles à ce jour, que vous trouverez également sur le site Internet du CEA/DAM (http://www-dam.cea.fr/dam). Les offres sont par ailleurs publiées individuellement sur le site de l’INSTN (http://www-instn.cea.fr/formations/formation-par-la- recherche/doctorat/liste-des-sujets-de-these.htm). Prenez contact avec les responsables des sujets qui vous intéressent pour obtenir auprès d’eux des précisions et également échanger sur vos centres d’intérêt et les conditions de déroulement du travail de thèse proposé. De nouveaux sujets pourront être ajoutés au fil des mois, en fonction de l’avancée des travaux de recherche et développement menés et des besoins de recherche identifiés. Je vous encourage à consulter régulièrement les sites indiqués pour y trouver la mise à jour des listes de sujets proposés. Je vous précise que le financement est acquis pour tous les sujets publiés par le CEA/DAM. Initier votre projet de recherche par la réalisation d’un stage au sein d’un de nos laboratoires est une excellente démarche permettant d’une part de vous conforter dans votre choix de vous engager pour 3 ans dans une thèse et d’autre part, de prendre en main le sujet à traiter et de réaliser des premières études. Je vous invite à parcourir en parallèle nos offres de stage publiées sur le portail emploi du CEA (https://www.emploi.cea.fr) et sur le site DAM ; plusieurs sont d’ores et déjà affichées comme pouvant déboucher sur une thèse. Participant à la protection nationale, une enquête administrative est réalisée pour tous les salariés du CEA afin d’assurer l’intégrité et la sécurité de la nation. Conformément aux engagements pris par le CEA en faveur de l’intégration des personnes en situation de handicap, les offres de postes au CEA sont ouvertes à tous et toutes. A très bientôt au CEA/DAM ! Laurence BONNET Chargée de mission relations école/université et formation par la recherche Page 4

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Les centres CEA / DAM Page 5

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Le CEA/Cesta Le CESTA est un des 5 centres de recherche et de développement technologique de la Direction des Applications Centre d’études scientifiques et techniques d’Aquitaine Militaires du CEA. Il rassemble 1000 salariés sur un site de 700 hectares au cœur de la Nouvelle Aquitaine, au sud de la Site Web : https://www-dam.cea.fr/cesta Gironde, entre Bordeaux et Arcachon. Page 6

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Le CEA/DAM Île-de-France (CEA DIF) Site Web : https://www-dam.cea.fr/damidf Le centre CEA DAM-Île de France est un des cinq centres de la Direction des applications militaires (DAM) du CEA. Ses 2 000 salariés – ingénieurs, chercheurs, techniciens, doctorants, partenaires… - sont mobilisés sur des missions au cœur de la dissuasion nucléaire française, ont en charge la surveillance de risques nationaux (terrorisme, séisme et tsunamis…) et du respect des traités internationaux, ou encore l’ingénierie de grandes installations pour la Défense. Le centre CEA DIF accueille également le Très Grand Centre de calcul du CEA, campus des savoir-faire en Calcul Haute Performance en France, et qui héberge les supercalculateurs de classe mondiale. À proximité immédiate du complexe scientifique du plateau de Saclay, le CEA DIF est en interaction directe avec l’Université Paris Saclay et l’Institut Polytechnique de Paris. Ses équipes proposent des thèses, stages ou alternances dans le domaine de l’informatique, des mathématiques, de la physique des plasmas, de la physique de la matière condensée, de la chimie, de l’électronique, de l’environnement ou encore de la géophysique. LES MISSIONS AU CŒUR DE LA DISSUASION NUCLÉAIRE  La conception des armes nucléaires françaises, et la garantie de leur fiabilité et de leur sûreté, en s’appuyant sur le programme simulation.  L’alerte auprès des autorités, 24h sur 24 et 365 jours par an, en cas d’essai nucléaire étranger, de séisme sur le territoire national et de séisme majeur à l’étranger, ainsi que de tsunami survenant dans la zone euro- méditerranéenne.  La maîtrise d’œuvre d’ingénierie et l’assistance à maîtrise d’ouvrage pour la construction et le démantèlement Simulation numérique d’ouvrages complexes.  La lutte contre la prolifération et le terrorisme nucléaire en contribuant au respect du Traité d’interdiction complète des essais nucléaires (Tice) et du Traité de non-prolifération (TNP). DES RESSOURCES INÉGALÉES Le centre CEA DAM Île-de-France est aujourd’hui reconnu comme un leader européen en calcul numérique haute performance et en calcul intensif. Supercalculateur Joliot-Curie du Très grand centre de calcul du CEA Il exploite le Très grand centre de calcul du CEA (TGCC), ouvert à la communauté académique et industrielle. Le TGCC est l’un des composants du technopôle Teratec, premier espace français – et l’un des plus grands d’Europe – entièrement consacré à la simulation et au calcul haute performance. Page 7

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Le CEA/Le Ripault Site Web : https://www-dam.cea.fr/ripault Un pôle de compétences unique pour l’étude et la conception de matériaux performants et innovants Le CEA Le Ripault est situé à Monts, près de Tours, en Région Centre Val de Loire. Il rassemble, au profit de la Direction des applications militaires (DAM) du CEA, tous les métiers et les compétences scientifiques et techniques nécessaires à la mise au point de nouveaux matériaux et de systèmes, depuis leur développement jusqu’à leur industrialisation : • Ingénierie moléculaire & Synthèse • Microstructures & Comportements • Conception & Calculs • Prototypage & Métrologie • Fabrication & Traitement de surface • Caractérisation & Expertise Missions : Les salariés du Ripault unissent leurs compétences et leurs talents pour : RÉPONDRE AUX ENJEUX DE LA DISSUASION NUCLÉAIRE • Armes nucléaires • Lutte contre la prolifération nucléaire • Réacteurs nucléaires de propulsion navale SURVEILLER, ANALYSER ET INTERVENIR POUR LA SÉCURITÉ CONTRIBUER À L’EXCELLENCE DE LA RECHERCHE ET À LA COMPÉTITIVITÉ DE L’INDUSTRIE Le CEA/Le Ripault propose des stages, alternances, thèses et des post-doctorats d’excellence dans les domaines des matériaux organiques, céramiques et composites, de l’électromagnétisme, des systèmes énergétiques bas carbone, des procédés de fabrication innovants et dans celui des matériaux énergétiques. Une plateforme d’innovation est à disposition des salariés pour y mener des projets transversaux autour de la qualité de vie au travail, de la sobriété énergétique et de l’industrie du futur… Page 8

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Le CEA/Gramat Site Web : http://www-dam.cea.fr/gramat Gramat, la recherche au service de la Défense nationale Situé dans la région Occitanie - Pyrénées Méditerranée, le site de Gramat compte 250 salariés et s’étend sur plus de 300 hectares. Ses activités sont organisées autour de trois domaines d’applications : Dissuasion - Défense conventionnelle et Sécurité civile. Dans ces trois domaines, le CEA Gramat a la charge des études de vulnérabilité et de durcissement (capacité à résister à une agression) des systèmes d’armes face à des agressions nucléaires ou conventionnelles. A ce titre, il étudie notamment la vulnérabilité et la protection des installations vitales civiles et militaires de la nation. Pour accomplir leurs missions, les équipes exploitent des moyens d’expertise de très haut niveau, qu’il s’agisse de simulations numériques haute performance ou de plateformes d’expérimentation physique uniques en France et en Europe. Les domaines scientifiques étudiés sont très vastes et se rapportent à de nombreuses branches de la physique théorique ou expérimentale : mécanique des fluides et des structures, comportement dynamique des matériaux, détonique (science des explosifs), thermique, Vue expérimentale et simulation numérique d’une boule de feu électromagnétisme, électronique, interactions (explosif en détonation) rayonnement-matière, physique des plasmas, métrologie… Douceur de vivre Le centre CEA Gramat est au cœur du Parc naturel régional des Causses du Quercy, situé entre Rocamadour et Padirac dans le Lot. Côté nature, des paysages typiques du Lot sont d’une grande diversité. Côté loisirs, randonnées, canoé sur la Dordogne, sport, culture, festivals… des activités pour tous les goûts. Côté transport, le centre CEA Gramat est situé entre Brive (aéroport et gare) et Toulouse (aéroport). Côté papilles, le célèbre Rocamadour, le foie gras ou la truffe sont les produits phares du Lot. Sur le centre CEA Gramat, une conciergerie et une Association locale vous proposent divers services et activités culturelles, sportives et musicales. Un rayonnement régional attractif Afin de développer son niveau scientifique, le Centre s’appuie sur de nombreuses universités françaises (Limoges, Toulouse, Rennes…) et sur de grandes écoles d’ingénieurs (Ecole Polytechnique, Ecole des Mines…). Les ingénieurs du centre participent aux Pôles de compétitivité Aerospace Valley (Occitanie – Nouvelle Aquitaine, aéronautique, systèmes embarqués), et ALPHA Route des Lasers et Hyperfréquences (Nouvelle Aquitaine, lasers, micro-ondes et réseaux). Au niveau régional, le CEA Gramat développe ses partenariats avec les écoles doctorales et les laboratoires des régions proches. Cela se traduit par la création de Laboratoires de Recherche Conventionnés (LRC) permettant de renforcer les compétences de chacune des parties en matière de recherche académique et de recherche appliquée. Ces collaborations se concrétisent par une récurrence d’une quinzaine de doctorants, d’une vingtaine d’apprentis et d’une vingtaine de stagiaires présents sur le site. Simulation électromagnétique d’un quartier de ville Chambre Anéchoïque Les thèses proposées au CEA/Gramat concernent les domaines de l’électromagnétisme, de l’électronique, de la détonique (science des explosifs), de la dynamique des structures, de l’expérimentation et de la simulation numérique. Page 9

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Le CEA/Valduc Site Web : https://www-dam.cea.fr/valduc Page 10

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LISTE DES THÉMATIQUES DES THÈSES 2025 ET NOMBRE D’OFFRES PAR THÉMATIQUE PHYSIQUE CORPUSCULAIRE ET COSMOS (6 offres) Page 13  PHYSIQUE DES ACCÉLÉRATEURS  PHYSIQUE DES PLASMAS ET INTERACTIONS LASER-MATIÈRE PHYSIQUE DE L’ÉTAT CONDENSÉ, CHIMIE ET NANOSCIENCES (12 offres) Page 21  CHIMIE PHYSIQUE ET ÉLECTROCHIMIE  MATIÈRE ULTRA-DIVISÉE, PHYSICO-CHIMIE DES MATÉRIAUX  PHYSIQUE ATOMIQUE ET MOLÉCULAIRE  PHYSIQUE DU SOLIDE, SURFACES ET INTERFACES  PHYSIQUE MÉSOSCOPIQUE PHYSIQUE THÉORIQUE (4 offres) Page 35  PHYSIQUE NUCLÉAIRE  PHYSIQUE THÉORIQUE SCIENCES POUR L’INGÉNIEUR (14 offres) Page 41  ÉLECTROMAGNÉTISME - ÉLECTROTECHNIQUE  ÉNERGIE, THERMIQUE, COMBUSTION, ÉCOULEMENTS  MATÉRIAUX ET APPLICATIONS  MÉCANIQUE, ÉNERGÉTIQUE, GÉNIE DES PROCÉDÉS, GÉNIE CIVIL  MÉTROLOGIE  OPTIQUE – OPTIQUE LASER – OPTIQUE APPLIQUÉE Page 11

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PHYSIQUE CORPUSCULAIRE ET COSMOS Page 13

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Modélisation de la dynamique des faisceaux Physique des accélérateurs d’électrons dans les accélérateurs linéaires à induction Contexte : Cette thèse s’intéresse à la modélisation enveloppe et DIRECTEUR DE THESE Particle-In-Cell (PIC) de la dynamique des faisceaux intenses d’électrons dans les accélérateurs à induction (LIA) et à la validation expérimentale de ROUSSEAU Patrick ce modèle. Les LIA utilisés en radiographie éclair transportent des prousseau@ganil,fr faisceaux d’électrons impulsionnels (quelques dizaines de nanoseconde) à la fois intense (plusieurs kA) et de haute énergie (environ 20 MeV) afin ECOLE DOCTORALE de produire une source pénétrante de rayonnement X de faibles dimensions spatiales par rayonnement de freinage sur un matériau dense. 591 Le faisceau initialement produit à une énergie proche de 4 MeV est injecté Physique, Sciences de dans la ligne accélératrice où les électrons acquièrent progressivement de l’Ingénieur, Matériaux, Energie l’énergie en passant au niveau des gaps accélérateurs de cellules à induction. Dans un LIA, la compréhension et la maîtrise de la dynamique (PSIME) des faisceaux d’électrons sont nécessaires au succès d’une Université de Caen Normandie expérimentation réalisée dans des conditions extrêmes. Campus 2 UFR des Sciences Objectif de la thèse : De nombreuses propriétés d’intérêt du faisceau Bâtiment sciences 3 – bureau S3 d’électrons (dimension, position, quantité de mouvement, énergie, émittance) contribuent aux caractéristiques de la source de rayonnement 104 X, elles-mêmes directement reliées à la qualité de la radiographie finale. Boulevard Maréchal Juin · CS Les énergies et les intensités des faisceaux sont telles que les forces auto- 14032 · 14032 Caen cedex 5 induites jouent un rôle clé dans leur dynamique. Les codes de simulations contribuent de manière significative à la compréhension et à la maitrise de la dynamique du faisceau. Aujourd’hui, l’étude de cette dynamique est majoritairement réalisée avec des codes enveloppe qui permettent de ENCADRANT l’appréhender macroscopiquement et qui fournissent un formalisme intéressant d’un point de vue opérationnel pour régler le transport du faisceau. La méthode PIC, complémentaire de l’approche enveloppe, est DELAUNAY Rudy également utilisée pour simuler la dynamique du faisceau. Elle permet une [email protected] description plus complète de la physique mise en jeu dans les LIA [1] en reproduisant la quasi-totalité des phénomènes (accroissement d’émittance, évolution des distributions des particules, développement des instabilités de faisceau …) au prix cependant d’une importante mobilisation de ressources de calcul. De plus, elle permet d’appréhender les phénomènes mis en jeu lors d’un fonctionnement à plusieurs impulsions CENTRE [2]. Déroulement de la thèse : L’objectif de cette thèse est d’étudier par CEA Gramat modélisations enveloppe et PIC la dynamique des faisceaux intenses d’électrons BP 80200 – 46500 Gramat dans les accélérateurs à induction de l’installation EPURE et de valider ce modèle Tél : 05-65-10-54-32 expérimentalement. Cette étude permettra de quantifier et intégrer les phénomènes physiques participant à l’évolution des propriétés du faisceau lors de son transport. Les outils développés lors de cette étude serviront à optimiser et prédire le transport en intégrant notamment les instabilités de type Beam Break-Up, Corkscrew ou ion hose qui dégradent la qualité du faisceau d’électrons. L’étude de l’impact de ces différentes contributions sur le transport du faisceau permettra d’évaluer les performances d’un accélérateur fonctionnant en simple ou en multi-impulsions. Dans un premier temps, l’étudiant(e) se familiarisera aux codes PIC et enveloppe décrivant la dynamique des faisceaux dans les LIA en vue de les améliorer notamment au moyen d’algorithme génétique permettant d’optimiser le transport via les nombreux éléments de guidage du faisceau (solénoïdes, déviateurs …). Puis, l’évaluation et la prise en compte de phénomènes physiques complémentaires seront réalisées. Une validation du modèle de simulation sera ensuite faite à partir des données expérimentales obtenues sur les LIA de l’installation EPURE. Des stratégies de transports adaptées à des cas opérationnels et prospectifs multi- impulsions pourront être proposés sur les bases du modèle développé. [1] J.M. Plewa et al., “High power electron diode for linear induction accelerator at a flash radiographic facility”, Phys. Rev. Accel. Beams, 21, 070401 (2018). [2] R. Delaunay et al., “Dual-pulse generation from a velvet cathode with a new inductive voltage adder for x-ray flash radiography applications”, Phys. Rev. Accel. Beams, 25, 060401 (2022). Compétences souhaitées : Domaines de spécialité : interaction rayonnement matière, dynamique de faisceaux, physique des accélérateurs, programmation scientifique Méthodes et logiciels spécifiques : Python, C++ Page 14

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Modélisation cinétique non linéaire de l’interaction Physique des plasmas et laser-plasma interactions laser-matière Contexte : De nombreuses applications, telles que la fusion par DIRECTEUR DE THESE confinement inertiel, demandent de comprendre les mécanismes physiques liés à la propagation de faisceaux laser très BENISTI Didier énergétiques dans un plasma. En particulier, dans le cas de la [email protected] fusion, on veut quantifier le dépôt d’énergie laser sur une cible de Deutérium-Tritium cryogénique, et l’efficacité avec laquelle on peut ECOLE DOCTORALE comprimer cette cible pour déclencher les réactions de fusion. Or, 572 la propagation des faisceaux laser peut être entravée par plusieurs Ondes et Matière (EDOM) effets tels que la diffusion Brillouin stimulée qui entraîne la réflexion Université Paris Sud, Bat 510, d’une partie de l’énergie laser incidente. Par ailleurs, lorsque les faisceaux laser se croisent, ils peuvent échanger de l’énergie, ce 91405 ORSAY CEDEX qui peut dégrader la symétrie d’implosion. Le but de la thèse est d’obtenir une description cinétique non linéaire de ces mécanismes d’interaction laser-plasma en ENCADRANT s’inspirant de ce qui a déjà été fait dans le cadre d’une autre instabilité, la diffusion Raman stimulée. BENISTI Didier [email protected] Objectif de la thèse : Le but de la thèse est de résoudre de manière analytique les équations de Maxwell-Vlasov de manière à obtenir un modèle cinétique non linéaire de la diffusion Brillouin stimulée et de l’échange d’énergie par croisement de faisceaux. Ce modèle devra être suffisamment simple pour être incorporé dans notre code d’hydrodynamique radiative servant à dimensionner les CENTRE expériences sur le laser MégaJoule, à l’instar de ce qui a été réalisé dans le cadre de la diffusion Raman stimulée. Un des points clefs CEA DAM Île-de-France de cette modélisation est la détermination des propriétés cinétiques non linéaires d’une onde ionique, que l’on établira tout d’abord Bruyères-le-Châtel - 91297 lorsqu’il n’existe qu’une seule espèce d’ions, et que l’on Arpajon généralisera au cas multi-espèces. Cela permettra d’obtenir des Tél : 01-69-26-40-00 équations couplant la propagation des faisceaux laser à la croissance de l’onde ionique. Ces équations devront être assez générales pour tenir compte du lissage spatio-temporel des faisceaux du laser MégaJoule. Déroulement de la thèse : La première partie de la thèse consistera à établir les propriétés non linéaires d’une onde plasma ionique créée par laser lorsqu’il n’existe qu’une seule espèce d’ions. Cela nécessitera de calculer les fonctions de distribution électronique et ionique, le contenu en harmoniques de l’onde ainsi que sa relation de dispersion non linéaire. Dans l’idéal, cette première partie aura été largement défrichée lors d’un stage préalable. Elle sera complétée par la généralisation des résultats au cas multi-espèces. Dans la deuxième partie de la thèse, on établira la modélisation cinétique non linéaire de la diffusion Brillouin stimulée et de l’échange d’énergie par croisement de faisceaux. Cela impliquera d’écrire les équations couplant la propagation laser à la croissance de l’onde ionique. On le fera tout d’abord sans se préoccuper du lissage des faisceaux laser puis en en tenant compte. Compétences souhaitées : Physique des plasmas, Physique théorique, Méthodes numériques Méthodes et logiciels spécifiques : Programmation C++, FORTRAN Page 15

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Production d’électrons chauds par diffusion Raman Physique des plasmas et stimulée interactions laser-matière Contexte : De nombreuses applications, telle que la fusion par DIRECTEUR DE THESE confinement inertiel, demandent de comprendre les mécanismes physiques liés à la propagation de faisceaux laser très BENISTI Didier énergétiques dans un plasma. En particulier, dans le cas de la [email protected] fusion, nous souhaitons quantifier l’efficacité avec laquelle cette cible peut être comprimée pour déclencher les réactions de fusion. ECOLE DOCTORALE Or, lors de leur propagation, les faisceaux laser créent une onde 572 plasma qui croît au détriment de l’énergie laser incidente. La Ondes et Matière (OM) croissance de cette onde plasma s’arrête lorsque l’onde déferle, ce Université Paris Sud qui s’accompagne de la production d’électrons chauds pouvant préchauffer la cible et entraver sa compression. Bât. 510 Le but de la thèse est d’étudier le déferlement à la fois d’un point 91405 ORSAY CEDEX de vue théorique et numérique, en utilisant des codes cinétiques de type Vlasov. Il s’agit, de plus, de décrire le déferlement depuis sa phase linéaire jusqu’au régime non linéaire, ce qui permet de ENCADRANT quantifier la création d’électrons chauds. BENISTI Didier Objectif de la thèse : Le but de la thèse est d’aboutir à une [email protected] modélisation théorique de la diffusion Raman stimulée allant jusqu’au calcul des électrons chauds résultant du déferlement de l’onde plasma, qui est lui-même dû à la croissance instable de modes satellites. Dans un premier temps, on établira la description théorique, à un niveau purement linéaire, de cette instabilité. Les résultats linéaires seront comparés aux résultats de simulations CENTRE cinétiques de type Vlasov, sur des plasmas de dimensions réduites et dans une géométrie unidimensionnelle. La difficulté à surmonter, à la fois d’un point de vue théorique et numérique, réside dans la CEA DAM Île-de-France discontinuité des fonctions de distribution à étudier. Concernant les Bruyères-le-Châtel - 91297 simulations numériques, on pourra s’appuyer sur les méthodes de Arpajon type Galerkin-discontinu, qui semblent bien adaptées à ce Tél : 01-69-26-40-00 problème. Dans un deuxième temps, on s’intéressera au régime non linéaire de l’instabilité et à la création d’électrons chauds. On étudiera en particulier la possibilité de modéliser le régime non linéaire à partir d’une approche de type diffusive, c’est-à-dire en utilisant une équation de Fokker-Planck. Il s’agira aussi de déterminer si la diffusion s’établit dans un régime de type chaotique ou de type quasi-linéaire. Là encore, les prédictions théoriques seront comparées aux résultats de simulations Vlasov. Enfin, dans une troisième partie, on essaiera de modéliser de manière la plus simple possible la création d’électrons chauds. Cette modélisation aura vocation à être utilisée dans les codes permettant de dimensionner les expériences sur le Laser Mégajoule. Déroulement de la thèse : La première partie de la thèse sera consacrée à l’établissement d’une théorie linéaire adaptée à la discontinuité de la fonction de distribution. On passera ensuite aux aspects numériques et à l’écriture d’un code Valsov traitant correctement les discontinuités. Enfin, dans la dernière partie, on estimera la production d’électrons chauds au travers d’une théorie quasilinéaire de l’instabilité. Compétences souhaitées : Physique des plasmas, Physique théorique, Méthodes numériques Méthodes et logiciels spécifiques : Programmation C++, FORTRAN Page 16

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Modélisation des instabilités ionosphériques Physique des plasmas et interactions laser-matière Contexte : L’ionosphère est une couche d’atmosphère, composée DIRECTEUR DE THESE majoritairement d’ions, située entre 100 km et 1000 km d’altitude autour de la Terre. Loin d’être un milieu calme et homogène, GRÉA Benoit-Joseph l’ionosphère possède une dynamique complexe proche d’un [email protected] régime turbulent, notamment liée à l’alternance jour-nuit. De fortes fluctuations spatiales de densité de plasma apparaissent à la ECOLE DOCTORALE tombée de la nuit dans la région F (~200 km d’altitude) de 579 l’ionosphère, à des latitudes proches de l’équateur. Ce phénomène Sciences mécaniques et naturel, appelé « equatorial spread F », altère les mesures radars énergétiques, matériaux et de l’ionosphère mais impacte également toutes les ondes électromagnétiques dans les gammes d’intérêt, radio et micro- géosciences (SMEMAG) onde. Ces fluctuations de densité de plasma ont pour origine des ED SMEMAG, ENS Paris Saclay instabilités proches de l’instabilité Rayleigh-Taylor. 4 Avenue des sciences 91190 Gif sur Yvette France Objectif de la thèse : Dans ce cadre, le CEA/DAM développe d’une part un outil numérique, le code de magnétohydrodynamiques CLOVIS pour étudier la dynamique à ENCADRANT grande échelle des perturbations de l’ionosphère, et d’autre part des outils analytiques pour décrire ces instabilités agissant à petite échelle de façon similaire à l’instabilité de Rayleigh Taylor. BERNECKER Benoît [email protected] L’objectif de la thèse est de développer des modèles de turbulence pour prendre en compte l’évolution des structures de petite échelle dans le code de calcul d’environnement ionosphérique grande échelle CLOVIS. Déroulement de la thèse : Pour réaliser ce travail, il s’agira dans CENTRE un premier temps de s’approprier la bibliographie sur les modèles de turbulence existants pouvant être adaptés aux conditions de CEA DAM Île-de-France l’ionosphère. Bruyères-le-Châtel - 91297 Une fois un modèle de turbulence sélectionné, il sera confronté à Arpajon des simulations directes de l’instabilité Rayleigh-Taylor avec le Tél : 01-69-26-40-00 code spectral de magnétohydrodynamique incompressible STRATOSPEC. En intégrant le modèle de turbulence, reproduisant l’évolution de la zone de mélange et du spectre d’énergie, dans le code CLOVIS, il sera possible de simuler les différentes échelles des instabilités ionosphériques. En complément, ces nouveaux modèles de turbulence pourront être améliorés par l’utilisation des nouveaux outils d’intelligence artificielle. Page 17

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Simulation d’une source gamma énergétique générée Physique des plasmas et par un laser ultra-intense interactions laser-matière Contexte : Grâce à l’émergence de nouvelles installations laser de DIRECTEUR DE THESE forte puissance (multi-petawatts), l’interaction du faisceau laser ultra-intense avec un plasma permet de successivement accélérer SEBBAN Stéphane des électrons à haute énergie (plusieurs GeV), produire des [email protected] photons gamma de hautes énergies (quelques dizaines de MeV à plusieurs GeV) lors de l’interaction des électrons accélérés avec le ECOLE DOCTORALE champ laser intense, et générer des paires électron-positron lors 626 de la désintégration de ces photons gamma sous l’effet du champ Institut Polytechnique de PARIS laser de grande amplitude. (IP PARIS) Le but de cette thèse sera d’étudier cette nouvelle physique, et d’estimer les caractéristiques des sources gamma qu’on peut ainsi Route de Saclay, 91120 produire. PALAISEAU Objectif de la thèse : L’émission des photons gamma et leur désintégration sous forme de paires sont décrites par les lois de ENCADRANT l’électrodynamique quantique en champ fort (QED en champ fort). Cette théorie modélise l’interaction entre le rayonnement et des DAVOINE Xavier particules chargées, dans un régime extrême caractérisé par des [email protected] effets relativistes et quantiques, en présence d’un champ électromagnétique de forte amplitude. Outre l’étude fondamentale de ce régime exotique qui peut expliquer la formation de matière à partir de lumière, atteindre ce régime dans des expériences permettra de générer de source gamma de hautes énergie et très brillantes. En effet, les efficacités de conversion de l’énergie laser CENTRE vers les photons gamma devraient être très importantes dans ces conditions d’interaction, ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour les applications nécessitant de telles sources CEA DAM Île-de-France gamma. Bruyères-le-Châtel - 91297 Le but de cette thèse sera de simuler la production de ces sources Arpajon gamma avec le code PIC (Particle-In-Cell) CALDER développé Tél : 01-69-26-40-00 dans l’équipe et dédié à la simulation de ce type de physique (interaction d’un laser ultra-intense avec un plasma, émission de photons et de paires dans le régime de QED en champ fort). Le/La candidat(e) s’attachera à simuler des scénarios d’interaction laser- cible qui sont prévus dans des expériences dédiées à la génération de ces sources gamma, et de proposer des solutions pour optimiser ces sources. Déroulement de la thèse : La thèse débutera par la prise en main du code CALDER, et par l’étude de la bibliographie nécessaire à la compréhension de ce sujet. Ensuite, un travail de simulation portera sur l’analyse d’expériences réalisées sur ce sujet par nos collaborateurs en 2023 et 2024. Suite à la meilleure compréhension des résultats expérimentaux, le/la doctorant(e) pourra proposer des améliorations pour les prochaines expériences, voire étudier de nouveaux scénarii pour optimiser la production des sources gamma, et la production de paires électrons/positrons grâce aux processus de QED en champ fort. Page 18

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Interactions plasma-champ magnétique en MHD : des Physique des plasmas et expériences laser aux lunes joviennes interactions laser-matière Contexte : Les magnétosphères planétaires du système solaire DIRECTEUR DE THESE sont le lieu d’évènements intenses, impliquant et résultant d’une forte variabilité des champs électromagnétiques intimement liés RIPOLL Jean-Francois aux plasmas qui peuplent ces zones. La magnétosphère terrestre [email protected] est celle pour laquelle on dispose de plus de mesures, qui ont permis de valider (ou invalider) les simulations visant à reproduire ECOLE DOCTORALE les phénomènes physiques principaux que l’on peut y trouver : ailes 572 d’Alfvén, plasmoïdes, oval auroral… Ondes et Matière (EDOM) Pour étudier ces mécanismes, de nombreux codes de simulation Rue André Rivière ont vu le jour, se concentrant majoritairement sur les interactions entre le vent solaire et la magnétosphère externe (ou météo Bât. 520 spatiale). 91405 ORSAY Le but de cette thèse est d’étudier les transferts d’énergie entre les champs électromagnétiques et les plasmas, pour des conditions pouvant s’appliquer aux magnétosphères planétaires mais aussi ENCADRANT aux expériences laser qui étudient les mêmes phénomènes à plus petite échelle. MENU Mélissa [email protected] Objectif de la thèse : A l’aide des outils développés dans l’équipe (comme le code MHD CLOVIS) et des moyens mis à disposition par le CEA, le/la candidat(e) s’intéressera à la distribution de cette énergie et à son impact sur différents mécanismes. En particulier, les expériences menées ces dernières années, essentiellement au LAPD (LArge Plasma Device), serviront de base pour définir les CENTRE critères clés communs aux expériences, simulations fluides et applications astrophysiques. L’étude des différents régimes de génération de chocs et de cavités diamagnétiques ayant déjà CEA DAM Île-de-France débuté dans l’équipe pourra s’étendre dans un premier temps vers Bruyères-le-Châtel - 91297 des paramètres et des configurations plus contraignantes car plus Arpajon réalistes. Tél : 01-69-26-40-00 Les critères déterminés via les expériences lasers pourront ensuite être transposés au modèle fluide et testés dans des gammes de paramètres plus étendus et plus proches des systèmes astrophysiques. Effectivement, les codes MHD restent plébiscités pour les études de ces milieux aux échelles astronomiques, comme pour les satellites des planètes géantes. Ces dernières années, les missions s’intéressant à l’environnement jovien créent une dynamique autour de ce système riche en mécanismes physiques intenses. Cette thèse s’inscrit dans ce cadre favorable et s’intègre dans les thématiques d’intérêt pour la communauté scientifique internationale. Déroulement de la thèse : La thèse se déroulera exclusivement au CEA/DAM Île-de-France et débutera par un travail de recherche bibliographique et de synthèse afin de s’approprier la thématique et les différents formalismes utilisés par les différentes communautés. Simultanément, il faudra développer les outils nécessaires au dimensionnement des simulations les plus pertinentes et à la comparaison des résultats à ceux de la littérature. Après cette familiarisation avec le sujet et les outils, le/la candidat(e) participera à la production, l’analyse et la mise en forme de résultats pour la publication d’articles et la participation à des conférences, et enfin rédigera son manuscrit de thèse. Compétences souhaitées : Physique des plasmas, Magnétohydrodynamique Méthodes et logiciels spécifiques : Méthodes numériques, Python, Fortran Page 19

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Amélioration d’explosifs par structuration des Chimie physique et cristaux avec le procédé d’Evaporation Flash de électrochimie Spray Contexte : De nouvelles voies de formulation de matériaux DIRECTEUR DE THESE énergétiques sous forme de granulés de RDX enrobés d’ONTA et d’aluminium enrobé d’ONTA ont été identifiées dans la littérature COMET Marc chinoise et coréenne. La vitesse de détonation annoncée pour un [email protected] explosif formulé à partir de granulés ONTA-HMX en rapport 1:1 molaire est supérieure à celle de l’octogène avec une sensibilité ECOLE DOCTORALE au choc proche de celle de l’ONTA, ce qui est prometteur dans 222 l’optique de nouveaux explosifs à usage conventionnel. Sciences chimiques (SC) Nous avons réalisé des simulations thermochimiques de CDE / 46 bd de la victoire / 67000 compositions HMX-ONTA-Al à différents taux d’HMX qui montrent une nette amélioration des performances balistiques et de brisance Strasbourg par rapport à l’octogène et la composition PBXN109, sans dégrader les effets de souffle. Ces travaux mettent en exergue une nouvelle voie de formulation permettant d’allier une performance accrue des ENCADRANT explosifs et une faible sensibilité (celle de l’ONTA). OSMONT Antoine [email protected] Objectif de la thèse : La technique d’Evaporation Flash de Spray (SFE en anglais) développée par le laboratoire NS3E (Nanomatériaux pour des Systèmes Sous Sollicitations Extrêmes) sous tutelle de l’ISL, du CNRS et de l’Université de Strasbourg (UAR 3208) permet d’obtenir une structuration de l’explosif à l’échelle micrométrique à nanométrique. La thèse de Maxime CENTRE Blanchon (2021-2024) a permis de produire les premières structures cœur-coquilles HMX-ONTA avec un ratio molaire 1:1. CEA Gramat Les poudres obtenues présentent une sensibilité intermédiaire entre le HMX et l’ONTA avec des performances détoniques en BP 80200 – 46500 Gramat accord avec la thermochimie, tout en conservant la capacité à Tél : 05-65-10-54-32 détoner sous forme de charges de 3 mm de diamètre. Ce travail constitue un sujet de thèse novateur et en rupture technologique avec ce qui se fait actuellement. Il est proposé de poursuivre ces travaux par une nouvelle thèse pour compléter la caractérisation des matériaux obtenus et les améliorer en jouant sur la nature des constituants et les balances en oxygène, en mesurant les caractéristiques détoniques à petite échelle sur des charges de dimensions centimétriques, en fonction de la densité, puis en étudiant leur comportement détonique (transition vers la détonation) via des expériences de laboratoire et des simulations. Compétences souhaitées : Chimie, cristallographie Méthodes et logiciels spécifiques : Techniques d’analyse optique, RAMAN et RX Page 22

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Conception in silico de cristaux énergétiques denses Chimie physique et et stables électrochimie Contexte : Le CEA Le Ripault est chargé de concevoir des DIRECTEUR DE THESE matériaux variés pour diverses applications, et notamment des matériaux énergétiques. Ceux-ci doivent concilier une performance MATHIEU Didier élevée (autrement dit une densité d’énergie importante) avec une [email protected] relative insensibilité aux agressions extérieures. Afin d’identifier des composés présentant un compromis satisfaisant entre ECOLE DOCTORALE performance et stabilité, les travaux récents reposent sur des 552 critères basés sur les caractéristiques individuelles des molécules, Energie, Matériaux, Sciences de issus d’un petit nombre d’observations empiriques ou de la Terre et de l’Univers (EMSTU) considérations physiques parfois en contradiction avec les données expérimentales. Pour la majorité des applications, ces travaux n’ont ED Energie Matériaux Sciences pas permis d’identifier des alternatives satisfaisantes aux de la Terre et de l’Univers molécules synthétisées depuis plusieurs décennies. Château de la Source 45067 Orléans Cedex 2 Objectif de la thèse : Le but de la thèse est de mettre en place une nouvelle procédure pour la conception de nouveaux matériaux énergétiques, exploitant au mieux les connaissances actuelles sur ENCADRANTS ces matériaux. Pour cela, de nouveaux critères de sélection des molécules seront introduits, basés sur leur capacité à former des cristaux denses et stables, ainsi que sur une estimation de leur WESPISER Clément point de fusion. Une attention particulière sera portée à la [email protected] recherche de cristaux compacts constitués de molécules de DANIEL Matthieu grandes tailles, qui constitue théoriquement la voie la plus [email protected] prometteuse vers l’identification de matériaux énergétiques à la fois performants et stables (notamment du point de vue de la stabilité thermique). Cependant, comme les grandes molécules présentent le plus souvent des formes relativement complexes peu propices à des empilements compacts, cette voie demeure actuellement CENTRE largement sous-explorée. L’objectif de cette thèse est donc de mener cette exploration de manière approfondie. CEA Le Ripault BP 16 – 37260 Monts Déroulement de la thèse : En plus des nombreux outils Tél : 02-47-34-40-00 disponibles sur internet (chimie quantique, intelligence artificielle…) le(la) doctorant(e) disposera d’outils commerciaux (Cambridge Structural Database) et codes académiques, notamment pour prévoir les structures cristallines (USPEX). Les étapes envisagées pour la thèse sont les suivantes :

Recherche d’une corrélation reliant la compacité des cristaux à des descripteurs moléculaires, en appliquant des méthodes de Machine Learning aux données de la Cambridge Structural Database.
Sur la base de cette corrélation, recherche de grandes molécules énergétiques susceptibles de conduire à des empilements compacts (et donc à une densité élevée) et compatibles avec des critères de faisabilité synthétique.
Mise en place d’une procédure de génération rapide d’empilements cristallins et application de celle-ci aux molécules identifiées ci-dessus.
Recommandations au sujet du choix des cibles synthétiques retenues. Compétences souhaitées : Notions de physico-chimie ou sciences des matériaux Méthodes et logiciels spécifiques : Programmation Page 23

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Mesure de la vitesse du son dans H2, He constitutifs Matière ultra-divisée, des intérieurs des géantes gazeuses physico-chimie des matériaux Contexte : La structure interne des planètes Jupiter et Saturne est DIRECTEUR DE THESE déduite de modèles théoriques utilisant des équations d’état pour l’hydrogène, l’hélium et leurs mélanges [1]. Or il existe très peu de LOUBEYRE Paul données expérimentales dans le diagramme de phase de ces [email protected] systèmes en régime dense et chaud. Nous avons construit un banc de spectroscopie Raman/Brillouin sous chauffage laser pour l’étude ECOLE DOCTORALE des systèmes moléculaires en cellule à enclumes de diamant. 564 Notre nouveau dispositif est basé sur un concept d’interféromètre Physique en Île-de-France (PIF) (VIPA) qui permet de gagner un facteur 20 sur le temps Université Paris-Saclay d’acquisition des spectres Brillouin [2]. Il est donc particulièrement adapté à l’étude de ces systèmes fugaces et réactifs. 470 rue André Rivière [1] S. Howard et al., Astronomy & Astrophysics 672, A33 (2023). 91405 ORSAY CEDEX [2] A. Forestier, G. Weck, F. Datchi & P. Loubeyre, High Pressure Research, 42:3, 259-27 (2022). ENCADRANTS Objectif de la thèse : L’objectif de la thèse est d’étudier les mélanges hydrogène-hélium en phase fluide à haute pression et WECK Gunnar haute température. La cellule à enclumes diamant, couplée au [email protected] chauffage laser, permet d’explorer un vaste domaine de pression et de température représentatif des intérieurs planétaires (1-300 FORESTIER Alexis GPa, 300-4000 K). La spectroscopie Raman permet de sonder les [email protected] changements chimiques susceptibles d’apparaître en conditions extrêmes. La spectroscopie Brillouin donne accès à la vitesse du son adiabatique et aux équations d’état de ces systèmes en phase fluide. CENTRE Déroulement de la thèse : Les études seront réalisées sur site, à Bruyères-le-Châtel. CEA DAM Île-de-France Les résultats attendus de ce travail de thèse sont les suivants : Bruyères-le-Châtel - 91297

Mesure des courbes de fusion de H2, He et de la courbe de Arpajon démixtion H2/He à la concentration proto-solaire jusqu’à 100 GPa. Tél : 01-69-26-40-00
Mesure de la vitesse du son dans les fluides denses et chauds de He, H2 et leurs mélanges, et construction de leurs équations d’état.
Utilisation de ces nouvelles données pour la modélisation des intérieurs de Jupiter et Saturne. Compétences souhaitées : Physique du solide, Thermodynamique Page 24

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Réactivité des matériaux énergétiques par Matière ultra-divisée, dynamique moléculaire physico-chimie des matériaux Contexte : Les matériaux énergétiques tels que les propergols ou DIRECTEUR DE THESE les explosifs représentent un ensemble de molécules à la physico- chimie particulière. Pour chaque application, ceux-ci doivent STIRNEMANN Guillaume répondre à des contraintes antagonistes de performances [email protected] détoniques tout en restant parfaitement stables face à diverses sollicitations. Le CEA est engagé dans une démarche de ECOLE DOCTORALE compréhension de cette physico-chimie à l’échelle moléculaire. 388 D’un côté, les propriétés détoniques de ces matériaux sont assez Chimie-Physique et Chimie bien comprises sur la base de la structure moléculaire. En Analytique ( revanche, les aspects de stabilité, notamment thermique, restent difficiles à évaluer à partir de la seule structure moléculaire. Etant Tour 32-42, 1er étage, pièce 114, donnés les risques associés à la manipulation de ces matériaux, Sorbonne Université, 4 place cette thèse propose d’étudier la stabilité thermique de molécules Jussieu, 75005 PARIS énergétiques par simulation moléculaire. Objectif de la thèse : Les avancées récentes en apprentissage par ENCADRANTS réseaux de neurones couplés à des calculs DFT permettent de mettre en place des potentiels d’interaction interatomiques ayant WESPISER Clément une précision proche des calculs de structure électronique, pour une fraction du temps de calcul. Le premier objectif de la thèse sera [email protected] donc d’établir un tel potentiel d’interaction pour des molécules MATHIEU Didier modèles, représentatives des molécules énergétiques. Lors de [email protected] cette étape, des techniques d’échantillonnage biaisées, telle que la métadynamique, seront utilisées pour échantillonner des structures proches des états de transitions potentiellement rencontrées lors du processus de décomposition. Ce potentiel sera ensuite interfacé avec un code de dynamique moléculaire, puis utilisé pour étudier le CENTRE processus de décomposition thermique dans différentes conditions de température et de pression. Ce sera le deuxième objectif, qui CEA Le Ripault consistera à mettre en place un protocole de simulation robuste et BP 16 – 37260 Monts reproductible. Finalement, l’objectif final sera la détermination des Tél : 02-47-34-40-00 mécanismes de décomposition les plus probables à partir des trajectoires générées, pour les molécules modèles. En particulier, les variables collectives permettant une interprétation intuitive du processus de décomposition thermique, à l’échelle moléculaire, devront être identifiées. Comme lors de la première étape, des techniques d’apprentissage automatique pour la réduction de dimension seront utilisées. Déroulement de la thèse : Cette thèse se déroulera en collaboration entre le centre du CEA Le Ripault et le groupe de chimie théorique du département de chimie de l’Ecole Normale Supérieure (Paris). Compétences souhaitées : Physico-chimie, calculs DFT, première expérience en apprentissage automatique (machine learning) appréciée. Méthodes et logiciels spécifiques : python, LAMMPS, CP2K, deePMD-kit Page 25

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Etude du comportement de métaux purs et de Physique atomique et mélanges binaires dans le domaine WDM moléculaire Contexte : La matière dense et tiède (« Warm Dense Matter ») se DIRECTEUR DE THESE retrouve à la frontière de la physique de la matière condensée et de la physique des plasmas. En particulier, elle se caractérise par des températures comparables à celles du niveau de Fermi (103- ECOLE DOCTORALE 104 K) et pour des masses volumiques relevant de celles du solide. Dans ce régime de la matière, la bonne connaissance des propriétés de transport, telle la conductivité électrique, est cruciale ENCADRANTs afin de pouvoir aussi bien modéliser les magnétosphères de planètes rocheuses que les instabilités hydrodynamiques se produisant lors des expériences de fusion par confinement inertiel. JODAR Benjamin [email protected] Objectif de la thèse : Le CEA DAM Île-de-France dispose depuis BOUTEILLER Paul plusieurs années d’installations expérimentales permettant [email protected] d’étudier la matière sous conditions extrêmes, depuis l’état solide jusqu’au plasma. En particulier, l’Enceinte à Plasma Pulsé (EPP) utilise des décharges pulsées de très forts courants (20-500 kA) pour étudier les changements d’états depuis le solide jusqu’au plasma sur des durées sub-microseconde. L’interprétation et la CENTRE compréhension de ces diverses expériences nécessitent la comparaison à des codes de simulation hydrodynamique et/ou CEA DAM Île-de-France magnéto-hydrodynamique (MHD). Bruyères-le-Châtel - 91297 Arpajon Déroulement de la thèse : L’objectif de cette thèse consistera à Tél : 01-69-26-40-00 étudier et décrire le comportement en détente de métaux de transition de Z intermédiaires à lourds sous décharge pulsée, ainsi que de quelques alliages modèles. Les données acquises permettront de discriminer des modèles théoriques existants ou d’en développer de nouveaux. Ces modèles pourront être validés par des simulations de MHD. L’unité d’accueil au CEA DAM Île-de-France est donc à la recherche d’un.e étudiant.e en contrat de thèse dont les tâches principales porteraient sur : • Une revue bibliographique de l’état de l’art pour les métaux de Z intermédiaire et les mélanges binaires en régime détendu. • La conception/réalisation/interprétation d’expériences de hautes puissances pulsées sur métaux purs et mélanges binaires. • La réalisation d’expériences numériques de MHD et confrontation aux expériences. Compétences souhaitées : • Etudiant.e Bac+5 minimum en fin de cursus ingénierie ou Master 2ème année. • Connaissances de base en physique de la matière condensée, des plasmas et en électromagnétisme. • Connaissances de base en programmation. • Capacités d’organisation, rigueur Page 26

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Description des transitions de phases dans un Physique du solide, système fortement corrélé : le cérium surfaces et interfaces Contexte : Les matériaux à base de lanthanide ou d’actinide ont la DIRECTEUR DE THESE particularité d’avoir leur électrons de valence situés dans la bande formée par la sous-couche des orbitales f. Ces états électroniques AMADON Bernard 4f ou 5f sont généralement partiellement remplis et localisés [email protected] spatialement, conduisant à de fortes interactions électroniques répulsives qui sont à l’origine de nombreux phénomènes physiques ECOLE DOCTORALE tels que les changements de volumes importants observés le long 564 de la série des actinides, [1] la présence de l’effet Kondo dans le Physique en île-de-France (PIF) cérium, responsable de l’existence d’un point critique dans une 24 rue Lhomond, 75005 PARIS transition solide-solide, [2] ou encore le magnétisme local et dynamique dans le plutonium solide. [3] La compréhension de ces phénomènes nécessite ainsi de pouvoir reproduire ces effets de corrélations électroniques de manière ab initio. Cependant, cette ENCADRANTS tache reste un challenge important car il s’agit d’un problème à N- corps complexe. AMADON Bernard [email protected] Objectif de la thèse : Aujourd’hui, l’une des méthodes de choix GENDRON Frédéric pour traiter ce type de système est la combinaison de la théorie de [email protected] la fonctionnelle de la densité (DFT), permettant de décrire de manière précise les électrons délocalisés, avec la théorie du champ moyen dynamique (DMFT) pour le traitement des électrons fortement corrélés. [4] Cette méthode DFT+DMFT permet ainsi de réduire le problème à N-corps du réseau cristallin à un problème CENTRE d’impureté locale placée dans un bain d’électrons. Le problème à N-corps local peut ensuite être résolu à l’aide d’un solveur Monte- CEA DAM Île-de-France Carlo quantique (QMC). Cette méthode est particulièrement adaptée aux systèmes à électrons f. Bruyères-le-Châtel - 91297 Dans les systèmes à électrons f, différents effets physiques Arpajon agissent : l’interaction coulombienne entre électrons, l’interaction Tél : 01-69-26-40-00 d’échange purement quantique, le couplage spin orbite d’origine relativiste, et la distorsion structurale responsable des transitions de phase et des phonons. Ces effets rendent la mise en oeuvre informatique complexe. L’objectif du travail est donc de les prendre en compte dans un code de calcul performant (ABINIT) ou dans une librairie associée. Dans un deuxième temps, nous utiliserons cette implémentation afin de décrire l’anharmonicité des phonons des phases alpha et gamma du cérium, et leur contribution entropique qui est actuellement un sujet non résolu. Déroulement de la thèse : Cette thèse sera co-encadré par B. Amadon et F. Gendron. [1] K. T. Moore, G. van der Laan, Rev. Mod. Phys. 2009, 81, 235. [2] (a) B. Chakrabati, M. E. Pezzoli, G. Sordi, K. Haule, G. Kotliar, Phys. Rev. B 2014, 89, 125113. (b) B. Amadon, A. Gerossier, Phys. Rev. B 2015, 91, 161103. [3] M. Janoschek et al. Sci. Adv. 2015, 1, e1500188. [4] G. Kotliar, D. Volhardt, Physics Today 2004, 57, 53. Compétences souhaitées : Des connaissances en mécanique quantique, en physique-chimie du solide et un goût pour la programmation et l’informatique est indispensable sont requis. Méthodes et logiciels spécifiques : Physique Quantique, Physique des solides, Bases de programmation Page 27

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Diagramme de phases ab initio construit par Physique du solide, inférence bayésienne surfaces et interfaces Contexte : Établir les propriétés d’un matériau en fonction de la DIRECTEUR DE THESE température et de la pression est un des plus grands enjeux de la physique moderne. Dans ce cadre, les calculs ab initio jouent un GENESTE Grégory rôle important. En partant d’une description quantique de la [email protected] structure électronique, ils permettent de caractériser la matière, même dans des conditions thermodynamiques extrêmes pour ECOLE DOCTORALE lesquelles aucune expérience n’est réalisable. Dans ce cadre, les 571 simulations de dynamique moléculaire ab initio (AIMD) permettent Molécules, Matériaux, de capturer les effets liés à la pression et à la température. Instrumentation et Biosystèmes Cependant, ces simulations ont un coût de calcul prohibitif et il devient difficile de les répéter pour de nombreux points (2MIB) thermodynamiques afin de construire un diagramme de phases Université Paris Saclay complet. Avenue Jean Perrin Bât. 350, Bureau 11 Objectif de la thèse : Nous avons montré récemment qu’il était 91400 ORSAY possible d’accélérer de deux ordres de grandeur les simulations AIMD en faisant appel à un potentiel interatomique « machine learning » (MLIP) de substitution pour échantillonner la distribution ENCADRANTS canonique d’équilibre [1,2,3]. Cette stratégie d’apprentissage à la volée garantit d’obtenir une précision quasiment égale à celle d’un calcul AIMD équivalent et est aujourd’hui disponible dans le code BOTTIN François python MLACS que nous développons et utilisons en production. [email protected] Cependant, cela reste très coûteux en temps de calcul (et parfois BEJAUD Romuald hors de portée) de répéter ce type de simulations des [email protected] dizaines/centaines de fois pour échantillonner régulièrement un diagramme de phases. Durant cette thèse, le/la candidat(e) introduira une méthode optimale et automatique d’échantillonnage. L’objectif est double : réduire le nombre de simulations MLACS nécessaire à la CENTRE construction d’un diagramme de phases et fournir une incertitude sur le résultat obtenu. Le/La candidat(e) s’appuiera sur des travaux CEA DAM Île-de-France récents de la littérature. Bruyères-le-Châtel - 91297 [1] A. Castellano, F. Bottin, J. Bouchet, A. Levitt & G. Stoltz, Phys. Arpajon Rev. B 106, L161110 (2022). [2] P. Richard, A. Castellano, R. Béjaud, L. Baguet, J. Bouchet, G. Tél : 01-69-26-40-00 Geneste & F. Bottin, Phys. Rev. Lett. 131, 206101 (2023). [3] F. Bottin, R. Béjaud, B. Amadon, L. Baguet, M. Torrent, A. Castellano & J. Bouchet, Phys. Rev. B 109, L060304 (2024). Déroulement de la thèse : Le/La candidat(e) s’attachera à implémenter dans MLACS une méthode d’inférence bayésienne basée sur des processus gaussiens puis effectuera des tests sur des systèmes déjà étudiés dans l’équipe. Enfin, il/elle réalisera des simulations de production sur des systèmes d’intérêt présentant d’importants effets explicites de température et donc nécessitant ce type d’approche. Tous les calculs seront effectués sur les supercalculateurs du CEA DAM. Page 28

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Calcul des propriétés électroniques de métaux en Physique du solide, conditions extrêmes surfaces et interfaces Contexte : Cette thèse porte sur la simulation de matériaux en DIRECTEUR DE THESE conditions extrêmes, plus précisément dans le régime dit de la matière dense et tiède. Ce régime correspond à une région du TORRENT Marc diagramme de phase entre le solide et le plasma où les [email protected] températures peuvent varier de 0.1 à 100 eV (1 eV ~ 11600 K!) et les pressions peuvent parfois atteindre le TPa ! Ces conditions ECOLE DOCTORALE extrêmes sont par exemple obtenues dans différents corps célestes 564 comme au coeur des planètes. L’étude de la matière dense et tiède Physique en Île-de-France est particulièrement complexe car elle nécessite de pousser les (EDPIF) techniques, qu’elles soient numériques ou expérimentales, dans leurs retranchements. Du point de vue expérimental, ce régime est 24 rue Lhomond difficile à atteindre et très souvent transitoire, ce qui nécessite une 75005 PARIS capacité à sonder la matière de manière très rapide. Du point de vue de la simulation, des méthodes avancées sont nécessaires pour décrire la structure électronique de la matière, ce qui requiert ENCADRANTS d’importantes ressources de calcul. BRIEUC Fabien Objectif de la thèse : Le but de cette thèse est l’étude des [email protected] propriétés électroniques (absorption, coefficients de transport…) de métaux dans le régime dense et tiède par des méthodes basées BOUST James sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Elle se fera en [email protected] collaboration forte avec des physiciens de l’European Spectroscopy Research Facility (ESRF) et du CEA qui effectuent des mesures d’absorption de rayons X de matériaux après choc laser sur le synchrotron de l’ESRF à Grenoble. Une partie CENTRE importante du travail sera donc focalisée sur le calcul de spectres d’absorption X, en particulier proche du seuil (X-ray Absorption Near-Edge Spectra -XANES-), et leur confrontation aux résultats CEA DAM Île-de-France expérimentaux. Cette confrontation est primordiale pour Bruyères-le-Châtel - 91297 l’interprétation des spectres expérimentaux. L’un des objectifs sera Arpajon de trouver une méthodologie fiable afin de remonter à la Tél : 01-69-26-40-00 température à partir des spectres XANES, puisque c’est l’une des grandeurs les plus difficiles à mesurer expérimentalement. Les simulations numériques se feront sur les supercalculateurs du CEA grâce au code ABINIT, un projet collaboratif international dont notre groupe est l’un des principaux membres. Ce projet comporte également un volet méthodologique dont le but est d’améliorer les méthodes de calcul dans ABINIT, par exemple en utilisant des approches de type machine learning afin d’accélérer considérablement les calculs. Déroulement de la thèse : Les principales étapes de la thèse seront : Première année :

Travail bibliographique
Prise en main de la chaîne de calcul actuelle dans ABINIT
Premiers calculs de spectres XANES Deuxième année :
Calculs en collaboration avec les expérimentateurs ; publication scientifique associée
Exploration d’une ou plusieurs améliorations de la chaîne de calcul dans ABINIT Troisième année :
Calculs (incluant les améliorations) en collaboration avec les expérimentateurs ; publication scientifique associée
Rédaction du manuscrit de thèse Compétences souhaitées : Une connaissance des bases de la physique du solide et de la mécanique quantique, ainsi qu’un intérêt pour le calcul scientifique et la programmation sont nécessaires. Une bonne connaissance de la DFT ou du langage de programmation Fortran serait un plus. Page 29

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Matériaux ultra-réfractaires pour des applications de Physique du solide, rentrée atmosphérique surfaces et interfaces Contexte : Les matériaux composites à matrice céramiques sont DIRECTEUR DE THESE employés pour leur haute résistance mécanique en température (1000°C et plus). Ces matériaux fonctionnent par le biais d’un endommagement qui survient dès les premières sollicitations et le ECOLE DOCTORALE domaine élastique souvent restreint. La détermination de la loi de comportement nécessite l’établissement d’un modèle, la détermination des paramètres de ce modèle demandant la mesure ENCADRANT la plus complète possible en température du couple contrainte/déformation pour des géométries d’intérêt, y compris en sollicitations complexes. Cette mesure est délicate à haute QUET Aurélie température et pose problème aux techniques usuelles de mesure [email protected] de féformation. Une solution est alors d’utiliser la tomographie X qui BERNARD Benjamin donne accès à l’intégralité du champ de déplacement. [email protected] Objectif de la thèse : Dans le cadre des travaux de thèse proposés, le(la) candidat(e) aura à réaliser des essais mécaniques sous tomographie X de différentes natures (flexion, traction, torsion, …) sur un composite composite à matrice céramique (CMC) CENTRE oxyde/oxyde stratifié. Ces essais seront analysés par corrélation d’image volumique, une technique que le(la) candidat(e) devra CEA Le Ripault continuer à développer sur la base de travaux antérieurs. Les BP 16 – 37260 Monts résultats obtenus alimenteront une loi de comportement Tél : 02-47-34-40-00 endommageable que le(la) candidat(e) devra déterminer par le bais d’un dialogue essai-calcul, tout cela en température jusqu’à 800°C- 1000°C. Enfin le(la) candidat(e) devra étudier la phénoménologie de l’endommagement du matériau (développement de fissures, rôle des porosités, …) accessible à température ambiante aussi bien qu’à des températures élevées grâce à la tomographie X. Déroulement de la thèse : La thèse sera principalement réalisée au sein du CEA Le Ripault (Tours). Ponctuellement, des déplacements pourront être nécessaires sur le site de l’Université de rattachement. Le sujet convient à un profil de candidat(e) associant des connaissances théoriques solides en matériaux et modélisation thermo-mécanique, avec un attrait pour la recherche appliquée. Sujet pluridisciplinaire, cette thèse permettra le développement de compétences liées à la modélisation de comportements thermo-mécaniques couplés aux effets environnementaux, aux procédés et aux tests en conditions extrêmes. Compétences souhaitées : Compétences en essais mécaniques et en calculs éléments finis Page 30

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Modélisation du transfert thermique avec des Physique du solide, techniques stochastiques surfaces et interfaces Contexte : Le CEA cherche à mettre au point des matériaux DIRECTEUR DE THESE spécifiques du point de vue de leurs propriétés microstructurales et de leurs propriétés thermiques à différentes échelles, afin d’obtenir ENGUEHARD Franck des matériaux optimisés pour des applications à haute [email protected] température. Une démarche de modélisation avancée a été initiée en collaboration avec l’Institut PPrime de l’Université de Poitiers ECOLE DOCTORALE dans le cadre de travaux de thèse précédents, pour prendre en 651 compte les deux modes de transfert de chaleur dans des structures Science et Ingénierie des poreuses, à savoir la conduction de la chaleur dans le milieu et le Matériaux, Mécanique, rayonnement dans les pores et le solide si celui-ci est semi- transparent. La prédiction des propriétés thermiques théoriques a Energétique (MIMME) pu être menée sur une réalisation 3D numérique représentative du Université de Poitiers, bât H1 matériau pour chaque mode de transfert par des procédés SP2MI, 11 Bd Marie et Pierre entièrement stochastiques : marcheurs browniens pour simuler la Curie, Téléport 2, 86360 conduction et lancer de rayons pour simuler le rayonnement. FUTUROSCOPE CHASSENEUIL Objectif de la thèse : L’objectif de cette thèse est de finaliser le développement de l’outil de modélisation stochastique du transfert ENCADRANTS thermique couplé du point de vue de son optimisation numérique et de confronter les prédictions des simulations aux résultats expérimentaux. Le couplage conducto-radiatif est réalisé par ROCHAIS Denis itération entre les deux modules de calcul existants, le champ de [email protected] température alimentant le terme d’émission dans le problème DAOUT Cyril radiatif, et le champ de luminance se traduisant par l’apparition d’un [email protected] terme source de puissance volumique radiative dans le bilan d’énergie. Le travail d’optimisation sera mené pour rendre les procédures de calcul stochastique plus rapidement convergentes (implantation d’algorithme de minimisation, parallélisation…). Ce travail pourra s’appuyer sur une démarche similaire en cours au CENTRE CEA CESTA (Bordeaux). D’autre part, il s’agira aussi de valider expérimentalement l’outil numérique en le confrontant aux mesures CEA Le Ripault issues d’un dispositif de caractérisation de la diffusivité thermique BP 16 – 37260 Monts et d’un dispositif permettant d’étudier le comportement thermique Tél : 02-47-34-40-00 instationnaire d’un matériau soumis à un flux de chaleur intense pendant une durée limitée. A cette fin, le code devra évoluer afin de prendre en compte des structures poreuses variées (mousses réfractaires, treillis…) via des arrangements réalistes, obtenus par tomographie. L’objectif final de ce travail est d’aboutir à une chaîne de simulation numérique, complète et validée, du couplage conducto-radiatif dans des milieux de microstructures précises et représentatives des matériaux envisagés comme isolants thermiques à hautes températures. Déroulement de la thèse : Les travaux de thèse se dérouleront au CEA Le Ripault. Le(la) doctorant(e) s’appuiera sur les moyens de caractérisation thermique du CEA Le Ripault et profitera des échanges réguliers entre les équipes du Ripault et du CESTA. Des réunions d’avancement mensuelles seront organisées avec les encadrants afin de faire le point sur l’avancée des travaux. Méthodes et logiciels spécifiques : Langages C, MatLab Page 31

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Comportement non-élastique de composés carbonés Physique mésoscopique par simulations de dynamique moléculaire Contexte : La capacité des matériaux composites C/C à maintenir DIRECTEUR DE THESE des propriétés mécaniques élevées jusqu’à de très hautes températures (supérieures à 3000 K), associée à leurs faibles LAFOURCADE Paul densités, justifie l’utilisation de ces matériaux en conditions [email protected] extrêmes, notamment dans des applications aérospatiales et de dissuasion. Cependant, en raison de la très forte anisotropie de ECOLE DOCTORALE leurs constituants, de leur ordre cristallin partiel, et de la difficulté à 564 effectuer certains tests dans les conditions d’utilisation, la relation Physique en Île-de-France entre la structure de ces matériaux et leur comportement Ecole Normale Supérieure, 24 rue mécanique est incomplète. Notamment, la prédiction du comportement individuel des différents constituants (fibres, Lhomond, 75005 Paris matrices) aux petites échelles est une étape fondamentale dans la mise au point de matériaux virtuels aux échelles du composite ou de la pièce. ENCADRANT Objectif de la thèse : Le développement récent d’une méthode de LAFOURCADE Paul synthèse numérique de carbones denses anisotropes [email protected] (PolyGranular Image Guided Atomistic Reconstruction PG-IGAR) a permis la reconstruction d’une grande base de données de microstructures de matrices de pyrocarbones (pyCs) anisotropes de l’ordre de 12x12x12nm3 [1,2]. Les propriétés structurales et texturales de ces matériaux ont été finement analysées et mises en regard avec leur constantes élastiques [3], éléments essentiels à la CENTRE mise en place de lois de comportement aux échelles supérieures [4,5]. CEA DAM Île-de-France L’objectif de cette thèse est de caractériser les mécanismes de déformation non linéaires des matrices de pyrocarbone (pyC) et Bruyères-le-Châtel - 91297 des fibres de carbone, sortant ainsi du cadre de l’élasticité Arpajon classique, déjà abordé dans une précédente thèse. Tél : 01-69-26-40-00 Déroulement de la thèse : La méthode PG-IGAR a récemment été implémentée dans un code de dynamique moléculaire hautement parallélisable, permettant la génération de microstructures de plus grande taille, plus adaptée à l’étude de leur comportement mécanique en grandes déformations. Elle sera également adaptée à la génération de textures plus complexes comme celle des fibres de carbone (Cf). Finalement, les synthèses de nanocomposites pyC/Cf et pyC-diamant, en tant que modèles des composites SiC/SiC à interphases de pyC, seront également envisagées. Les comportements de ces systèmes en grandes déformations seront étudiés sous plusieurs angles. Premièrement, on étudiera l’influence de la vitesse de déformation et de la taille des systèmes sur leur réponse mécanique. On abordera également la détermination de leurs surfaces d’écoulement sous cisaillement et traction/compression, éléments permettant de calibrer et d’informer les modèles aux échelles supérieures. Enfin, des simulations spécifiques seront mises en place afin d’aborder les problématiques de propagation et déviation de fissures aux abords des interfaces dans les nanocomposites. Compétences souhaitées : Formation plutôt orientée sur la physique et la mécanique des matériaux, sciences des matériaux avec un penchant sur la modélisation numérique Méthodes et logiciels spécifiques : python ; linux ; C ; C++ Page 32

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Modélisation multiéchelle du comportement thermo- Physique mésoscopique mécanique d’un cristal moléculaire : le HMX Contexte : Le comportement thermomécanique des matériaux DIRECTEUR DE THESE énergétiques (explosifs) est extrêmement complexe du fait de leur structure interne. Ces matériaux sont des cristaux moléculaires LAFOURCADE Paul dont les propriétés en température et en pression diffèrent de celles [email protected] de matériaux métalliques ou céramiques. Afin de construire une loi de comportement à l’échelle continue, exploitable dans des codes ECOLE DOCTORALE de simulations de type éléments finis, une chaîne de calcul 564 multiéchelle a été mise en place ces dernières années. Cette Physique en Île-de-France chaîne exploite les simulations de dynamique moléculaire (EDPIF) classique, où les interactions interatomiques sont résolues via un potentiel interatomique calibré sur des calculs ab initio et résultats Ecole Normale Supérieure, 24 rue expérimentaux. Lhomond, 75005 PARIS L’objectif de la thèse est de bâtir une loi de comportement pour le HMX à partir des simulations atomistiques. ENCADRANTS Objectif de la thèse : L’objectif est de batir une loi de comportement à l’échelle continue pour le HMX à partir de MAILLET Jean-Bernard simulations atomistiques. [email protected] Les compétences acquises seront en lien avec la simulation multiéchelle : simulations atomistiques de dynamique moléculaire, LAFOURCADE Paul simulations continues en champ de phase, et en lien avec la [email protected] mécanique : mécanismes de déformation, formulation continue. D’autres compétences liées aux outils seront aussi développées : High Performance Computing (HPC), développement d’outils d’analyse en python, calibration et optimisation. CENTRE Déroulement de la thèse : La première partie de la thèse sera dédiée à la mise en place des simulations de dynamique CEA DAM Île-de-France moléculaire. A l’aide de ces simulations à l’échelle moléculaire, Bruyères-le-Châtel - 91297 certaines propriétés thermodynamiques de l’explosif pourront être Arpajon calculées. Ces simulations seront également exploitées pour mieux Tél : 01-69-26-40-00 comprendre les mécanismes de déformation impliqués dans le comportement sous haute vitesse de déformation et sous choc. Une fois les propriétés thermodynamiques calculées et les mécanismes de la déformation identifiés, la seconde partie de la thèse consistera à construire une loi de comportement à l’échelle continue. Les simulations à l’échelle continue seront ensuite validées par comparaison directe avec les simulations à l’échelle atomique et potentiellement avec des mesures expérimentales aux échelles compatibles. La littérature contient déjà beaucoup d’éléments concernant ce matériau et le code de mécanique que l’on développe au CEA permet d’ores et déjà d’exploiter les lois de comportement de la littérature. Enfin, la nouvelle loi de comportement sera exploitée pour étudier le comportement de polycristaux de HMX sous choc. Méthodes et logiciels spécifiques : Python Page 33

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PHYSIQUE THÉORIQUE Page 35

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Étude de la désexcitation prompte des fragments de Physique nucléaire fission Contexte : Au-delà du fer, certains éléments instables tels que les DIRECTEUR DE THESE deux isotopes les plus abondants de l’uranium se séparent naturellement en deux noyaux plus légers. La dynamique de ce GAUDEFROY Laurent mécanisme réactionnel dit de fission, principe fonctionnel du cœur [email protected] de nos centrales nucléaires et à l’œuvre dans la nucléosynthèse lors de la fusion d’étoiles à neutrons, n’est pas encore bien saisie ECOLE DOCTORALE par les modèles théoriques. Les fragments issus des réactions de 576 fission se désexcitent en émettant majoritairement des neutrons et Particules Hadrons Energie et des raies γ. Ces émissions, accessibles expérimentalement, nous Noyau : Instrumentation, Image, renseignent sur les paramètres des modèles que sont le partage de l’énergie d’excitation du noyau fissible entre les deux fragments, Cosmos et Simulation leurs distributions de spin et leurs déformations. Ainsi, la mesure (PHENIICS) des émissions promptes de fission permet actuellement une Campus scientifique Orsay, rue compréhension plus fine du processus de fission. André Ampère Bâtiment 200, 91405 Orsay Cedex Objectif de la thèse : La thèse en physique nucléaire expérimentale vise à améliorer notre description de la formation des fragments de fission. Leurs propriétés, après scission du ENCADRANT noyau, ne sont pas observables mais peuvent être déduites en mesurant les neutrons et raies γ issues de leur désexcitation. Ainsi, l’étudiant(e) prendra part à des expériences de fission spontanée FOUGERES Chloé (CEA/DIF) et induite par neutron à NFS/GANIL. Le dispositif de [email protected] détection des fragments et raies γ émises comportera une double chambre à fission et un spectromètre γ (SFyNCS). L’étudiant(e) sera en charge des détecteurs, de l’analyse des données pour déterminer l’énergie cinétique et la masse des fragments et le nombre et l’énergie des raies γ. L’étudiant(e) s’intéressera aussi à mesurer les émissions de neutrons. Une nouvelle méthode, liée à CENTRE l’intelligence artificielle, sera requise pour obtenir les distributions de probabilités des émissions. Ces mesures inédites seront CEA DAM Île-de-France comparées aux prédictions des modèles : l’objectif final sera de Bruyères-le-Châtel - 91297 contraindre les distributions de spin et la répartition d’énergie Arpajon d’excitation entre les fragments. Tél : 01-69-26-40-00 Déroulement de la thèse : L’étudiant(e) s’intéressera au fonctionnement des deux détecteurs et l’analyse de l’expérience de fission spontanée (2025). Il/elle sera amené(e) à employer des outils d’acquisition numérique et à construire un code d’analyse (C++/ROOT, python) intégrant la simulation des détecteurs (GEANT4). Il/elle participera ensuite à la seconde expérience de fission induite (GANIL, 2026). Les résultats lui permettront d’interpréter les grandeurs mesurées à la lumière des prédictions théoriques décrivant la formation et décroissance des fragments de fission. Pour cela, une collaboration avec le laboratoire L2IT (Université Paul Sabatier) pourra être envisagée. Au fil de la thèse, l’étudiant(e) profitera des compétences expérimentales et théoriques de l’équipe. Il/elle sera invité(e) à participer aux autres recherches du groupe, et à communiquer ses travaux au sein de journaux à comité de lecture et de conférences internationales. Page 36

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Etude de la désexcitation radiative du noyau avec une Physique nucléaire méthode de type Oslo Contexte : La capture d’un neutron par un noyau amène à un DIRECTEUR DE THESE noyau composé prompt à se désexciter en émettant des raies gammas si l’énergie d’excitation est inférieure à quelques MeV. Ce ROIG Olivier processus est appelé capture radiative. Cette réaction dont on sait [email protected] précisément mesurer la section efficace pour des noyaux stables ou proches de la vallée de stabilité, reste difficilement mesurable ECOLE DOCTORALE pour des noyaux plus exotiques. Les modèles de réactions 576 nucléaires basés sur les noyaux stables peinent à apporter des Particules, Hadrons, Energie, prédictions fiables sur ces noyaux exotiques. Des avancées ont Noyau, Instrumentation, Imagerie, permis d’entrevoir des voies d’améliorations significatives en s’intéressant aux ingrédients plus microscopiques, qui restent Cosmos, Simulation (PHENIICS) accessibles à des mesures : la fonction de force gamma et la 91405 Orsay Cedex densité de niveaux. Ceux-ci gèrent respectivement la manière dont la cascade gamma se déroule et la structure du noyau à haute énergie d’excitation. Leur amélioration a un impact direct sur la ENCADRANT prédiction des sections efficaces pour des noyaux instables. FOUGERES Chloé Objectif de la thèse : Cette thèse en physique nucléaire [email protected] expérimentale vise une mesure précise de ces ingrédients utilisés dans les modèles de réaction. Cela nécessite de mettre en place ROIG Olivier un dispositif expérimental complexe composé de détecteurs NaI et [email protected] de Si afin d’extraire les bonnes observables pour les noyaux à étudier créés lors d’une réaction nucléaire. La mise en œuvre de ces détecteurs et l’analyse de données seront les objectifs principaux de la thèse. Une comparaison avec différents modèles CENTRE théoriques constituera l’objectif final de la thèse. Des implications de la mesure au niveau astrophysique seront aussi regardées. CEA DAM Île-de-France Déroulement de la thèse : L’étudiant(e) participera au montage, Bruyères-le-Châtel - 91297 aux tests de mise en fonctionnement de cet ensemble de détection, Arpajon ainsi bien sûr qu’à l’expérience au sein de l’équipe. Pour l’analyse Tél : 01-69-26-40-00 et l’interprétation, une partie de la thèse sera consacrée à la simulation précise du détecteur, en utilisant le code de simulation GEANT4. Il(elle) sera impliqué(e) dans l’utilisation du système d’acquisition numérique associé à l’ensemble de détection. Les premières mesures sont prévues pour fin 2025, début 2026. Les noyaux à étudier seront créés à l’aide de réactions (d,p) sur notre accélérateur ou d’autres (d,X) sur celui de l’IJCLab d’Orsay. Les améliorations recherchées ont un impact direct sur la prédiction des sections efficaces pour des noyaux instables que l’on trouve notamment dans la nucléosynthèse stellaire. La prochaine étude pourrait s’intéresser à l’isotope 188Re qui, associé au 187Os, constitue un cosmo-chronomètre d’intérêt pour le processus s. L’étudiant(e) sera responsable de l’analyse et l’interprétation de ces premières mesures. L’étudiant(e) bénéficiera de l’expertise de l’équipe tant expérimentale que théorique pour développer le sujet. L’étudiant(e) pourra être amené(e) à participer à d’autres expériences du groupe, notamment au GANIL, à communiquer ses résultats au cours de conférences internationales et à publier des articles scientifiques dans des revues à comité de lecture. Compétences souhaitées : Physique nucléaire, intrumentation, programmation, anglais Méthodes et logiciels spécifiques : C++ Page 37

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Description microscopique des propriétés des Physique nucléaire fragments de fission évaluées à la scission Contexte : La fission est l’une des réactions nucléaires les plus DIRECTEUR DE THESE difficiles à décrire, reflétant la diversité des aspects dynamiques du problème à N-corps. Au cours de ce processus, le noyau explore VIDEAU Laurent des états de déformations extrêmes aboutissant à la formation de [email protected] 2 fragments. Alors que le nombre de degrés de liberté (DLC) mis en jeu est extrêmement grand, l’approximation de champ moyen ECOLE DOCTORALE est un bon point départ qui opère une réduction drastique des DLC, 576 l’élongation et l’asymétrie étant incontournables. Cette réduction Particules, Hadrons, Energie, introduit des discontinuités dans la génération successive des états Noyau, Instrumentation, Imagerie, par lesquels le noyau transite, la continuité en énergie n’assurant pas la continuité des états issus d’un principe variationnel. Cosmos et Simulation Récemment, une nouvelle méthode, basée sur des contraintes (PHENIICS) associées aux recouvrements de fonctions d’onde, a été mise en Université Paris-Saclay œuvre afin d’assurer cette continuité jusqu’à la scission et au-delà Bât. 100 (vallée de Coulomb). Cette continuité est capitale pour décrire la 15 rue George Clémenceau, dynamique du processus. 91405 ORSAY CEDEX Objectif de la thèse : L’objectif de la thèse que nous proposons est de réaliser pour la première fois la mise en oeuvre à 2 dimensions de cette nouvelle approche afin de prendre en compte ENCADRANT l’ensemble de la collectivité générée par l’élongation et l’asymétrie. Les développements théoriques et numériques s’inscrivent dans le PILLET Nathalie cadre de la méthode de la coordonnée génératrice dépendant du [email protected] temps. Ce type d’approche contient une première étape statique, qui consiste en la génération de surfaces d’énergie potentielle (PES), obtenues par des calculs Hartree-Fock-Bogoliubov sous contraintes, et une seconde étape dynamique, qui décrit la propagation dynamique d’un paquet d’onde sur ces surfaces via la résolution de l’équation de Schrödinger dépendant du temps. C’est CENTRE à partir de cette 2ème étape que les observables sont en général extraites. CEA DAM Île-de-France Bruyères-le-Châtel - 91297 Déroulement de la thèse : 1) Construire des PES à 2 dimensions pour l’état de plus basse énergie et les premiers états excités. Cela Arpajon mettra en oeuvre les 3 algorithmes Link, Drop et Deflation. Tél : 01-69-26-40-00 2) Résoudre l’équation dynamique sans et avec excitations. 3) Extraire des observables accessibles par ce type d’approches : les rendements, le bilan énergétique à la scission, la déformation des fragments, le nombre moyen de neutrons émis. Nous souhaitons en particulier étudier l’impact des excitations intrinsèques sur les observables de fission, qui se manifestent essentiellement dans la descente du point scelle vers la scission. Enfin, ces résultats seront confrontés aux données expérimentales, dans des actinides et des pré-actinides d’intérêt. Notamment, les mesures récentes très précises, obtenues par les expériences SOFIA pour des noyaux peu à très exotiques, devraient contribuer à tester la précision et la prédictivité de nos approches, et à guider les futurs développements des approches à N-corps et de l’interaction nucléaire dans le cadre de la fission. Méthodes et logiciels spécifiques : C++, Python Page 38

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Etudes des mélanges dans les intérieurs de planètes Physique théorique Contexte : Avec l’exploration de plus en plus avancée des planètes DIRECTEUR DE THESE de notre système solaire et la découverte de plus de 5000 exoplanètes dans des systèmes stellaires voisins, il est de plus en plus nécessaire de développer des modèles détaillés de structure ECOLE DOCTORALE et d’évolution de ces objets. Un des points d’achoppement se situe dans la caractérisation physique et thermodynamique de mélanges complexes particulièrement communs dans ces objets : mélanges ENCADRANT hydrogène-hélium, hydrogène-eau, eau-silicates, silicates-fer,… ainsi que de nombreux autres. Or, les propriétés de ces mélanges influencent très grandement l’évolution des planètes : SOUBIRAN François différenciation et effet dynamo dans les planètes rocheuses, [email protected] sédimentation de l’hélium dans les planètes géantes, inhibition du refroidissement des planètes glacées… Il est donc essentiel de pouvoir caractériser le comportement de ces systèmes dans des conditions extrêmes. CENTRE Objectif de la thèse : Les simulations ab initio ont apporté des progrès immenses en la matière en permettant de caractériser avec précision des systèmes complexes et ce en tenant compte du CEA DAM Île-de-France caractère quantique des électrons. Ces simulations sont toutefois Bruyères-le-Châtel - 91297 très exigeantes en temps de calcul et sont limitées à des systèmes Arpajon de petite taille. Pour accélérer le calcul et accéder à des temps de Tél : 01-69-26-40-00 simulation plus longs pour des systèmes beaucoup plus larges, il est possible d’utiliser des potentiels numériques calibrés sur une base de donnée de simulations ab initio à l’aide de l’apprentissage automatique. L’objectif de ce projet de thèse est de développer des outils pour le développement de potentiels numériques hautement fidèles pour les intégrer dans différents types de simulations permettant de caractériser les transitions de phase dans des mélanges complexes. Déroulement de la thèse : Il s’agira tout d’abord de réaliser une série de simulations ab initio sur des systèmes complexes tels que le mélange eau-silicates et silicates-fer qui sont essentiels dans les planètes géantes glacées et les super-Terres. Il sera ensuite nécessaire de développer des potentiels numériques capables de reproduire le plus précisément possible l’ab initio pour ensuite les utiliser et caractériser les transitions de phases à ultra-haute pression selon plusieurs méthodologies complémentaires. Le tout permettra d’offrir des contraintes fiables sur les structures de plusieurs types de planètes ainsi que sur les scenarios de formation. Au cours de cette thèse, l’étudiant(e) aura l’opportunité d’interagir avec de nombreux experts numériciens, mais également de participer à des campagnes expérimentales et d’échanger avec des astrophysiciens. Compétences souhaitées : Des connaissances en physique théorique sont nécessaires, notamment en physique statistique et en thermodynamique. Méthodes et logiciels spécifiques : Python, Linux Page 39

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Modélisation de composants et fonctions Electromagnétisme - électroniques en environnement radiatif Electrotechnique Contexte : Parmi ses activités, le CEA (Commissariat à l’Energie DIRECTEUR DE THESE Atomique et aux Energies Alternatives) est responsable de la conception et la qualification d’équipements électroniques résistant LAPUYADE Hervé aux effets de différents environnements radiatifs. Actuellement, les [email protected] principaux moyens utilisés pour apporter la garantie de durcissement d’une électronique sont expérimentaux. Le CEA ECOLE DOCTORALE développe également ses compétences dans le domaine de la 209 simulation de systèmes électroniques. Sciences Physiques et de Le travail de thèse proposé s’inscrit dans cette démarche de l’Ingénieur (SPI) simulation afin de consolider et d’enrichir les méthodes de modélisation électrique des composants et des fonctions sous Université de Bordeaux - Campus radiations. Peixotto L’encadrement sera assuré dans un contexte de collaboration entre 351 cours de la libération le CEA Île-de-France et le laboratoire d’Intégration du Matériau au Bât A1 - RDC Système à Bordeaux. 33405 Talence Objectif de la thèse : L’objectif du travail sera de proposer une méthodologie de modélisation des composants élémentaires à ENCADRANT semi-conducteur (transistors et diodes) prenant en compte les effets transitoires pendant l’irradiation à haut niveau. Ces modélisations seront d’abord réalisées au moyen de codes de BRISSET Christophe simulation standard basés sur le langage Spice et sur des [email protected] bibliothèques existantes de modèles fonctionnels des composants. Par la suite, de nouveaux modèles de composants seront à développer dans un environnement logiciel à définir pour parvenir à une simulation plus réaliste et optimisée des électroniques sous très fortes contraintes radiatives. Les données d’entrée seront issues de la littérature, d’expérimentations passées et CENTRE d’expériences spécifiques à réaliser dans le cadre de la thèse. Une approche générique d’une méthode de caractérisation CEA DAM Île-de-France expérimentale sera à développer afin de déterminer les paramètres Bruyères-le-Châtel - 91297 d’un modèle de composant dans un environnement radiatif donné. Arpajon Les modèles radiatifs seront à valider pour différentes technologies Tél : 01-69-26-40-00 de composants par comparaison entre la simulation et l’expérience. Déroulement de la thèse : La synthèse bibliographique sur la modélisation des effets transitoires des radiations à très forte contrainte sur les dispositifs électroniques sera la première étape. Dans une deuxième étape du travail de la thèse, une démarche de modélisation innovante sera proposée. Des expérimentations serviront à confronter le comportement du modèle numérique du composant à celui relevé après l’analyse des mesures électriques. Le travail de thèse s’effectuera par périodes à définir dans les locaux du CEA/DAM Île-de-France ou dans le laboratoire universitaire à Bordeaux. Il sera demandé au(à la) candidat(e) la rédaction d’articles et de rapports complétée par la présentation orale de son travail. Compétences souhaitées : Connaissance de base des principes de fonctionnement des composants électroniques analogiques élémentaires tels que les transistors et les diodes. Expérience dans le domaine de la simulation numérique appliquée à l’électronique. Expérience dans la mise en oeuvre de mesures électriques avec des appareils de laboratoire. Méthodes et logiciels spécifiques : modélisation numérique, Spice, VHDL-AMS Page 42

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Etude et modélisation de l’impact de rayonnements Electromagnétisme - ionisants sur des composants rapides innovants Electrotechnique Contexte : Le CEA Gramat est le centre de référence de la DIRECTEUR DE THESE Défense en vulnérabilité des systèmes et des infrastructures et efficacité des armements. Il étudie notamment la vulnérabilité de SOMMET Raphaël composants électroniques aux effets induits par des particules de [email protected] haute énergie. Ces études ont pour objectif d’estimer le degré de susceptibilité de ces systèmes en environnement radiatif sévère. ECOLE DOCTORALE Les technologies de composants électroniques évoluent 653 rapidement pour répondre aux exigences croissantes de vitesse, Sciences et Ingéniérie (SI) transmission de puissance, compacité, bande passante, 33 rue François Mitterrand BP fonctionnement à des températures élevées. Les nouveaux composants vont permettre de répondre aux besoins futurs des 23204 87032 Limoges applications hyperfréquences et aux problématiques de la commutation rapide de puissance. Dans le cadre des domaines de l’aérospatial, de la défense, du nucléaire, du médical, et des ENCADRANT recherches de physiques, ces composants devront en plus résister à l’impact de rayonnements ionisants. DIOT Jean-Christophe [email protected] Objectif de la thèse : L’objectif de cette thèse est d’étudier l’impact de rayonnements ionisants (exemples : X, électrons, protons…) sur des composants innovants utilisés dans le domaine de l’émission en radio-fréquence et en commutation rapide. L’étude envisagée porte principalement sur des matériaux à grand gap (exemple GaN et SiC) mais d’autres technologies prometteuses pourront être CENTRE envisagées. Les composants seront étudiés dans des régimes de fonctionnement dynamiques dans leur contexte d’utilisation. Cette CEA Gramat thèse sera constituée d’un volet expérimental important qui permettra d’observer et de quantifier les effets de l’irradiation sur BP 80200 – 46500 Gramat les différents composants. En parallèle, le second volet aura pour Tél : 05-65-10-54-32 objectif de modéliser et d’expliquer les effets observés, notamment en dynamique, afin de déterminer quelles structures et quels matériaux sont les plus aptes à être utilisés dans les futures applications. Déroulement de la thèse : Cette thèse s’effectuera avec le laboratoire XLIM de l’Université de Limoges et fera l’objet de collaborations avec la société INOVEOS. Elle débutera par une étude bibliographique qui permettra d’identifier les composants d’intérêt. Ensuite l’approvisionnement, la conception et la réalisation des cartes de test seront conduits par le/la doctorant(e). La méthode de métrologie et le banc de test seront définis avant de procéder aux essais sous différents moyens d’irradiation qui auront lieu principalement au CEA. Une phase d’identification de la structure des composants sera réalisée avant et après irradiation. En parallèle, la modélisation du composant et la simulation de l’impact de l’interaction rayonnement matière seront réalisées à l’aide différents codes de calculs (exemple MCNP, GEANT4, TCAD, ADS, CST…). Compétences souhaitées : Physique des semiconducteurs, notions d’interactions rayonnement-matière, électronique analogique en particulier compréhension du fonctionnement des principaux composants électroniques, compétences radio- fréquence et microondes, conception, mise en œuvre Méthodes et logiciels spécifiques : Labview, Python, Matlab, VHDL, KiCAD, PSPICE, TCAD, SRIM, GEANT4, ADS, CST Page 43

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Evaluation probabiliste des contraintes sur un réseau Electromagnétisme - électrique vis-à-vis d’une agression conduite Electrotechnique Contexte : La vulnérabilité des systèmes électroniques aux DIRECTEUR DE THESE agressions électromagnétiques intentionnelles est une question extrêmement sensible au regard des évolutions technologiques et BESNIER Philippe du déploiement de nombreux équipements électroniques pour la [email protected] gestion de processus critiques. Les effets d’une contrainte couplée sur un réseau électrique basse tension et de sa propagation dans ECOLE DOCTORALE une installation, à travers le circuit de distribution électrique 601 jusqu’aux équipements terminaux, est un sujet actuel d’intérêt vis- Mathématiques, à-vis de ces menaces. La détermination des niveaux de contrainte télécommunications, à l’entrée des équipements est une donnée fondamentale pour l’analyse de cette vulnérabilité, et elle est fonction de nombreuses informatique, signal, systèmes, données d’entrée (position et nombre de câbles d’alimentation, électronique (MATISSE) impédances de charge terminales), peu précisément connues et Espace Doctoral - Bâtiment 1 - très variables d’une installation à l’autre. Une approche Campus de Beaulieu - 35042 stochastique est donc proposée pour estimer les incertitudes et Rennes leurs propagations dans un modèle de réseau électrique. Objectif de la thèse : Les objectifs de cette thèse seront de ENCADRANTS rechercher et d’étudier les performances de méthodes d’apprentissage pour représenter le problème initial par une fonction simplifiée pour une estimation efficace des distributions LE TOUZ Nicolas probabilistes de niveaux de contrainte ou de la probabilité de [email protected] dépassement de seuil de susceptibilité. Pour valider la méthode Stéphane VAUCHAMP d’apprentissage retenue, une maquette expérimentale [email protected] représentative d’un réseau de distribution électrique sera réalisée. Les résultats expérimentaux pourront alors être confrontés à ceux de la méthode stochastique sur cette maquette. CENTRE Déroulement de la thèse : De T0 à T0 + 4 mois : choix des méthodes et outils de modélisation et état de l’art sur les méthodes CEA Gramat d’apprentissage. De T0 + 5 mois à T0 + 6 mois : détermination de BP 80200 – 46500 Gramat configurations d’intérêt et de complexité croissante / Définition des Tél : 05-65-10-54-32 incertitudes et hypothèses de distributions. De T0 + 7 mois à T0 + 18 mois : recherche de méthodes d’apprentissage adaptées au problème posé (propagation d’interférences dans les réseaux électriques) et à sa dimension (nombre de variables d’entrée). Déclinaison de la méthode en fonction de l’objectif de distribution de la contrainte ou de probabilité de dépassement de seuil. De T0+19 mois à T0 + 22 mois : validation théorique et indicateurs de performance, le modèle initial constituant la référence. De T0 + 23 mois à T0 + 30 mois : réalisation d’essais sur maquette expérimentale et confrontation avec l’approche théorique proposée. De T0 + 31 mois à T0 + 36 mois : rédaction du manuscrit de thèse. Compétences souhaitées : connaissances en méthodes numériques, en probabilités et statistiques, en électronique et électromagnétisme Page 44

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Caractérisation expérimentale et numérique de Electromagnétisme - plasmas produits par impulsions de courants Electrotechnique intenses Contexte : Le projet EOLE « Electro-explosion Obéissant à la Loi DIRECTEUR DE THESE d’Echelle » explore une technique originale pour simuler les effets d’une explosion de forte énergie. L’injection d’un courant BONIFACI Nelly impulsionnel intense dans un fil ou un ruban provoque son [email protected] explosion et génère une onde de souffle sphérique qui se propage inp.fr dans l’air ambiant, puis vient interagir avec une maquette sous test. La faisabilité de cette technique a été démontrée en 2021 au ECOLE DOCTORALE CEA/Gramat en développant un générateur compact de courant 220 impulsionnel intense (qq centaines de kA) ainsi qu’une Electronique, électrotechnique, configuration de fil explosé permettant de générer une explosion automatique, traitement du signal sphérique d’énergie conforme aux attentes. (EEATS) Objectif de la thèse : L’objectif de ces travaux de thèse est Ecole doctorale EEATS d’utiliser différents codes de calculs développés au CEA afin de Maison du doctorat Jean caractériser le plasma généré lors des expérimentations avec le Kuntzmann générateur EOLE. Plus précisément, il s’agit de caractériser le 110 rue de la Chimie plasma produit lorsqu’un courant impulsionnel intense se propage 38400 Saint-Martin-d’Hères dans un fil métallique placé dans l’air ambiant. A partir de mesures expérimentales mises en oeuvre (spectroscopie, mesures de vitesse, mesures de pression, …), le(a) candidat(e) devra restituer ces résultats par simulation avec des ENCADRANTS codes existants. L’une des premières restitutions consiste à utiliser une modélisation collisionnelle - radiative des ions pour SOULIE Simon comprendre la phénoménologie du plasma créé. Un deuxième outil [email protected] consiste à utiliser un code Lagrangien monodimensionnel prenant RIBIERE Maxime en compte les effets hydrodynamiques engendrés par l’explosion. [email protected] Déroulement de la thèse : Dans un premier temps, une étude bibliographique portant sur la génération de plasmas hors équilibre par impulsions de champs électriques sera effectuée. Dans un deuxième temps, les modélisations avec le code 1D Lagrangien CENTRE permettront de déterminer les paramètres macroscopiques du plasma. La modélisation du plasma sera effectuée dans un CEA Gramat troisième temps en tenant compte du rayonnement produit par le BP 80200 – 46500 Gramat plasma, et des collisions entre les ions. Enfin, les résultats du modèle seront validés par comparaison avec des mesures Tél : 05-65-10-54-32 électromagnétiques (courants, tensions, champs E et H) et optiques (spectrométrie d’émission) effectuées sur le moyen EOLE. Compétences souhaitées : Mesures physiques, simulations de phénomènes physique et mécanique, connaissances en physique des plasmas et électromagnétisme. Méthodes et logiciels spécifiques : Python, Fortran Page 45

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Propagation des ondes infrasonores dans une Energie, thermique, atmosphère turbulente combustion, écoulements Contexte : Les infrasons sont des ondes acoustiques de fréquence DIRECTEUR DE THESE inférieure à 20 Hz qui sont produits par des sources telles que les explosions. Ils se propagent dans l’atmosphère sur des distances SABATINI Roberto pouvant atteindre plusieurs milliers de kilomètres. Les signaux de [email protected] surpression enregistrés sont généralement des paquets d’onde dont les caractéristiques relèvent des mécanismes d’émission et de ECOLE DOCTORALE l’interaction des ondes avec le milieu. L’atmosphère est un 162 écoulement complexe, présentant des variations de grande échelle Mécanique Energétique Génie de la température et des vents et des fluctuations turbulentes ayant civil et Acoustique (MEGA) des échelles spatiales proches des longueurs d’onde. Ces dernières sont notamment générées par le déferlement des ondes ED MEGA Bat Direction INSA, de gravité (ondes dues à la flottabilité de l’air) et affectent 69621 Villerbanne considérablement les arrivées infrasonores. L’interaction entre les infrasons et la turbulence atmosphérique reste un sujet ouvert dont la compréhension s’avère incontournable pour améliorer notre ENCADRANT capacité d’analyse des enregistrements. GAINVILLE Olaf Objectif de la thèse : La modélisation de la propagation atmosphérique des infrasons peut être réalisée sans approximations par résolution directe [email protected] des équations de Navier-Stokes. De récents travaux de recherche, en collaboration entre le LMFA et le CEA, s’appuyant sur cette méthode ont mis en évidence certains des phénomènes physiques influençant les infrasons, tels que la réfraction due aux variations de grande échelle de la température et des vents, les effets non-linéaires, l’absorption et la diffraction. CENTRE L’objectif de la thèse est de poursuivre dans cette démarche et d’étudier la propagation des ondes infrasonores générées par une source impulsive dans une atmosphère turbulente induite par le déferlement d’ondes de CEA DAM Île-de-France gravité. Pour cela, des simulations numériques 3-D des équations de Bruyères-le-Châtel - 91297 Navier-Stokes instationnaires et compressibles seront réalisés à l’aide d’un Arpajon algorithme basé sur une méthode aux différences finies d’ordre élevé. Tél : 01-69-26-40-00 Cette approche permet de décrire simultanément l’évolution spatio- temporelle de l’atmosphère turbulente (génération des ondes de gravité, déferlement, cascade turbulente) et la propagation des infrasons dans le champ atmosphérique turbulent. Les calculs seront effectués sur des clusters de GPUs, en utilisant un code écrit en langage C/C++/CUDA. Déroulement de la thèse : Dans cette thèse, il s’agira tout d’abord d’élaborer une stratégie de forçage des champs atmosphériques moyens dans une méthode de résolution directe des équations de la mécanique des fluides, puis d’exciter un spectre réaliste d’ondes de gravité. L’interaction entre les hétérogénéités turbulentes et les signaux acoustiques enregistrés à quelques centaines de kilomètres de la source sera ensuite analysée. Les effets de la turbulence sur la forme d’onde et le contenu fréquentiel seront plus particulièrement discutés en fonction des caractéristiques de la source infrasonore (énergie, spectre) ainsi que de la nature des arrivées. Enfin, les simulations seront confrontées aux enregistrements d’événements d’intérêt. Compétences souhaitées : Cette thèse nécessite de bonnes bases en mécanique des fluides et en propagation d’onde ainsi qu’en modélisation. Des connaissances en géophysique et en physique de l’atmosphère sont un plus. Le/la candidat(e) devra faire preuve de rigueur et de créativité. Profil M2 ou école d’ingénieur. Méthodes et logiciels spécifiques : Python, C++, Cuda, MPI, Paraview Page 46

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Aéroacoustique des écoulements hypersoniques Energie, thermique, combustion, écoulements Contexte : Lors de leur rentrée dans l’atmosphère, les météorites DIRECTEUR DE THESE créent des ondes de choc et des écoulements turbulents qui produisent des signatures acoustiques détectables sous forme MOSCHETTA Jean-Marc d’infrasons. Ces infrasons, avec des fréquences inférieures à 20 jean-marc.moschetta@isae- Hz, peuvent se propager sur de très longues distances, parfois à supaero.fr plusieurs milliers de kilomètres de leur lieu d’émission. Les modèles aéroacoustiques actuels doivent être améliorés pour capturer la ECOLE DOCTORALE dynamique complexe des écoulements hypersoniques et les 467 interactions non linéaires qui en résultent. Aéronautique & Astronautique (AA) Objectif de la thèse : Cette thèse propose de développer et d’affiner des modèles aéroacoustiques capables de simuler avec ED 467 précision les écoulements des météorites et de prédire les signatures infrasonores correspondantes. En intégrant des techniques avancées de simulation numérique (calcul HPC) et des ENCADRANT méthodes de traitement des signaux, cette recherche vise à améliorer notre compréhension des processus aéroacoustiques et MILLET Christophe à renforcer les capacités de détection des infrasons produits par les [email protected] météorites. Cette approche permettra non seulement de mieux comprendre les événements d’entrée des météorites (occurrence dans les bulletins du Système de surveillance international), mais aussi de contribuer à la surveillance globale des phénomènes géophysiques rares. CENTRE Déroulement de la thèse : Année 1 : étude des phénomènes aéroacoustiques liés aux CEA DAM Île-de-France écoulements hypersoniques, analyse des méthodes de détection et de caractérisation des infrasons générés par les météorites Bruyères-le-Châtel - 91297 (fragmentation, choc, …) et identification des lacunes des modèles Arpajon actuels. Collecte des données (mesures et simulation) sur les Tél : 01-69-26-40-00 infrasons. Année 2 : développement et validation des modèles aéroacoustiques par CFD (Computational Fluid Dynamics) et adaptation pour calculer la signature infrasonore. Validation par comparaison à des données expérimentales et des observations réelles, optimisation des modèles pour améliorer la fiabilité des prédictions. Année 3 : évaluation et applications : comparaison à des résultats publiés et évaluation des gains des modèles à grande distance. Compétences souhaitées : Mécanique des fluides, mathématiques appliquées. Page 47

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Métallurgie de l’extrême Matériaux et applications Contexte : L’étude des relations microstructure-propriétés est un DIRECTEUR DE THESE domaine considérable de la métallurgie et plus généralement de l’ingénierie des matériaux. C’est par exemple leur microstructure DEWAELE Agnès martensitique, due à un changement de phase dans le fer, qui est [email protected] responsable de la dureté des aciers trempés. Ici, nous abordons une métallurgie de l’extrême, en soumettant des échantillons ECOLE DOCTORALE métalliques à des pressions dans le domaine des 100 GPa=1 564 millions d’atmosphères, ce qui permet de synthétiser des phases Physique en îÎle-de-France cristallines nouvelles et présentant potentiellement des propriétés (EDPIF) intéressantes (dureté, magnétisme, etc.). Université Paris-Saclay Objectif de la thèse : Nos systèmes d’étude seront l’étain, puis LPS Orsay l’indium et le cobalt, qui présentent tous trois un polymorphisme Bât. 510 riche sous haute pression et température. Nous chercherons à élucider le rôle des défauts étendus dans les mécanismes mésoscopiques de ces transitions : en particulier les macles et ENCADRANT fautes d’empilement, sur la thermodynamique et la cinétique de ces transitions. Les outils de génération de haute pression/température BRUZY Nicolas sont notamment la cellule à enclumes de diamants chauffée par laser, et les outils de caractérisation, l’imagerie X in situ par [email protected] diffraction et tomographie ainsi que la microscopie électronique. Les sources de rayons X utilisées seront des sources synchrotron ainsi que le laser X à électrons libres européen. Déroulement de la thèse : La déroulement de la thèse sera CENTRE jalonné par des demandes de temps de faisceau sur les synchrotrons avec lesquels notre équipe collabore (synchrotron Soleil, synchrotron ESRF) [1-3], ainsi que sur la source Eu-XFEL. CEA DAM Île-de-France L’étain transite vers une phase γ tétragonale centrée vers 10 GPa Bruyères-le-Châtel - 91297 [4], et nous proposons d’élucider le mécanisme mésoscopique (son Arpajon caractère martensitique, le rôle du maclage) de cette transition via Tél : 01-69-26-40-00 les microstructures formées sous différentes conditions. Nous disposons déjà de données collectées lors d’une précédente thèse pour cette transition, ce qui permettra à l’étudiant(e) de se former sur les outils d’analyse puis de collecter ses propres données en travaillant sur des échantillons de microstructure complètement contrôlée. Dans un deuxième temps, nous nous intéresserons à la transition archétypale hexagonal compact-cubique face centrées subie par le cobalt à haute pression et haute température. Elle peut être induite à la fois par une augmentation de pression et de température. Le mécanisme de transition entre ces deux structures compactes met en jeu des fautes d’empilement dont la formation dépend de paramètres thermodynamique et cinétiques que nous éluciderons. Page 48

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Modélisation des effets des radiations dans les Matériaux et applications composants électroniques en Nitrure de Gallium Contexte : Les radiations produisent des défaillances et accélèrent DIRECTEUR DE THESE le vieillissement des composants électroniques. L’ionisation et les charges produites au cours d’une irradiation perturbent les INGUIMBERT Christophe électroniques des systèmes de manière transitoire ou cumulée. [email protected] Cela produit des courants transitoires entraînant la dérive des caractéristiques des composants. Il est capital d’évaluer ECOLE DOCTORALE précisément les densités de porteurs de charges générées par les 323 radiations dans les parties sensibles des composants, où les Génie Electrique, Electronique, charges induites se transforment en signal transitoire et les isolants Télécommunications et Santé du dans lesquels peuvent se piéger des quantités de charges croissantes. La modélisation fine du transport des particules dans système au nanosystème (GEET) les matériaux est essentielle pour estimer au mieux le dépôt dans 7 avenue du Colonel Roche les volumes sensibles. 310777 Toulouse Cedex 4 Objectif de la thèse : Dans ce contexte, le CEA avec l’ONERA a développé, au cours de plusieurs thèses, le module MicroElec ENCADRANT implémenté dans le framework international Geant4 dédié au transport des particules dans la matière. Ce module permet LAMBERT Damien d’estimer de manière fine la distribution spatiale des charges consécutives au passage d’un ion dans le matériau actif des [email protected] transistors Silicium. Depuis quelques années, la R&D dans le domaine des composants en Nitrure de Gallium (GaN) a fortement progressé en performance, fiabilité et coût. Désormais, la technologie GaN présente un intérêt industriel pour les applications sous radiations CENTRE avec un fort niveau de fiabilité. Cependant, certains matériaux du GaN ne sont pas encore pris en compte dans MicroElec. Ainsi, le(la) doctorant(e) contribuera à l’extension de la liste de matériaux CEA DAM Île-de-France de MicroElec qui sera proposée à la communauté de recherche Bruyères-le-Châtel - 91297 scientifique de la collaboration internationale Geant4 dont les Arpajon encadrants de cette thèse font partie. Les modèles développés Tél : 01-69-26-40-00 seront confrontés à des résultats de tests de composants GaN effectués au laboratoire auxquels le(la) candidat(e) pourra assister ou participer. Les outils TCAD (Technology Computer-Aided Design) du laboratoire pourront être utilisés pour simuler les effets électroniques des perturbations évaluées par MicroElec dans les composants électroniques. Déroulement de la thèse : Etude bibliographique : fonctionnement des composants GaN et environnements radiatifs d’intérêt. Prise en main du comportement électrique des composants GaN et des modules Geant4 existants Amélioration des modèles Geant4 pour le GaN Confrontation des résultats numériques à des résultats expérimentaux Présentation des travaux lors de conférences internationales (NSREC, RADECS, Collaboration Geant4, etc.) et soumission d’articles scientifiques Page 49

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Etude expérimentale et numérique des strictions et de Mécanique, énergétique, la fragmentation induites par choc laser génie des procédés, génie civil Contexte : La fragmentation d’enveloppes métalliques en DIRECTEUR DE THESE expansion dynamique est un sujet de recherche majeur pour différents domaines de l’industrie (énergie, défense). Elle s’initie au DEQUIEDT Jean-Lin niveau de zones de localisation de la déformation plastique sous [email protected] forme d’amincissements locaux (strictions) qui évoluent jusqu’à la rupture. Le développement de l’ensemble du processus et une ECOLE DOCTORALE description fine de la statistique des éclats en terme de nombre, 579 masse, vitesse et angle d’éjection dépendent du chargement mais Sciences Mécaniques et aussi et surtout du comportement mécanique dynamique du Energétiques, Matériaux et matériau de l’enveloppe. Ces travaux de thèse s’inscrivent donc dans une démarche globale, au sein du CEA, d’amélioration de la Géosciences (SMEMAG) compréhension du phénomène de fragmentation et des paramètres 3 rue Joliot Curie, Bâtiment qui le gouvernent. Ils visent à dimensionner et mettre en oeuvre des Breguet, 91190 GIF-SUR- expériences nouvelles et en proposer une analyse mécanique à YVETTE différentes échelles. Objectif de la thèse : Les travaux de thèse porteront sur la mise ENCADRANT en expansion par choc laser d’une paroi métallique mince pouvant conduire au développement de localisations plastiques et, éventuellement, à sa fragmentation. Il s’agira tout d’abord de BARRAUD Etienne concevoir et de dimensionner, à l’aide des simulations en [email protected] dynamique rapide à l’échelle macroscopique, les expériences et SEISSON Gabriel analyses qui permettront d’acquérir des données hautement [email protected] résolues en temps et en espace. La maîtrise de la sollicitation mécanique induite par le dépôt laser intense fera l’objet d’une attention particulière. Les simulations auront aussi pour objectif de reproduire qualitativement l’ensemble des phénomènes. Une analyse à l’échelle de la structure polycristalline du matériau, qui CENTRE peut jouer un role important sur ces géométries de petites dimensions, sera également mise en oeuvre au moyen de calculs CEA DAM Île-de-France loupe utilisant un modèle de plasticité cristalline. Bruyères-le-Châtel - 91297 Arpajon Tél : 01-69-26-40-00 Déroulement de la thèse : La thèse se déroulera suivant les grands axes suivants :

étude bibliographique sur le processus de localisation et de fragmentation des enveloppes métalliques et sur les moyens de le simuler, tant expérimentalement que numériquement ;
études numériques pour dimensionner les expériences de choc laser ;
réalisation et dépouillement des campagnes expérimentales et analyse des échantillons après tirs ;
étude analytique et numérique de la localisation (approche macroscopique et à l’échelle de la microstructure)
réalisation de communications scientifiques (congrès internationaux, articles de revues, etc.)
rédaction du mémoire de thèse. Compétences souhaitées : Connaissance en Mécanique, Rigueur, Appétance pour le travail expérimental Méthodes et logiciels spécifiques : Codes de calcul aux éléments finis Page 50

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Influences des défauts microstructuraux sur les Mécanique, énergétique, statistiques de germination de vides sous choc génie des procédés, génie civil Contexte : L’endommagement d’un métal consécutif au passage d’une DIRECTEUR DE THESE onde de choc, ou écaillage, est un problème très complexe pour la modélisation. Il se produit lorsque deux ondes de détente se croisent, DENOUAL Christophe provoquant localement une tension importante sur l’échantillon. Cette [email protected] tension induit l’initiation de pores qui croissent et coalescent, ce qui peut conduire à la fracturation totale de l’échantillon à l’échelle macroscopique. ECOLE DOCTORALE Ce phénomène se produit à des taux de déformation très élevés. L’une des difficultés actuelles est la caractérisation des effets collectifs dus à la 579 croissance simultanée de nombreux pores macroscopiques. En particulier, Science Mécanique et il est essentiel de comprendre la statistique des pores générés, leur lien energétique, Matériau et aux défauts microstructuraux et la prise en compte possible de cette diversité dans les modèles. Géoscience (SMEMAG) Université Paris Saclay Objectif de la thèse : L’objectif de la thèse est de caractériser le rôle des défauts de microstructure générés par le choc initial sur la germination des pores. Plusieurs questions se posent concernant le seuil de cavitation, ENCADRANTS notamment le rôle de la compressibilité et l’influence des défauts (lacunes, dislocations, joints de grains) sur cette initiation. Néanmoins, ces échelles sont impossibles à atteindre en temps réel expérimentalement. L’analyse DUBOIS Alizée post-mortem se heurte à de nombreux phénomènes qui se sont ajoutés à [email protected] la germination, rendant difficile leur décorrélation. Cette étude est en MAILLET Jean-Bernard revanche abordable via des simulations à l’échelle micrométrique. Grâce aux nouvelles architectures des supercalculateurs et au développement de [email protected] codes adaptés à ces machines, les simulations de dynamique moléculaire classique peuvent traiter quelques milliards d’atomes, nombre compatible avec les échelles des défauts étudiés. Cependant, ces simulations génèrent une quantité considérable de données, et la difficulté réside dans leur exploitation afin d’en extraire les quantités d’intérêt pour l’analyse. Une CENTRE précédente thèse numérique a développé un outil de détection et de suivi d’agrégats, hautement parallélisé, disponible sur le code de dynamique CEA DAM Île-de-France moléculaire interne, rendant possible son exploitation dans une étude de physique. Bruyères-le-Châtel - 91297 Arpajon Déroulement de la thèse : La première étape de la thèse sera Tél : 01-69-26-40-00 d’exploiter les outils de détection et de suivi temporel de l’évolution des vides mis en place. Si nécessaire, l’implémentation d’un algorithme d’estimation locale de densité à l’échelle nanoscopique pour détecter les premières phases de nucléation sera réalisée. Les statistiques de nucléation, croissance et coalescence des vides seront étudiées dans un cas simple de matériau (un monocristal) soumis à un taux de déformation imposé. Le second objectif est de générer des défauts microstructuraux ad-hoc reproduisant ceux issus d’une simulation de choc. Ils devront pouvoir être détectés et suivis au cours de la simulation grâce à des descripteurs adaptés (développés au laboratoire). Un suivi conjoint des vides et des défauts pourra être réalisé pour comprendre l’influence des d´efauts sur la nucléation et la croissance des pores. Une bibliothèque de pressions à cavitation et de distributions de tailles de pores sera établie pour différents types de défauts. Ces résultats serviront de références pour développer des modèles de germination représentatifs du comportement microscopique. Ces derniers seront implémentés dans les codes macroscopiques pour fournir en entrée des distributions de tailles de pores et des pressions à cavitation pertinentes, permettant d’utiliser des modèles de croissance de pores inertiels. Un goût et des capacités prononcés en simulation numérique et en analyse statistique sont préférables pour cette thèse, qui comporte une forte composante numérique. Compétences souhaitées : Physique statistique, Mécanique, Informatique Méthodes et logiciels spécifiques : exaStamp Page 51

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Etude du comportement d’un composite en Mécanique, énergétique, température par tomographie X génie des procédés, génie civil Contexte : Les matériaux composites à matrice céramiques sont DIRECTEUR DE THESE employés pour leur haute résistance mécanique en température (1000°C et plus). Ces matériaux fonctionnent par le biais d’un LAURIN Frédéric endommagement qui survient dès les premières sollicitations et le [email protected] domaine élastique est souvent restreint. La détermination de la loi de comportement nécessite l’établissement d’un modèle, la ECOLE DOCTORALE détermination des paramètres de ce modèle demandant la mesure 579 la plus complète possible en température du couple Sciences Mécaniques et contrainte/déformation pour des géométries d’intérêt, y compris en Energétiques, Matériaux et sollicitations complexes. Cette mesure est délicate à haute température et pose problème aux techniques usuelles de mesure Géosciences (SMEMAG) de déformation. Une solution est alors d’utiliser la tomographie X qui donne accès à l’intégralité du champ de déplacement. ENCADRANTS Objectif de la thèse : Dans le cadre des travaux de thèse proposés, le(la) candidat(e) aura à réaliser des essais mécaniques GUILLET François sous tomographie X de différentes natures (flexion, traction, [email protected] torsion, …) sur un composite composite à matrice céramique (CMC) SAUVET Anne-Laure oxyde/oxyde stratifié. Ces essais seront analysés par corrélation d’image volumique, une technique que le(la) candidat(e) devra [email protected] continuer à développer sur la base de travaux antérieurs. Les résultats obtenus alimenteront une loi de comportement endommageable que le(la) candidat(e) devra déterminer par le bais d’un dialogue essai-calcul, tout cela en température jusqu’à 800°C- CENTRE 1000°C. Enfin le(la) candidat(e) devra étudier la phénoménologie de l’endommagement du matériau (développement de fissures, rôle des porosités, …) accessible à température ambiante aussi CEA Le Ripault bien qu’à des températures élevées grâce à la tomographie X. BP 16 – 37260 Monts Tél : 02-47-34-40-00 Déroulement de la thèse : La première partie de la thèse consistera dans un premier temps à analyser les résultats antérieurs pour proposer un plan d’expériences complémentaire et plus exhaustif que les premiers essais menés lors de travaux précédents. Il s’agira également de proposer des optimisations du protocole d’analyse par corrélation d’image volumique existant. Les résultats des essais menés à la suite de ces réflexions permettront ensuite d’alimenter une loi de comportement endommageable caractéristique de ce type de matériau. La méthodologie de détermination des paramètres de la loi de comportement à partir des résultats obtenus (dialogue essais-calcul) est un des points d’intérêt majeur de la thèse. Enfin, le/la doctorant(e) devra relier le comportement constaté aux observations 3D amenées par la tomograhie X. Il/elle devra pour cela faire appel à des techniques d’analyse d’image 3D. Compétences souhaitées : compétences en essais mécaniques et en calculs éléments finis Méthodes et logiciels spécifiques : Essais mécaniques, calcul éléments finis Page 52

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Résolutions de problèmes inverses par deep learning Métrologie appliqués à l’interférométrie Contexte : Dans la continuité des travaux de thèse de Benoît DIRECTEUR DE THESE Rougier et de Jérémi Mapas appliqués à l’interférométrie radiofréquence sur la compréhension de la propagation d’une onde AUBERT Hervé électromagnétique à travers une onde de choc pour l’étude à coeur [email protected] ; des propriétés de matériaux innovants, cette thèse vise à exploiter [email protected] les signaux bruts du radiointerféromètre pour déterminer simultanément la vitesse d’un choc et la vitesse matérielle dans des ECOLE DOCTORALE solides inertes ou énergétiques soumis à un choc soutenu ou non 323 soutenu. Un modèle de propagation des ondes millimétriques dans Génie Electrique, Electronique, un milieu dissipatif présentant deux couches diélectriques séparées Télécommunications et Santé du par des interfaces en mouvement a été élaboré pour traiter le cas du choc soutenu. Une résolution du problème inverse du modèle à système au nanosystème deux couches avec pertes a été proposée avec l’apport du deep (GEETS) learning et des réseaux convolutifs. Un modèle multicouche sans 7 avenue du Colonel Roche pertes diélectriques a été également initié pour le cas du choc non 31077 Toulouse Cedex 4 soutenu. Objectif de la thèse : L’exploitation des signaux bruts de ENCADRANTS l’interférométrie laser pour la mesure de vitesse d’interface fait également l’objet de nombreux travaux en traitement du signal avec par exemple l’utilisation de la transformée de Fourrier glissante, LEFRANCOIS Alexandre et/ou de la méthode des ondelettes. L’application du deep learning [email protected] à l’interférométrie laser est recherchée pour permettre d’améliorer BARBARIN Yohan l’analyse des résultats. La synergie entre les deux approches [email protected] métrologiques est un atout pour améliorer l’architecture des réseaux de neurones, notamment avec des méthodes d’apprentissage basées sur la modélisation des signaux bruts. Références : Reflection of Electromagnetic Waves on Moving Dielectric CENTRE Interfaces for Analyzing Shock Phenomenon in Solids, B. Rougier, H. Aubert, A. Lefrancois, Y. Barbarin, J. Luc, A. Osmont, CEA Gramat RadioScience, 2018 BP 80200 – 46500 Gramat Tél : 05-65-10-54-32 Déroulement de la thèse : Plus particulièrement, l’objectif consistera à approfondir la compréhension et la modélisation des phénomènes de transmission et de réflexion d’une onde électromagnétique se propageant dans un matériau soumis à un choc, à améliorer le travail d’inversion du modèle de propagation à partir de réseaux de neurones afin de pouvoir extraire de manière plus précise la vitesse de choc, la vitesse matérielle et l’indice de réfraction choqué du signal rétrodiffusé dans le matériau et enfin de concevoir des campagnes expérimentales afin d’acquérir des données nous permettant de valider les différents modèles développés. Page 53

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Bonded laser amplifier medium for the next Optique - Optique laser - generation of high energy laser frontend Optique appliquée Contexte : Un faisceau laser de puissance type LMJ/PETAL est DIRECTEUR DE THESE schématiquement constitué d’un système laser pilote qui crée et met en forme une impulsion, suivi d’une section amplificatrice CAMY Patrice constituée d’une série de plaques de verres laser dopés au [email protected] Néodyme, permettant d’atteindre une énergie de l’ordre de la dizaine de kilojoules. En tant que premier élément du système, le ECOLE DOCTORALE pilote a un rôle primordial car c’est à son niveau que toutes les 591 caractéristiques du faisceau sont définies. Le pilote est un élément Physique, Sciences de qui reste de taille relativement raisonnable par rapport au reste de l’Ingénieur, Matériaux et Energie l’installation et qui peut donc évoluer durant toute la phase d’exploitation d’un laser de puissance. Dans ce cadre, nous (PSIME) développons actuellement différentes briques technologiques Université de Caen Normandie novatrices fibrées ou massives (amplificateurs ytterbium de forte UFR des Sciences énergie, sources semi-conducteur, amplificateurs à barreau ou à Bâtiment sciences 3 – bureau S3 disque, …) susceptibles d’être intégrées dans les systèmes pilote 104 de nouvelle génération. Boulevard Maréchal Juin · CS 14032 · 14032 Caen cedex 5 Objectif de la thèse : Une première thèse a permis d’explorer les concepts autour de l’assemblage [1] de matériaux de différentes natures pour optimiser le refroidissement d’un milieu amplificateur [2]. Suite à cette phase exploratoire, il s’agit d’optimiser ces ENCADRANTS concepts à un système réel avec le développement d’un milieu amplificateur laser hétérogène optimisant le refroidissement et la MONTANT Sébastien bande de gain afin de délivrer 1 Joule. [email protected] L’objectif de la thèse est de développer de nouvelles têtes LANTERNIER Catherine amplificatrices :

équipées de matériaux amplificateurs de natures différentes pour [email protected] optimiser la bande de gain,
équipées de matériaux composites collés pour optimiser le refroidissement,
d’adapter les milieux à gain à un pompage par diode ou par flash, CENTRE et de proposer des méthodes de refroidissement alternatives. Il s’agira, dans le cadre d’une démarche scientifique classique, de CEA Cesta développer des études expérimentales et numériques pour valider des concepts technologiques dans l’objectif de parvenir à des BP 2 – 33114 Le Barp systèmes réellement exploitables dans le contexte exigeant des Tél : 05-57-04-40-00 lasers de puissance. Ce sujet permettra au(à la) candidat(e) de mettre à profit ou d’élargir ses compétences en laser, fibres optiques, mises en forme et caractérisation d’impulsions, … Les développements seront menés au sein d’une équipe CEA travaillant sur les nouvelles technologies laser. Ils se feront en collaboration avec l’équipe « Optique, Matériaux et Laser » du laboratoire CIMAP (université de Caen) qui élabore de nouveaux matériaux. Références : [1] L.Zheng. et al “Drastic thermal effects reduction through distributed face cooling…”, Opt. Mat. Express pp3214-3221, 7,9 (2017); [2] T. Dubé et al « Thermal effects reduction in a diode side-pumped rod-like bonded α-quartz||Nd:glass||α-quartz amplifying medium » EPJ Web of Conferences 266, 06004 (2022) Méthodes et logiciels spécifiques : Optique, Laser, Instrumentation, COMSOL Page 54

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Système interférométrique rapide à réinjection Optique - Optique laser - optique fibré pour la mesure de surpression aérienne Optique appliquée Contexte : Le CEA (Commissariat à l’Energie Atomique et aux DIRECTEUR DE THESE énergies alternatives) est l’un des plus importants centres de recherche français. Le site de Gramat est le centre de référence de PERCHOUX Julien la Défense en vulnérabilité des systèmes et des infrastructures. [email protected] L’équipe de recherche du LAAS-CNRS, Optical And Smart Integrated Sensors, à Toulouse est l’une des équipes les plus ECOLE DOCTORALE avancées au monde dans la conception de capteurs 223 interférométriques intégrés dit à réinjection optique (Optical GEET Université de Toulouse Feedback Interferometry - OFI). 7 avenue du Colonel Roche, BP Ces capteurs simples et compacts couvrent un vaste domaine de mesures : vibration, vitesse, distance, etc. et plus récemment la 54200 31031 Toulouse Cedex 4 mesure de variation de pression dans le domaine acoustique mais également dans des gammes de pression plus élevées comme on en rencontre dans le cas d’explosions. Dans le cadre d’une ENCADRANT collaboration entre le LAAS-CNRS et le CEA, un capteur par réinjection optique pour l’observation d’onde de choc a été évaluée BARBARIN Yohan et un modèle acousto-optique a été développé. [email protected] Objectif de la thèse : Les premiers essais ont démontré à la fois le fort potentiel de cette technologie et les trois difficultés suivantes : l’absence de déport de la mesure par fibre optique, une bande passante globale un peu limitée et suivant les niveaux de pression une résolution limitée. CENTRE L’objectif de cette thèse est le développement d’un nouveau capteur dont le laser sera conçu pour fonctionner avec un déport CEA Gramat en fibre optique et avec une bande passante approchant le GHz. L’effet de réinjection optique est très différent de ce qui a pu être BP 80200 – 46500 Gramat fait par le passé et la bande passante demandé repoussera Tél : 05-65-10-54-32 grandement les limites actuelles. En parallèle, le(la) doctorant(e) devra améliorer la résolution du capteur soit en agissant sur sa conception pour avoir accès à la phase du signal de mesure soit via un traitement du signal innovant. Les incertitudes de mesure seront également évaluées. La mise en œuvre du futur prototype sur des campagnes de mesures et le traitement de données acquises au CEA-Gramat en seront l’aboutissement. Compétences souhaitées : Laser, modélisation optique, mesures optiques, mesures physiques, traitement du signal Page 55