Diffraction X de matériaux modèles multiphasiques dans le domaine de la matière dense et tiède

Contexte :

Un diagnostic de diffraction X a été mis au point sur l’installation LULI2000, et sera adapté prochainement sur le Laser MegaJoule. Un tel dispositif offre la possibilité d’étudier les transitions de phases de matériaux cristallins comprimés à l’aide d’un laser et soumis à de très hautes pressions relevant du domaine de la matière dense et tiède. Lors de la première étude, les changements de phase solide/solide et solide/liquide du fer, matériau d’intérêt géophysique, ont été explorés le long de son Hugoniot afin d’acquérir des données importantes quant à la compréhension des intérieurs planétaires. En outre, le diagramme de phase du bismuth a été exploré avec une cinétique inédite offerte par ce type d’installation, i.e. en comprimant le matériau avec l’aide de rampes laser. Ce diagramme apparait différent des diagrammes de phase statiques ou explorés sous choc et met ainsi en lumière toute l’importance d’étudier les effets cinétiques pour comprendre les processus de transition de phase.

Objectif de la thèse :

A la manière des deux pré-études citées ci-dessus, l’objectif de cette thèse est d’exploiter ce nouveau dispositif sur l’installation LULI2000 afin d’identifier la fusion sous choc de matériaux pour lesquels il subsiste des désaccords majeurs entre les courbes de fusion statiques et dynamiques. Il s’agira aussi d’explorer le diagramme de phase de matériaux multiphasiques avec des dynamiques de compression inédites hors-Hugoniot. En plus de participer activement à la préparation et à la réalisation de ces expériences, le(a) doctorant(e) sera amené(e) à développer les outils nécessaires à la prévision et à l’analyse du diagnostic de diffraction X. En parallèle, il(elle) devra réaliser des simulations hydrodynamiques afin d’analyser les données parallèles permettant d’évaluer les conditions extrêmes de pression et de température sondées. Il(elle) participera en cela à l’amélioration et à la validation des modèles d’interaction laser-matière et des modèles hydrodynamiques (équations d’état multi-phases, conductivité thermique, cinétique des changements de phase) utilisés dans ces calculs.

Déroulement de la thèse :

Le(a) doctorant(e) commencera par analyser la première expérience de diffraction X afin de se familiariser avec :

1- les méthodes expérimentales utilisées pour étudier la matière dense et tiède à l’aide d’un laser de puissance,
2- les outils de dépouillement qu’il(elle) se devra de compléter,
3- les simulations hydrodynamiques.

Cette première phase de travail permettra de préparer, de réaliser et d’analyser les différentes campagnes expérimentales citées ci-avant. Pendant toute la durée du doctorat, l’étudiant(e) bénéficiera d’un co-encadrement multidisciplinaire CEA/LULI composé d’expérimentateurs laser et synchrotron, de théoriciens et de géophysiciens, ce qui l’amènera à participer également à des expériences sur des installations synchrotron (ESRF, Grenoble) et XFEL (Hambourg).

DIRECTEUR DE THESE

Alessandra BENUZZI-MOUNAIX
alessandra.benuzzi-mounaix@polytechnique.edu

ECOLE DOCTORALE

ED 626
Ecole Doctorale de l’Institut Polytechnique de Paris
Ecole Polytechnique
Route de Saclay
91120 Palaiseau

ENCADRANT

Adrien DENOEUD
adrien.denoeud2@cea.fr

CENTRE

DAM – Île-de-France
Bruyères-le-Châtel
91297 Arpajon
Tél. : 01-69-26-40-00