Sujet :
Etude d’un système d’imagerie X à contraste de phase pour des mesures à haute résolution spatiale
Contexte : L’étude de l’interaction de lasers de puissance (multi-kJ/ns) avec la matière est d’un intérêt majeur en perspective des futures expériences de fusion thermonucléaire prévues sur le Laser MégaJoule (LMJ). Pour cela, une des techniques d’imagerie couramment utilisées est la radiographie X par absorption. Toutefois, cette méthode de mesure présente certains défauts : les informations obtenues ne sont que partielles (en particulier pour des éléments de faibles densités) puisque le contraste de l’image est uniquement lié à l’atténuation de l’émission X se propageant au travers de l’échantillon. Pour obtenir davantage d’informations, une alternative est de développer une instrumentation complémentaire, permettant d’extraire la phase de l’objet (additionnellement à son amplitude) en prenant en compte la réfraction par cet objet de l’émission X. Cette technique novatrice, plus connue sous le nom d’imagerie à contraste de phase, est aujourd’hui largement développée sur de grandes installations type synchrotron, et semble être une alternative prometteuse pour des expériences d’interaction laser-plasma. Cependant, le domaine d’applicabilité de cette méthode de mesure dans ces conditions extrêmes est encore assez flou et l’extraction de l’information de phase à partir de ces mesures purement d’intensité n’est pas immédiate, ce qui nécessite une étude paramétrique approfondie ainsi que le développement d’algorithmes de traitement de données complexes.
Objectif de la thèse :
A ce jour, un certain nombre de dispositifs ont déjà permis de réaliser des mesures par contraste de phase. Toutefois, en raison de certaines contraintes propres à une installation laser telle que le LMJ, ces dispositifs ne sont pas tous transposables à nos besoins expérimentaux. La thèse proposée aura donc pour objectif d’étudier et d’adapter ce principe de contraste de phase dans le cadre d’expériences laser-plasma et plus particulièrement pour les installations de puissance du type LMJ, avec la possibilité de réaliser un prototype pour des installations de taille intermédiaire comme le Laboratoire pour l’Utilisation des Lasers Intenses (LULI) à Palaiseau. Pour réaliser cet objectif, l’étudiant(e) intégrera une équipe pluridisciplinaire du centre DAM Ile-de-France de Bruyères-le-Châtel et sera amené à travailler sur ce site. Différentes missions à l’extérieur du centre seront également planifiées notamment pour la validation expérimentale ainsi que la mise en oeuvre du prototype. Ce sujet permettrait également d’ouvrir la voie à des thématiques d’imagerie numérique complémentaires telles que la tomographie 3D ou l’imagerie par diffraction cohérente.
A l’issue de sa thèse, l’étudiant(e) sera formé(e) à la conception et la réalisation de systèmes imageurs X adaptés pour le LMJ. Il(elle) aura acquis une solide expérience tant en développement numérique et traitement du signal avancé qu’en physique et instrumentation laser-plasma et sera familiarisé(e) avec les installations de fusion thermonucléaire.
Déroulement de la thèse :
Le travail de thèse sera scindé en plusieurs parties déclinées de la façon suivante :
1. Etude bibliographique et développement numérique – L’étudiant(e) devra réaliser dans un premier temps une étude approfondie des techniques d’imagerie envisageables au LMJ ainsi que des algorithmes de reconstruction d’image associés (analyse dans le domaine de Fourier – algorithmes itératifs). Une fois les concepts physiques et numériques maitrisés, il(elle) pourra implémenter ces différents algorithmes et caractériser leurs performances et leurs limites (étude de convergence – impact du bruit de mesure sur la reconstruction).
2. Validation expérimentale – Une première preuve de principe devra ensuite être apportée à partir de données expérimentales. Une étude paramétrique sera également nécessaire afin de déterminer les conditions optimales d’acquisition de l’image et d’en déduire plus précisément un domaine de validité de la technique ainsi que ses potentielles limitations. Ces résultats devront finalement être confrontés à des mesures réalisées sur synchrotron dans le but d’analyser clairement l’influence des propriétés de la source de radiographie X.
3. Mise en oeuvre sur une installation laser de puissance – Enfin, une fois la démonstration d’un prototype d’imageur X à contraste de phase effectuée et les contraintes liées aux installations lasers de puissance identifiées, des expériences pourront être envisagées au LULI dans le but notamment d’approfondir la connaissance des mécanismes physiques fondamentaux sous-jacents à l’interaction de lasers de puissance avec la matière. Dans ce cadre, l’étudiant(e) pourra également être amené à réaliser des études hydrodynamiques ainsi que des simulations sur supercalculateur.
Directeur de thèse et école doctorale :
KOENIG Michel
ED 626 – Institut polytechnique de Paris
Contact :
CHOPINEAU Ludovic
CEA/DAM Ile-de-France – Bruyères-le-Châtel, 91297 Arpajon
Tél. : 01.69.26.40.00. – ludovic.chopineau@cea.fr