Étude de l’interaction laser-matière appliquée à l’étude du comportement de matériaux

Contexte :

Depuis de nombreuses années, l’interaction laser-matière est utilisée pour étudier la matière dans des conditions extrêmes de pression et de température. En focalisant un faisceau laser intense de courte durée temporelle, il est ainsi possible de générer des pressions d’ablation allant du GPa au TPa avec des vitesses de sollicitation très élevées qui sont directement reliées aux durées d’impulsions mises en jeu. Il est ainsi possible d’étudier directement le comportement de divers matériaux (métaux, composites, verres, etc.) dans des régimes dynamiques qui sont éloignés du comportement étudié classiquement en régime quasi-statique.

Objectif de la thèse :

L’objectif principal de la thèse sera d’étudier l’interaction laser-matière dans des nouveaux régimes, que ce soit dans le domaine temporel (utilisation de formes temporelles quelconques et/ou de durées longues jusqu’à 100 ns) ou dans le domaine spatial (focalisation du laser sur des petites taches focales submillimétriques). Il faudra non seulement caractériser de manière précise le niveau et la forme de la pression induite dans toutes ces configurations, mais aussi connaître le plasma qui est créé à la surface de l’échantillon en termes de température et de densité. L’étude se fera à la fois dans un régime d’interaction laser directe et dans un régime d’interaction confinée.
Le second objectif de la thèse sera de définir des nouvelles configurations expérimentales optimisées pour l’étude des matériaux en s’appuyant sur la maîtrise de la pression d’ablation induite. Ces nouvelles configurations pourront être basées sur l’utilisation de multiples impulsions, la création d’envols de plaques utilisées ensuite comme impacteur ou encore l’utilisation de chocs laser symétriques.

Déroulement de la thèse :

L’étudiant(e) devra concevoir, réaliser et exploiter les expériences laser menées dans le cadre de la thèse. Il(elle) utilisera pour cela des diagnostics déjà existants comme la vélocimétrie laser Doppler en face arrière ou l’imagerie transverse résolue en temps. Il(elle) devra également mettre en oeuvre de nouveaux diagnostics spécifiques à l’interaction laser-matière en face avant, comme une mesure de température par spectroscopie ou pyrométrie ou une mesure de densité électronique via l’utilisation d’un interféromètre optique. Des mesures de pression résolues en espace et en temps devront aussi être mises en place afin d’obtenir une caractérisation spatio-temporelle de l’interaction laser-matière.
En parallèle, l’étudiant(e) devra aborder la modélisation des phénomènes physiques mis en jeu comme l’absorption laser, la propagation de choc, les changements de phase, etc. Il(elle) utilisera pour cela des codes hydrodynamiques développés au sein du CEA/DAM comme le code 1D Esther qui est utilisé par de nombreux experts de la communauté académique en France.

DIRECTEUR DE THESE

Laurent VIDEAU
laurent.videau@cea.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 564
EDPIF – Physique en Ile de France – LPS Orsay
Bâtiment 510
Bureau 145
510 rue André Riviere
91400 Orsay

ENCADRANT

Arnaud SOLLIER
arnaud.sollier@cea.fr

CENTRE

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