Thèse Context Instrumentation Neutronique Textures - Contraintes pour Icone H/F - 75

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique
École doctorale : Physique en Ile de France
Laboratoire de recherche : CEA / LLB - Laboratoire Léon Brillouin
Direction de la thèse : Frédéric OTT ORCID 0000000315624644
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59

Le CEA et le CNRS ont lancé une initiative de conception d'une nouvelle source de neutrons utilisant des accélérateurs de protons de basse énergie, le projet ICONE. L'objectif est de construire une installation, ICONE, qui offrirait une suite instrumentale d'une dizaine de spectromètres mise à la disposition de la communauté scientifique française et européenne. Le projet est actuellement dans la phase d'Avant-Projet Détaillé avec pour objectif d'affiner autant que possible tous les aspects techniques.
Dans ce cadre, le Laboratoire Léon Brillouin souhaite étudier la possibilité de construire un appareil de spectroscopie neutronique adapté à la mesure des textures et des contraintes dans les alliages métallurgiques. Cette technique, permet de sonder les contraintes résiduelles dans les matériaux après la phase d'usinage, de traitement thermique et/ou d'utilisation et de mesurer l'anisotropie cristallographique d'alliages pour tirer parti des propriétés mécaniques induites.
Le projet de recherche sera divisé en deux volets : recherche et instrumentation. Le candidat sera rattaché à un projet de recherche utilisant les techniques de diffraction neutronique. Il participera à des runs expérimentaux et s'impliquera dans la réduction et l'analyse des données expérimentales jusqu'à leurs publication. Ces travaux permettront au candidat d'acquérir de bonnes connaissances sur (i) les interactions neutron - matière et (ii) les appareils de diffusion neutronique en temps de vol. Le séquençage du projet est particulièrement adapté à la réalisation d'expériences durant la phase de hot-commissionning (2026-2027) des instruments DREAM et MAGIC à ESS pour lesquels le LLB a contribué à la construction.
Cette maîtrise des techniques de diffraction en temps de vol sera ensuite transposée à la conception d'un instrument innovant de mesure de textures et de contraintes pour la source ICONE (CONTEXT). A l'instar de ESS, ICONE produira des « pulses longs » (> 1ms). Nous proposons d'implémenter des techniques de modulation statistique pour la construction de l'instrument qui permettront d'exploiter au mieux le potentiel des pulses longs d'ICONE. Cette technique permet de combiner à la fois une excellente résolution en énergie et un flux incident important. Bien que proposée il y a plusieurs décennies, la technique était jusqu'alors limitée par la puissance nécessaire pour le traitement de données. Les gains de performance offerts par les calculateurs modernes, permettent aujourd'hui d'appliquer la modulation statistique sur des détecteurs résolus en temps et couvrant un large angle solide, permettant de démultiplier les performances de la technique.
Dans cette phase de modélisation, le candidat construira un instrument virtuel combinant différents outils de simulation Monte-Carlo tels que McStas et NCrystal pour se rapprocher d'une modélisation d'un jumeau numérique d'un spectromètre de diffusion neutronique intégrant les détails de l'interaction des neutrons avec un échantillon mais aussi avec son environnement. Ces résultats expérimentaux virtuels seront complétés par le développement d'outils d'analyse des résultats (en particulier SCIPP développé pour ESS).

[1] https://www.icone-neutron.fr/

Le CEA et le CNRS ont lancé une initiative de conception d'une nouvelle source de neutrons utilisant des accélérateurs de protons de basse énergie, le projet ICONE. L'objectif est de construire une installation qui offrira une suite instrumentale d'une dizaine de
spectromètres mise à la disposition de la communauté scientifique française et européenne.

Un spectromètre de mesures de textures et de contraintes a été identifié par le conseil scientifique du projet ICONE comme une priorité.

En parallèle, le démarrage des nouveaux appareils DREAM et MAGIC à ESS en Suède sont une opportunité pour développer de nouveaux protocoles de mesures en temps de vol.

Maitriser les techniques de diffraction de neutrons en temps de vol.
Proposer un design innovant pour le spectromètre d'ingénierie 'textures - contraintes' sur la source ICONE avec la création d'un jumeau numérique de l'instrument.