Thèse Etude à Très Hautes Résolution Spatiale et Temporelle de la Phase d'Empreinte des Instabilités Hydrodynamiques pour Différents Ablateurs de Fci H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Physique École doctorale : Ondes et Matière Laboratoire de recherche : CEA/LMCE - Laboratoire Matière sous conditions extrêmes - DAM Direction de la thèse : Alexis CASNER ORCID 0000000321761389 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-09-20T23:59:59 Les instabilités hydrodynamiques sont reconnues depuis plusieurs décennies comme un obstacle majeur à l'obtention des conditions nécessaires à la fusion. Dans le cadre de la fusion par confinement inertiel (ICF) en attaque directe (direct drive), l'empreinte laissée par les lasers de forte puissance sur la capsule constitue la principale source d'instabilités hydrodynamiques, notamment les instabilités de Richtmyer-Meshkov (RMI) puis de Rayleigh-Taylor (RTI).
Historiquement, les expériences d'étude de l'empreinte utilisent une imagerie par sténopé ('pinhole imaging') offrant une résolution spatiale d'environ 10 µm, ce qui empêche la mesure des modes spatiaux de haute fréquence ainsi que des signatures précoces de l'empreinte avant leur amplification importante par les instabilités de Rayleigh-Taylor.
Cette limitation empêche une caractérisation complète des premiers instants de la croissance des instabilités et réduit la capacité à valider les modèles numériques utilisés pour optimiser les expériences de fusion. En fusion inertielle en attaque directe, l'empreinte du laser sur la capsule constitue la principale source des instabilités hydrodynamiques telles que les RMI et RTI.
Les installations laser classiques ne permettent pas d'atteindre une résolution d'imagerie suffisante pour observer cette phase avec une qualité adéquate.
Les modèles de simulation manquent donc de mesures expérimentales à très haute résolution permettant de valider précisément la phase d'empreinte avant l'amplification Rayleigh-Taylor dans les codes hydrodynamiques destinés à améliorer les expériences de fusion.
Des méthodes avancées utilisant les rayons X durs, déjà développées sur la ligne de lumière HED d'European XFEL, telles que :
- l'interférométrie Talbot en rayons X,
- la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS),
- la diffusion Thomson vers l'avant et vers l'arrière,
seront couplées au laser DIPOLE afin de caractériser, pour la première fois, le front d'ablation et la phase d'empreinte avec une résolution inférieure au micromètre.
Ces travaux permettront de suivre expérimentalement l'évolution des défauts nanométriques créés par le laser.

Des méthodes avancées utilisant les rayons X durs, déjà développées sur la ligne de lumière HED d'European XFEL, telles que :
- l'interférométrie Talbot en rayons X,
- la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS),
- la diffusion Thomson vers l'avant et vers l'arrière,
seront couplées au laser DIPOLE afin de caractériser, pour la première fois, le front d'ablation et la phase d'empreinte avec une résolution inférieure au micromètre.
Ces travaux permettront de suivre expérimentalement l'évolution des défauts nanométriques créés par le laser.
Année 1 (mi-2026 - mi-2027)
- prise en main des aspects expérimentaux et numériques du projet ;
- conception et préparation des expériences ;
- développement de la plateforme de radiographie côté avant ('front side radiography') pour les expériences DIPOLE ;
- soumission d'une proposition de temps de faisceau pour 2027.
Année 2 (mi-2027 - mi-2028)
- nouvelle demande de temps de faisceau pour 2028 à la suite des résultats de 2027 ;
- campagnes expérimentales sur la ligne HED (2027 et 2028) ;
- analyse des données ;
- comparaison avec les simulations ;
- publication des résultats expérimentaux de 2027 ;
- participation à des conférences scientifiques.
Année 3 (mi-2028 - mi-2029)
- finalisation de l'analyse des données ;
- poursuite des simulations ;
- publication des résultats de 2028 ;
- participation à des ateliers et conférences ;
- rédaction du manuscrit de thèse ;
- préparation de la soutenance.
Caractérisation à très haute précision temporelle et spatiale de plasmas chauds et denses au moyen d'expériences pompe sonde couplant un laser de pompe et le rayonnement X-durs d'un XFEL.
Couplage d'un interféromètre Talbot Lau avec lentilles CRF pour descendre à une résolution spatiale 200 nm

L'approche technique du projet comprend notamment :
1. Imagerie en contraste de phase par rayons X durs
L'imagerie Talbot en contraste de phase (TXPCI) est une technique d'interférométrie utilisant des réseaux de diffraction permettant de produire des radiographies extrêmement détaillées grâce aux variations d'amplitude et de phase induites par l'échantillon sur l'onde X incidente.
Cette méthode offre une sensibilité bien supérieure à l'imagerie en contraste de phase par propagation libre utilisée habituellement dans les expériences laser.
Elle permettra d'obtenir des radiographies avec une résolution de l'ordre de 200 nm pour observer l'empreinte laser ainsi que la croissance des instabilités Rayleigh-Taylor.
2. Diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS)
La technique SAXS consiste à mesurer la figure d'intensité produite par les photons X diffusés par les populations électroniques associées à des structures de taille nanométrique ou subnanométrique présentes dans l'échantillon.
L'analyse des diagrammes SAXS permettra de déterminer :
- la taille des inhomogénéités,
- leur distribution spatiale,
- leur évolution temporelle.
Ces informations seront comparées aux simulations hydrodynamiques.

Physique des plasmas denses et chauds.
Connaissance d'outils de simulation.
Profil expérimental connaissant les techniques pompe sonde

• Analyse de données
• Logiciels de simulation-modélisation
• Chimie