Caractérisation des états transitoires de la matière par une approche couplée simulation-expérience // Characterization of transient states of matter using a coupled simulation-experiment approach

Un certain nombre de problématiques portées par l'ONERA et le CEA impliquent la caractérisation de phénomènes transitoires où la matière peut être sous forme diphasique (écoulement pour la combustion) ou hors équilibre thermodynamique (fabrication additive, ondes de choc dans des polymères ou les composites carbonés). Caractériser les propriétés transitoires de la matière (état et densité) permettrait de mieux définir
les équations d'état dans les régimes de température et de pression propre à chacune de ces applications.
L'imagerie par rayons X (IRX) est une technique de caractérisation qui offre une haute résolution spatiale et permet de déterminer les caractéristiques physiques (état, densité, composition) de la matière. Son application résolue en temps serait donc une solution de choix pour caractériser les états transitoires. Cependant, cette capacité ne se trouve actuellement qu'au synchrotron, alors que les expériences de l'ONERA et du CEA se font sur des larges installations fixes.
Le travail de thèse s'inscrit dans un contexte collaboratif riche entre l'ONERA (Palaiseau) et le CEA List(Saclay), qui vise à soutenir, par une approche couplée simulation-expérience, la conception et le développement d'une chaîne de mesure par IRX résolue en temps pouvant être déployée en laboratoire sur une large gamme d'expériences non déplaçables au synchrotron.
A l'aide des codes de simulation spécialisés développés à l'ONERA et au CEA, et des capacités expérimentales du synchrotron (ESRF – Grenoble), il s'agira de déterminer les configurations qui permettent de confronter résultats expérimentaux et résultats de modélisation afin de constituer une base de données hybride. Cela impliquera d'exploiter les images acquises au synchrotron pour extraire les informations physiques pertinentes permettant de dialoguer avec les sorties de codes. Les connaissances acquises
permettront d'améliorer les modèles physiques par une meilleure prise en compte des équations d'état. Puis, à partir de cette base de données hybride, on développera un ensemble de méthodes (apprentissage, filtrage, test numérique…) qui devraient être appliquées pour exploiter un banc de laboratoire d'IRX résolue en temps.
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A number of issues addressed by ONERA and CEA involve the characterization of transient phenomena where matter may be in two-phase form (flow for combustion) or out of thermodynamic equilibrium (additive manufacturing, shock waves in polymers or carbon composites). Characterizing the transient properties of matter (state and density) would enable us to better define
equations of state in the temperature and pressure regimes specific to each of these applications.
X-ray imaging (IRX) is a characterization technique that offers high spatial resolution and enables the physical characteristics (state, density, composition) of matter to be determined. Its time-resolved application would therefore be an ideal solution for characterizing transient states. However, this capability is currently only available at the synchrotron, while ONERA and CEA experiments are carried out on large fixed installations.
The thesis work is part of a rich collaborative context between ONERA (Palaiseau) and CEA List(Saclay), which aims to support, through a coupled simulation-experiment approach, the design and development of a time-resolved IRX measurement chain that can be deployed in the laboratory on a wide range of experiments that cannot be moved to the synchrotron.
Using the specialized simulation codes developed at ONERA and CEA, and the experimental capabilities of the synchrotron (ESRF - Grenoble), the aim is to determine the configurations that will enable experimental and modeling results to be compared, in order to build up a hybrid database. This will involve exploiting images acquired at the synchrotron to extract relevant physical information for dialogue with code outputs. The knowledge acquired will be used to improve physical models by taking better account of equations of state. Then, from this hybrid database, we will develop a set of methods (learning, filtering, numerical testing...) that should be applied to operate a time-resolved IRX laboratory bench.
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Début de la thèse : 01/10/2025

Other public funding

ANR

Université Paris-Saclay GS Physique

572 Ondes et Matière

- un fort attrait pour l'analyse de données et l'approche couplée simulation/expérimentation - une formation en physique (optique/physique des plasmas/interaction rayonnement ionisant matière/instrumentation/métrologie) - une bonne connaissance des langages de programmation informatique (Python / C, C++, Matlab...) la connaissance des codes de transport de particules Monte Carlo serait un plus.
- a strong interest in data analysis and coupled simulation/experimentation approaches - a background in physics (optics/plasma physics/ionizing radiation/matter interaction/instrumentation/metrology) - good knowledge of computer programming languages (Python/C, C++, Matlab, etc.) knowledge of Monte Carlo particle transport codes would be a plus.