Étude d'un nuage de particules micrométriques issu de la face arrière d'une plaque métallique soumise à un choc // Study of a cloud of micrometric particles generated at the back of a metal plate subjected to a shock

Le sujet proposé porte sur l'étude du comportement de la face arrière d'une plaque métallique soumise à un choc de plusieurs GPa à plusieurs dizaines de GPa. La sollicitation peut avoir pour origine une impulsion lumineuse nanoseconde de plusieurs joules provenant d'un laser de puissance (GCLT au CEA, LULI à l'Ecole Polytechnique, ENSAM-PIMM à Paris) ou bien l'action d'un explosif. La face arrière, située à l'opposé de cette sollicitation, peut produire un nuage de particules selon différents mécanismes, isolés ou combinés : le microjetting (micro-charges creuses découlant des stries d'usinage), le micro-écaillage (croisement de détentes) et le passage en fusion (en choc ou détente). Ce nuage peut ensuite se déployer dans le vide ou bien entrer en interaction avec un gaz et révéler ou modifier ses caractéristiques intrinsèques. Différents diagnostics sont utilisés pour caractériser les propriétés de ces nuages, dont beaucoup à base de systèmes optiques. La compréhension fine des phénomènes d'interaction entre les faisceaux lumineux et ce milieu diffusant est donc primordiale.

Cette thèse permettra d'approfondir les thématiques suivantes :
1/ Simulation de l'interaction entre un faisceau laser impulsionnel et le nuage ou jet de particules :
- Développement d'un modèle physique de diffusion de la lumière en régime impulsionnel. Un modèle a été développé précédemment pour un éclairement continu, relié à un diagnostic de vélocimétrie hétérodyne. Pour s'adapter à un autre type de diagnostic (Télémétrie par Interférence Spectrale), le modèle devra être étendu pour prendre en compte la dynamique de l'éclairement.
- Définition et implémentation d'un modèle numérique de Monte Carlo permettant des simulations du modèle physique en géométrie réelle, en vue de confrontations à des mesures.
2/ Caractérisation expérimentale de la formation et de la fragmentation d'un microjet lors d'un premier ou second choc grâce, entre autres, aux récents développements de l'imagerie laser ou de l'imagerie radiographique X basse énergie (100 keV).
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The proposed project concerns the study of the behavior of the rear face of a metal plate subjected to a shock of several GPa to several tens of GPa. The stress may originate from a nanosecond light pulse of several joules from a power laser (GCLT at CEA, LULI at Ecole Polytechnique, ENSAM-PIMM in Paris) or from the action of an explosive. The rear face, opposite this stress, can produce a cloud of particles by various mechanisms, either isolated or combined: microjetting (hollow microcharges resulting from machining grooves), micro-cutting (crossing of stress reliefs) and melting (by shock or stress relief). This cloud can then expand into a vacuum, or interact with a gas to reveal or modify its intrinsic characteristics. Various diagnostics are used to characterize the properties of these clouds, many of them based on optical systems. A detailed understanding of the interaction phenomena between light beams and this scattering medium is therefore essential.

This thesis will explore the following topics:
1/ Simulation of the interaction between a pulsed laser beam and the particle cloud or jet:
- Development of a physical model of light scattering in the pulsed regime. A model was previously developed for continuous illumination, linked to heterodyne velocimetry diagnostics. To adapt to another type of diagnosis (Spectral Interference Telemetry), the model will have to be extended to take account of illumination dynamics.
- Definition and implementation of a Monte Carlo numerical model enabling simulations of the physical model in real geometry, for comparison with measurements.
2/ Experimental characterization of the formation and fragmentation of a microjet during a first or second shock using, among other things, recent developments in laser imaging or low-energy X-ray imaging (100 keV).
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.institut-langevin.espci.fr/study_of_a_cloud_of_micrometric_particles_emanating_from_the_rear_face_of_a

Financement d'un établissement public Français

ESPCI Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la ville de Paris (PSL)

564 Physique en Ile de France

Candidate / candidat ayant un goût prononcé pour la modélisation physique, l'optique, la simulation, la conception et l'analyse d'expériences.
Candidate with a keen interest in physical modeling, optics, simulation, experimental design and analysis.