Catégorie d'emplois : Physique

Sujets de thèses (H/F) – physique – 2023/2026

Le laboratoire PIIM propose plusieurs de thèses de doctorat, sur trois ans, pour la période 2023/2026.
Ces thèses s’inscrivent dans le cadre de la préparation d’un diplôme de doctorat à l’université d’Aix-Marseille.

Les sujets de thèse sont accessibles ci-dessous ainsi que sur le site de l’école doctorale “Physique est Sciences de la matière” (ED 352 – choisir laboratoire PIIM).

 

 

Pour candidater, prenez dès à présent connaissance des sujets et contactez directement et au plus tôt les encadrants ou encadrantes dont les noms et contacts sont mentionnés sur les sujets. Vous aurez à fournir à ce stade tout ou partie d’un dossier comprenant CV, lettre de motivation, relevé de notes de master et mentions, lettres de recommandation du responsable de formation et du responsable de stage de master 2, copie des diplômes.

Le processus de sélection se déroule en deux étapes.

Dans un premier temps, les candidatures seront examinées en interne à l’échelle du laboratoire. Cette sélection devra être achevée pour le 3 avril 2023. Plusieurs candidatures seront retenues, chacune sur un sujet différent, pour accéder à la deuxième phase de la sélection.

Dans un deuxième temps, les candidates et candidats sélectionnées seront présentées par le laboratoire à l’école doctorale et devront défendre leur candidature devant un jury composée par l’école doctorale. Le laboratoire préparera les candidatures qu’il soutient à cette audition qui se déroulera en visioconférence via Zoom à la fin du mois de mai 2023.

Le résultat de cette sélection sera communiqué aux candidates et aux candidats vraisemblablement début juin.

Les lauréates et les lauréats se verront proposer un contrat de travail de 3 ans avec Aix-Marseille Université. Ce contrat débutera entre le 1er octobre et le 1er décembre 2023, il sera bien évidemment conditionné d’abord par l’obtention du master et ensuite par le renouvellement de l’inscription en doctorat chacune des 3 années à venir.

La thèse se déroulera au laboratoire PIIM, sur le site de Saint-Jérôme, à Marseille où les lauréats viendront travailler chaque jour pendant 3 ans.

Les personnes retenues auront ainsi un double statut. Elles seront à la fois étudiantes et personnels de l’université :

En tant qu’étudiantes, elle devront s’inscrire à l’université et acquitter chaque année des droits d’inscription qui s’élèvent en 2023 à 380 € auxquels il faut ajouter une cotisation annelle vie étudiante et de campus (CVEC) d’un montant de 95€. Ces montants étant susceptibles d’être réévalués chaque année par l’Etat. EN tant qu’étudiant, il sera éventuellement possible de bénéficier d’un logement via le CROUS et d’accéder aux restaurants universitaires en bénéficiant des tarifs  étudiants.

En tant que personnel de l’université, un salaire de 1975€ bruts mensuels (soit environ 1622 € nets) sera versé et en contrepartie le doctorant sera soumis aux droits et obligations de tous les agents publics. Ce salaire sera révisé en fonction des dispositions prises par l’Etat pour atteindre 2300 € bruts mensuels en 2025. Il pourrait être éventuellement augmenté par l’exercice d’une mission complémentaire d’enseignement, de diffusion de la culture scientifique ou d’expertise.

La préparation du doctorat constitue ainsi à la fois une formation et une expérience professionnelle.

Le laboratoire PIIM apporte un attention particulière à l’accueil et au suivi des doctorants qui y travaillent. Il met en oeuvre ses moyens afin de rendre cette période la plus attractive et fructueuse possible.

 

 

Stage M2 – Physique – Modélisation – PATP/MK/1

Les techniques d’intelligence artificielle (IA) et de science des données sont de plus en plus utilisées en physique, notamment dans les plasmas de fusion magnétique. Par exemple, la bibliothèque de fonctions de “Machine Learning” (ML) Sickitlearn [1] a récemment été utilisé pour prédire les paramètres du plasma dans les dispositifs à plasma linéaire PISCES-B et NAGDIS [2-3].

Contrairement à la technique standard du rapport des raies qui repose sur un modèle collisionnel-radiatif [4], dans [2-3] aucun modèle physique n’est combiné aux mesures spectroscopiques. Plus précisément, les intensités des raies de l’hélium neutre ont été traitées à l’aide d’un algorithme de régression par machine à vecteur de support de sickit-learn pour prédire les valeurs de densité et de température des électrons qui ont été comparées aux valeurs déduites de techniques de diagnostic indépendantes comme les sondes de Langmuir ou la diffusion Thomson [2-3].

Dans cette proposition, il est suggéré de coupler les techniques d’apprentissage automatique supervisé aux données spectroscopiques dans le but de diagnostiquer le plasma et de prédire les expériences futures. Dans un premier temps, le travail sera axé sur les données spectroscopiques des isotopes de l’hydrogène provenant des tokamaks, combinées à des systèmes de diagnostic indépendants pour la détermination des rapports isotopiques. L’inventaire en tritium étant obligatoire dans les dispositifs de fusion magnétique fonctionnant avec un mélange D-T pour des raisons de sécurité, la détermination du rapport isotopique de l’hydrogène D/(D+T) est d’une grande importance. Afin d’explorer les données expérimentales des décharges D-T réalisées récemment sur le JET et de mieux préparer les futures décharges D-T qui seront exploitées dans des dispositifs de fusion comme ITER, il est nécessaire de déterminer le rapport isotopique H/(H+D) et D/(D+T) pour les décharges H-D et D-T. Il existe peu de méthodes pour déduire le rapport isotopique H/(H+D) et D/(D+T). Il existe quelques méthodes pour déduire le rapport isotopique de l’hydrogène, comme l’analyse des gaz résiduels (RGA) [5] ou l’utilisation des spectres de la raie Balmer-a [6-7]. Le candidat aura pour tâche de développer un programme informatique (en Python) permettant d’ajuster les mesures spectrales expérimentales de la raie Hα/Dα [8]. La forme des raies Hα/Dα/Tα reflète plusieurs mécanismes de recyclage et est affectée principalement par les effets Zeeman et Doppler.

1. F. Pedregosa et al 2011 the Journal of machine Learning research 12 2825
2. S. Kajita et al 2020 AIP Advances 10 025225
3. D. Nishijima et al 2021 Rev. Sci. Instrum. 92 023505
4. S. Kajita et al 2021 Plasma Phys. Control. Fusion 63 055018
5. A. Drenik et al 2017 Phys. Scr. T170 014021
6. V. S. Neverov et al 2019 Nucl. Fusion 59 046011.
7. M. Koubiti and R. Sheeba 2019 atoms 7 23
8. M. Koubiti and M. Kerebel 2022 Appl Sci 12 9891

Ce stage peut être poursuivi par une thèse de doctorat avec un financement de l’école doctorale ED352.

Thèse – Physique – Modélisation – TP/YE/2

Le sujet de thèse proposé s’intitule  : mise en forme avancée de l’interaction onde-particule dans les tubes à ondes progressives.

Avant d’aborder le détail de ce sujet un peu plus bas dans le texte, il convient de préciser à l’attention des candidates et des candidats les modalités pratiques de cette thèse et de la préparation du diplôme de doctorat dans lequel elle s’inscrit.

Le démarrage du doctorat, à l’école doctorale “Physique et Sciences de la Matière” (ED252) d’Aix-Marseille Université, est prévu à l’automne 2023. Le financement est apporté pour moitié par le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) et pour une autre moitié par la société Thales. Pour la candidate ou le candidat retenue, il prendra la forme d’un contrat de travail à durée déterminée dénommé “contrat doctoral” d’une durée de 3 ans du 01/10/2023 au 30/09/2026. L’employeur serait cependant le CNES et la thèse se déroulerait au laboratoire PIIM à Marseille avec des déplacements réguliers à prévoir chez Thales à Vélizy (Yvelines). La candidate ou le candidat retenue serait par conséquent salarié du CNES pendant 3 ans, le contrat de travail restant conditionné par la poursuite de la préparation du doctorat.

Ainsi, les candidatures devront-elles être, en temps utile, formalisées auprès du CNES, sur son site de candidatures, c’est à dire entre le 01/02/2023 et 15/03/2023 lorsque le poste sera affiché.

Avant de déposer une candidature, il est fortement recommandé de lire très attentivement le sujet puis de prendre contact dès que possible par mail avec les futurs co-directeurs de thèse, le Professeur Yves Elskens (yves.elskens (at) univ-amu.fr) au laboratoire PIIM, et Frédéric André (frederic.andre (at) thalesgroup.com), ingénieur de recherche chez Thalès AVS Microwave and Imaging Systems.

Ce sujet est par ailleurs en lien étroit avec le stage connexe proposé au laboratoire. du mois de mars à juillet 2023. Il va de soi qu’un stage réussi sur ce sujet trouve sa prolongation naturelle dans la préparation du doctorat.

Sujet de thèse : mise en forme avancée de l’interaction onde-particule dans les tubes à ondes progressives

L’interaction onde-particule est un processus fondamental de la physique des plasmas chauds et naturels, des accélérateurs et des faisceaux. En particulier, elle est à la base des amplificateurs d’ondes tels que les lasers à électrons libres, les gyrotrons, les tubes à ondes progressives… La puissance de certains de ces dispositifs et leur large spectre de fréquences conduisent à des instabilités, aujourd’hui de plus en plus critiques et difficiles à simuler. Une description microscopique permet de mieux comprendre les mécanismes de couplage entre les particules N et les ondes radiofréquences amplifiées en utilisant la dynamique hamiltonienne. Pour N → ∞, la dynamique de ce système converge vers celle décrite par les équations cinétiques vlasoviennes.

La simulation numérique repose actuellement sur deux types de modèles. Les modèles PIC (Particle-in-Cell) reposent sur une simplification minimale des équations de la physique mais conduisent à des temps de calcul énormes, car le nombre de degrés de liberté est très grand. Les modèles spécialisés, en revanche, permettent de simuler uniquement des régimes particuliers, mais avec des temps remarquablement plus courts.

Le modèle d’enveloppe très populaire est un modèle dans le domaine fréquentiel dans lequel l’onde amplifiée est représentée par l’onde froide (l’onde se propageant en l’absence de faisceaux), multipliée par une fonction d’enveloppe variant avec la position le long de la direction de propagation. Cette approche dans le domaine fréquentiel n’est pas adaptée à l’étude des régimes non linéaires, comme les instabilités de saturation et les effets d’intermodulation.

Nous avons développé un nouveau modèle dans le domaine temporel avec peu de degrés de liberté grâce à une représentation efficace des champs, permettant une simulation réaliste de l’amplification dans les tubes à ondes progressives. Nous confronterons ces simulations à l’expérience dans des tubes à ondes progressives spatiaux et dans le dispositif de 4 mètres de long qui a permis au laboratoire PIIM de réaliser la première observation directe de plusieurs processus fondamentaux de cette physique.

Le doctorat se concentrera sur le développement de modèles non linéaires simples et leur utilisation numérique pour des applications en particulier aux tubes à ondes progressives de Thales Avionics (Vélizy) et de notre laboratoire (Marseille). Trois axes de recherche spécifiques sont envisagés :
– adapter le modèle actuel (conçu pour des structures uniformes) à des structures dont les caractéristiques dépendent de l’espace (tapers) ;
– décrire plus précisément les processus de réflexion au niveau des défauts dépendant de l’espace ;
– étudier le fonctionnement du TWT avec une entrée RF pulsée (au lieu d’une entrée harmonique permanente) ; ce régime pulsé peut permettre d’atteindre des efficacités d’interaction beaucoup plus élevées ; cette physique est également pertinente pour d’autres applications, visant à accélérer des particules en utilisant des impulsions courtes.

Bibliographie :
– Y. Elskens & D. Escande, Microscopic dynamics of plasmas and chaos (IoP Publishing, Bristol, 2003).
– F. André, P. Bernardi, N.M. Ryskin, F. Doveil & Y. Elskens, Hamiltonian description of self-consistent wave-particle dynamics in a periodic structure, Europhys. Lett. 103 (2013) 28004.
– D.F.G. Minenna, Y. Elskens, F. André & F. Doveil, Electromagnetic power and momentum in N-body hamiltonian approach to wave-particle dynamics in a periodic structure, Europhys. Lett. 122 (2018) 44002.
– Kh. Aliane, Y. Elskens, F. André & D.F.G. Minenna, Many-particle models and short pulse amplification in traveling wave tubes, IEEE Trans. El. Dev. 68 (2021) 6476-6481
– D.F.G. Minenna, Kh. Aliane, Y. Elskens, A. Poyé, F. André, J. Puech & F. Doveil, Time simulation of the nonlinear wave-particle interaction in meters long traveling-wave tubes, Phys. Plasmas 28 (2021) 092110
– PhDs in Marseilles : A. Macor (2007), A. Aïssi (2008), P. Bernardi (2011), S. Théveny (2016), D. Minenna (2019), Kh. Aliane (in progress).