Soutenances de stages - Master 1 NPU/A (Université de Bordeaux)
Université de Bordeaux
Présentations disponibles sur ce lien
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08:30
Installation du matériel
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1
Optical control of colloidal crystallizationOrateur: Florian Chatard (LOMA)
Le phénomène de nucléation hétérogène est présent dans de nombreuses situations autour de nous et a été étudié par l’équipe Optoflow du LOMA. Avec le montage précédent, il était possible d'enregistrer des vidéos en 2D pour étudier cette cristallisation. L'objectif de l'équipe est de réaliser le même type d'étude, mais en 3D, ce qui requiert d'adapter le montage expérimental. L'objectif de ce stage était donc de mettre en place le dispositif de visualisation 3D pour de futures études. Le montage est basé sur le principe de microscopie à feuille de lumière : on illumine un plan à l'aide d'une feuille de lumière, on positionne le plan d'observation de l'objectif sur le plan de la feuille de lumière, puis on prend une image. Ensuite, on bouge la feuille de lumière pour illuminer un autre plan, on ajuste l'objectif et on reprend une image. L’opération est répétée afin d'obtenir un suivi temporel 3D de l'échantillon. Un programme dédié a été préparé et testé durant ce stage pour pouvoir réaliser ces acquisitions automatiquement.
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2
Emergence of gravitational-wave analogues in condensed matterOrateur: Alex Meynard (LOMA)
Les matériaux de spin 1 possèdent des propriétés non conventionnelles à cause de la nature quadripolaire de certaines de leurs excitations. Cela amène à des comportements émergents complexes à observer, car non magnétiques. Dans un article récent, L.Chojnacki met en évidence l’analogie entre les excitations quadripolaires dans une phase de spins nématiques et les ondes gravitationnelles. Cela offre de nouvelles interprétations, avec l’annihilation de défauts topologiques qui imite la fusion de trous noirs. Ici, nous utilisons des théories de gravitation plus générales que celle d’Einstein. La théorie d'Einstein-éther s'avère être une bonne description des excitations quadripolaires et dipolaires au point SU(3), tandis que la gravité 3D massive est adéquate pour décrire ces excitations quadripolaires même lorsqu'elles sont cachées dans une phase ferromagnétique.
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3
A mechanical oscillator coupled to a two-level systemOrateur: Matéo Laborde (LOMA)
Le monde de la physique demande de réaliser des calculs de plus en plus complexes. Pour cela, la puissance de nos ordinateurs doit évoluer. C’est pourquoi, depuis plusieurs années, les chercheurs tentent de développer un ordinateur quantique. Pour y parvenir, il faut maîtriser les qubits, qui sont des systèmes à deux niveaux capables de superposition d’états, permettant des calculs beaucoup plus efficaces que nos ordinateurs classiques en explorant un nombre bien plus grand de possibilités. La difficulté réside dans le maintien de la cohérence quantique, ce qui nécessite d’isoler au mieux les qubits de l’environnement. Au cours de ce stage, la décohérence d’un système à deux niveaux couplé à son environnement a été étudiée, ainsi que la mise en œuvre d’une drive, car comprendre l’action de ce drive sur le système à deux niveaux est essentiel pour pouvoir contrôler la dynamique de notre qubit mécanique.
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10:30
Pause
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4
Étude des turbulences dans les films de savon et la réduction des forces de traînée grâce à l'ajout de polymèresOrateur: Hugo Smith (LOMA)
Ce stage a porté sur l’étude de la turbulence dans les films de savon et sur la réduction des forces de traînée par ajout de polymères. Nous avons mis en place un dispositif expérimental où différentes solutions s’écoulent dans un canal 2D formé entre deux fils de nylon. Grâce à la PIV et au tracking, nous avons pu analyser finement les champs de vitesse et en extraire les profils moyens, les gradients, les contraintes de cisaillement et les contraintes de Reynolds.
L’écoulement sans polymères présente un comportement typique d’écoulement bouchon avec un fort cisaillement près des parois et une vorticité importante. En augmentant la concentration en polymères, nous avons observé une atténuation des structures turbulentes, une baisse du taux de cisaillement et du coefficient de friction, témoignant une réduction nette de la traînée. De plus, l’élargissement du canal réduit également la friction en diminuant l’influence des parois.
Les résultats obtenues confirment qualitativement l’effet stabilisant des polymères, bien connu dans la littérature. Cependant, les mécanismes microscopiques expliquant cette réduction de traînée restent encore mal compris et font l’objet de recherches théoriques et expérimentales continues. Ce stage a ainsi permis d’apporter une contribution expérimentale claire à ce phénomène encore partiellement élucidé.
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5
Synchronization of bi-flagellated micro organismsOrateur: Lucas Federspiel (LOMA)
Chlamydomonas reinhardtii (CR) est une microalgue unicellulaire bien connue pour sa nage à deux flagelles en réponse à des stimuli lumineux. Ce travail vise à étudier la resynchronisation des flagelles de CR après un stimulus de forte intensité lumineuse, connu sous le nom de photochoc. La synchronisation est estimée grâce à une quantité définie comme le Phase Synchronization Index (PSI). L'originalité de cette approche est de réaliser un calcul temps-fréquence du PSI basé sur la transformée en ondelettes continues. Grâce à cette analyse, nous distinguons trois étapes de nage impliquant différentes bandes de fréquence : la brasse normale, la fuite et la resynchronisation. En utilisant une forme complexe du PSI, nous calculons également le déphasage entre les deux flagelles lorsqu'il y a synchronisation.
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6
Mesure macroscopique des forces élastohydrodynamique capillairesOrateur: Antoine Delbourg (LOMA)
Ce projet explore la sédimentation d’une particule macroscopique au voisinage d’une interface entre deux liquides non miscibles, dans un régime de faible nombre de Reynolds. Ici, l’interface est liquide et sa déformabilité est contrôlée par la tension de surface. Un dispositif expérimental a été mis en place pour étudier ce phénomène : une particule est lâchée dans une couche d’huile au-dessus d’un second fluide (eau ou glycérol).
Les trajectoires obtenues sont ensuite comparées à des modèles théoriques pour les cas limites : volume (absence d'interface) et interface solide. Les résultats montrent que l’interface liquide agit comme une paroi souple, imposant une résistance hydrodynamique intermédiaire entre les cas volume et solide, modulée par la viscosité des fluides et la tension de surface.
Ces observations confirment le rôle de la déformabilité interfaciale dans la dynamique de sédimentation, et ouvrent la voie à l’étude d’interfaces plus complexes ou de particules de formes variées.
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7
Thermal AFM studies of soft substratesOrateur: Pierre Grésil (LOMA)
Sonder la déformation des interfaces molles induite par des colloïdes dans un milieu visqueux constitue un défi majeur en physique de la matière molle. Au LOMA, l’équipe EmetBrown cherche à comprendre comment des colloïdes en mouvement brownien déforment les interfaces souples, ainsi que l’effet rétroactif de ces déformations sur la dynamique colloïdale. Bien que certaines expériences s’appuient sur la microscopie à force atomique (AFM), la mesure précise de la distance de séparation entre un colloïde et une surface déformable en milieu liquide demeure une tâche complexe.
Ce stage porte sur le développement et la validation d’un montage de microscopie interférentielle à contraste en réflexion (RICM). Conçu comme un module complémentaire à un AFM commercial, ce dispositif permet l’imagerie interférométrique en analysant les motifs créés par la réflexion de la lumière sur différentes interfaces, permettant ainsi des mesures absolues de distances avec une précision nanométrique. Ce couplage rend possible une manipulation mécanique simultanée et une mesure optique des distances, combinant les avantages de l’AFM et de la RICM sur une même plateforme.
Nous présentons le cadre théorique de la RICM ainsi que les étapes de construction et d’alignement du montage optique. Deux modèles analytiques sont évalués, et les résultats expérimentaux obtenus sont en accord avec ceux de la microscopie en champ clair ainsi qu’avec les études précédentes. Ces résultats encourageants ouvrent la voie à de futures investigations expérimentales sur les interactions près d’interfaces déformables, avec une précision et une flexibilité accrues. -
12:45
Délibérations
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13:00
Pause déjeuner
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8
Modélisation des émission maser H2O dans l’enveloppe des étoiles évoluéesOrateur: Juvinsto Carvalho (LAB)
Ce stage s’inscrit dans le cadre du projet ATOMIUM, consacré à l’étude des enveloppes circumstellaires des étoiles évoluées de type AGB et supergéantes rouges. L’objectif est de modéliser les émissions maser de la molécule H₂O à partir de données spectroscopiques et de taux de collisions. Le code MOLPOP, basé sur la résolution de l’équation de transfert de rayonnement dans une géométrie « slab », a été utilisé. Après validation de la méthode sur les résultats de Gray et al. (2016), le modèle a été appliqué aux transitions observées dans l’article de Baudry et al. (2023). Une automatisation par script Python a permis d’explorer des plages de paramètres physiques. Les résultats montrent que certaines raies maser ne sont pas reproduites, suggérant que les recouvrements de raies, absents dans MOLPOP, jouent un rôle clé.
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9
Propriété et évolution radiale de la reconnexion magnétique proche du SoleilOrateur: Tiffany-Luna Sadou-Boudey (LAB)
La reconnexion magnétique, processus de réorganisation du champ magnétique accompagné d’un transfert d’énergie vers le plasma environnant, joue un rôle clé dans l’évolution du vent solaire. À partir des données haute résolution de la mission Parker Solar Probe, une série de structures cohérentes du champ magnétique de type flux rope ont été identifiées dans l’héliosphère interne.
Ces structures ont été analysées par ajustement à un modèle cylindrique, permettant d’extraction de paramètres physiques : orientation, taille, intensité du champ centra, hélicité. Onze évènements distincts ont été détectés. Leur distribution spatiale, leur alignement proche du plan équatorial et la variabilité de leurs propriétés suggèrent une diversité de mécanismes de formation et d’évolution. La présence d’érosion magnétique en bordure de certaines structures indique une reconnexion secondaire active au cours de leur propagation.
Ces résultats renforcent l’idée que la reconnexion magnétique est un phénomène fréquent près du Soleil, jouant un rôle structurant dans la dynamique du vent solaire.
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10
Modélisation d'atmosphère et étude et de l'évolution du dioxyde de carbone présent à leur surfaceOrateur: Killian Mathey (LAB)
Le CO2, gaz à effet de serre important, influence fortement les climats planétaires. L’objectif est d’étudier la structure thermique d’une atmosphère de pur CO2 et sa répartition entre l’atmosphère et un réservoir de surface, selon le flux stellaire incident. Nous voulons comparer le phénomène d’emballement d’effet de serre ("runaway greenhouse"), bien connu pour H2O mais peu étudié pour le CO2, ainsi que les conditions permettant un océan de CO2 stable en surface. Nous avons d’abord appliqué la méthode du climat inversé pour construire des profils atmosphériques purement convectifs, puis déterminé leur insolation en fonction de leur équilibre radiatif. Nous avons ensuite mis en évidence les limites de cette approche en utilisant la librairie exo-k, qui intègre de nombreux processus physiques, pour obtenir des profils atmosphériques radiatifs-convectifs. Finalement, nous avons obtenu des profils cohérents, souligné d’importants écarts entre les deux méthodes, et délimité la plage de flux stellaires (90 à 215 W/m2 pour le Soleil) assurant la stabilité d’un océan de CO2, en présence d’un réservoir suffisant.
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15:30
Pause
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11
Development of the DUNE photon detection systemOrateur: Laurine Cassagne (CIEMAT)
L’expérience DUNE s’attaque à des questions fondamentales de la physique des neutrinos, telles que la violation de CP dans le secteur leptonique ou l’ordre des masses des neutrinos. Ses modules de chambre à projection temporelle dans l’argon liquide (LArTPC) reposent sur un système de photodétection efficace pour atteindre la sensibilité requise.
Durant un stage de deux mois au CIEMAT, j’ai contribué à la caractérisation des modules X-ARAPUCA, conçus pour couvrir de larges surfaces tout en maintenant une bonne efficacité à des températures cryogéniques. J’ai comparé leurs performances à celles de photomultiplicateurs (SiPMs) de référence d’efficacité connue. La calibration a été réalisée à partir de données prises avec un laser produisant des impulsions de photoélectron unique. J’ai mesuré le gain, le rapport signal sur bruit et la probabilité de cross-talk, puis appliqué ces résultats aux données obtenues avec une source alpha dans de l’argon liquide.
En traçant les histogrammes de charge, j’ai déterminé la quantité de photoélectrons détectée et calculé l’efficacité des modules X-ARAPUCA. J’ai obtenu des valeurs entre 2.7 % et 5.0 %, conformes aux exigences de la collaboration.
Ce travail valide l’outil d’analyse existant et démontre la reproductibilité de la procédure. Les modules testés seront déployés dans DUNE pour affiner la reconstruction des événements et le rejet du bruit de fond.
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12
Optimisation numérique d’un coronographe pour l’imagerie directe d’exoplanètes avec l’Observatoire d’Anatolie OrientaleOrateur: Hugo Fralin (LESIA)
Depuis 1995 et la première découverte d’une exoplanète autour d’une étoile de type solaire, de nombreuses méthodes de détection ont été développées. L’imagerie de haut contraste permet, grâce à l’utilisation d’un coronographe, d’observer des objets très faiblement lumineux et proches de leur étoile, en atténuant la lumière de cette dernière.
Ce stage s’inscrit dans le projet de déploiement de l’instrument de coronographie adaptative PLACID sur le nouveau télescope DAG, en Turquie. Au cours de celui-ci, j’ai développé un programme de simulation numérique d’un coronographe et un algorithme itératif Gerchberg-Saxton, dans l’optique d’optimiser la forme du masque en plan focal de PLACID. Des métriques de mesure des performances ont aussi été mise en place.
Différents coronographes ont été optimisés en jouant sur les paramètres d’optimisation (relaxation) du Gerchberg-Saxton pour vérifier l’efficacité de l’outil. Les résidus de lumière stellaire ont été significativement atténués. Toutefois le signal de l’exoplanète a systématiquement été dégradé lors du processus. L’outil Gerchberg-Saxton est ainsi, dans sa configuration actuelle, non adapté à l’optimisation de coronographes.
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Caractérisation de l'atmosphere des naines brunesOrateur: Gaël Gommendy (MPIA)
L’apparition de l’imagerie directe et d’instruments à haute résolution, comme le JWST/MIRI, a permis de franchir une étape importante dans la caractérisation spectrale des jeunes exoplanètes géantes. Pourtant, certains de ces objets présentent un excès d’émission infrarouge (au-delà de 5µm), que les modèles atmosphériques classiques ne parviennent pas à expliquer, laissant supposer l’existence de disques circumplanétaires (CPD). Ce stage avait pour objectif de tester cette hypothèse à l’aide de l’outil ForMoSA, en modélisant la composante poussière du CPD, assimilable à un corps noir. Cet outil est basé sur un échantillonnage bayésien, afin de modéliser le spectre des objets étudiés. En combinant les données JWST/MIRI et APO/TripleSpec, un spectre de DELORME AB b a pu être réalisé. Plusieurs modèles de corps noirs ont été élaborés pour le CPD, incluant des gradients de température et de l' accrétion. Le modèle corps noir simple, a nettement amélioré l’ajustement du spectre observé, avec une augmentation du logarithme de l’évidence bayésienne, passant de -36 835 à -18 808. Cette étude démontre qu’un modèle de disque même simplifié permet de mieux contraindre les propriétés spectrales de certaines exoplanètes. Les travaux futurs consisteront à intégrer des modèles plus complexes et les tester sur d’autres objets possédant des CPD confirmés, tels que PDS 70 ou 2MASS 1207, en s’appuyant sur les données fournies par les instruments de nouvelle génération comme VLT/SPHERE+ ou ELT/METIS.
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17:15
Délibérations
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08:30
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08:30
Installation du matériel
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Mesure des délais temporels de lentilles gravitationnelles mesurées par le satellite GaiaOrateur: Adrien Bernard (LAB)
La mission Gaia, dont l’objectif est de cartographier des milliards d’étoiles de notre galaxie ainsi que d’autres objets célestes, joue un rôle essentiel dans l’étude des lentilles gravitationnelles. Grâce à un prétraitement réalisé par Gaia Collaboration, Krone-Martins et Ducourant, des millions de quasars ont été identifiés, dont certains sont l’objet de phénomènes de lentillage gravitationnel. Lorsqu’un quasar lentillé est détecté, une recherche de retards temporels est lancée. Pour ce faire, deux grandeurs sont calculées : la corrélation et la RMS. La présence d’un extrémum pour un certain décalage temporel indique la détection d’un retard entre les courbes de lumière prouvant ainsi que l'on a affaire à une lentille gravitationnelle.
J'ai développé durant mon stage un code complet de mesure de délais temporels dans les données du satellite Gaia. J'ai validé mes résultats en les confrontant d'une part aux résultats d'un programme similaire écrit en Pascal, ainsi qu’à quelques délais temporels publiés dans la littérature. Les résultats obtenus montrent un accord satisfaisant entre notre approches et les attentes. La détermination de ces retards temporels constitue une première étape vers une estimation direct de la valeur de la constante cosmologique de vitesse d'expansion, H0, une constante au coeur des débats cosmologiques actuels. -
15
Analyse de spectres optiques de membres de la région du Haut ScorpionOrateur: Noémie Voulgre (LAB)
Comprendre comment débute et se propage la formation stellaire reste une question ouverte en astrophysique. Pour y répondre, il est essentiel de pouvoir estimer l’âge des jeunes populations stellaires. Cette étude se concentre sur deux sous-populations de la plus proche association OB, Scorpius-Centaurus. L’objectif fut d’estimer leur âge relatif à l’aide de l’ajustement d’isochrones, et de l’analyse de la raie H𝛼 traceur d’accrétion et de jeunesse. Malgré les limites de la méthode du χ2, un gradient fut clairement visible sur le diagramme Hertzsprung-Russell. De plus, l’analyse de la raie H𝛼 a confirmé la différence d’âge en révélant un taux d’accrétion plus important dans l’une des deux populations. Ces résultats complètent ceux de Miret-Roig et al. (2022) obtenus par traceback dynamique. Ce travail ouvre la voie à des améliorations futures dans le traitement plus fin des incertitudes ainsi qu’à une poursuite par l’étude de la gravité de surface.
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16
Mesure de distances cosmologiques à l'aide des ondes gravitationnellesOrateur: Laura Charbonnier (LAB)
Les ondes gravitationnelles sont des prédictions de la théorie de la relativité générale d’Albert Einstein datant du siècle dernier. Elles ont été détectées de manière directe pour la première fois en 2015. L’étude des signaux émis est essentielle afin d’accéder aux caractéristiques des sources émettrices. C’est dans cette optique que s’est inscrit ce stage. Après avoir étudié les aspects théoriques nécessaires à la bonne compréhension du sujet, nous avons établi le modèle direct permettant de simuler une partie du signal d’onde gravitationnelle. Par la suite, nous avons résolu le problème inverse consistant à estimer les paramètres libres du modèle étant des éléments clés des sources émettrices. Nous avons fait intervenir dans ce travail la méthode d’optimisation de Levenberg-Marquardt ainsi qu’une approche fréquentiste des probabilités. Les résultats ont été fructueux puisque nous avons réussi à déterminer avec précision les paramètres libres du modèle. Nous avons ensuite calculé le taux d’expansion actuel de l’Univers
. La valeur obtenue est en accord avec celles déterminées par des méthodes différentes de la nôtre. Ainsi, nous avons estimé deux paramètres cosmologiques : la distance à la source
d=40 Mpc et
Ho = 73,45 km s
-1 Mpc-1
. Ce stage est alors un premier pas important vers l’étude de signaux réels. L’astronomie des ondes gravitationnelles est en pleine effervescence depuis dix ans et continuera de nous offrir un avenir prometteur pour approfondir notre connaissance de l’Univers.
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10:30
Pause
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17
Etude du complexe de la nébuleuse du crabeOrateur: Tom Pena (LP2I)
Le satellite Fermi, lancé en 2008, a permis de grandes avancées en astronomie gamma, notamment l’étude des pulsars en rayons gamma. Il comporte à son bord le LAT, un détecteur de photons d’énergie supérieure à 30 MeV. La nébuleuse du Crabe est un reste de supernova comportant un pulsar en son centre, et émettant en rayons gamma. Cette nébuleuse émet des photons de haute énergie grâce à deux processus : le rayonnement synchrotron et la diffusion Compton inverse. Ces deux processus ont lieu dans la nébuleuse à vent de pulsar et dans la magnétosphère du pulsar.
Au cours de ce stage, l’objectif a été de modéliser le complexe du Crabe ainsi que sa distribution spectrale d’énergie en analysant les données du LAT. Nous avons utilisé plusieurs modèles pour les sources extérieures et pour la distribution spectrale du Crabe. Pour retirer le rayonnement du pulsar dans l’analyse, nous avons utilisé la phase du pulsar. Le meilleur modèle étudié modélise le complexe du Crabe par une somme de trois sources, situées aux mêmes coordonnées, représentant la nébuleuse à vent de pulsar et le pulsar.
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18
Physique de l'interaction laser-plasmaOrateur: Lucas Augagneur (LP2I)
Ce stage s’inscrit dans le cadre de la recherche sur l’accélération laser-plasma, une technique prometteuse pour remplacer les accélérateurs conventionnels grâce à l’utilisation de lasers ultra-intenses interagissant avec un plasma. L’un des principaux défis pour permettre une utilisation à haute cadence de cette technologie est la nature des cibles utilisées. Contrairement aux cibles solides qui sont détruites à chaque tir, les cibles gazeuses offrent un potentiel de renouvellement naturel. Cependant, pour être efficaces, ces jets de gaz doivent atteindre des densités proches de la densité critique du plasma. Or, cette configuration génère une distribution spatiale inhomogène : une forte densité au centre du jet, entourée de zones moins denses. L’impulsion accélératrice, en traversant ces régions périphériques de faible densité, y perd une partie significative de son énergie avant d’atteindre le cœur dense, ce qui nuit à l’efficacité globale de l’accélération. Le stage a porté sur le développement d’une méthode de façonnage optique d’un jet de gaz à l’aide d’un faisceau laser dit de chauffe. Deux configurations ont été comparées : un faisceau Gaussien classique et un faisceau Laguerre-Gaussien, qui permet théoriquement de comprimer la densité au centre du faisceau. On propose dans ce rapport une étude expérimentale sur la caractérisation des cibles gazeuses et du plasma produit via le façonnage optique.
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19
High repetition rate attosecond extreme ultraviolet beamline for chiral spectroscopyOrateur: Raphaël Margnes (CELIA)
Ce stage s’inscrit dans le cadre du développement d’une ligne XUV dédiée à la spectroscopie de chiralité au sein du laboratoire CELIA. L’objectif principal a été la caractérisation d’impulsions ultrabrèves par la méthode FROG (Frequency Resolved Optical Gating), en vue de leur utilisation pour la génération d’harmoniques d’ordre élevé. Après la mise en place expérimentale du montage FROG, une comparaison entre deux algorithmes de reconstruction, PCGPA et ptychographie, a été réalisée à partir de données simulées et expérimentales. Les résultats obtenus montrent des reconstructions cohérentes entre les deux approches, avec un léger avantage en rapidité pour PCGPA. Ce travail contribue à garantir la qualité des impulsions utilisées dans les futures spectroscopie chirale sélective en site, en assurant une meilleure maîtrise de la durée, du spectre et de la phase des impulsions générées.
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20
Génération de champs magnétiques par interaction laser nanoseconde avec des cibles de cuivre en forme de bouclesOrateur: Léandre Roccaserra (CELIA)
Les cibles à boucle de cuivre pilotées par laser constituent un candidat prometteur pour une nouvelle méthode de génération de champs magnétiques quasi-statiques intenses qui permettraient d’étudier des plasmas magnétisés dans des régimes de haute densité d’énergie dans des expériences laser. De précédentes études rapportent des valeurs encourageantes pour le champ magnétique et le courant dans la boucle, mais des débats subsistent quant aux mécanismes de génération du courant dans la bobine. Un modèle du mécanisme de génération de courant dans la boucle a été proposé. Afin de tester ce modèle nous avons analysé des images issues d’un diagnostic de polarimétrie basé sur la rotation de Faraday obtenues dans une expérience précédente et au cours d’une seconde expérience que nous avons menée sur l’installation ABC à ENEA, Frascati en Italie. Nous avons obtenu des résultats encourageants avec des intensités de champs magnétiques de quelques teslas, ce qui est en accord avec les prédictions du modèle.
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12:45
Délibérations
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13:00
Pot de soutenances
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08:30