Thèse Tomographie X en Cellule à Enclumes de Diamant Application à la Mesure d'Équation d'État de Matériaux Amorphes et Étude de la Microstructure de Matériaux Complexes en Conditions Extrêmes H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Informatique et sciences du numérique École doctorale : Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication Laboratoire de recherche : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie Direction de la thèse : Thomas RODET ORCID 0000000304739390 Début de la thèse : 2026-11-02 Date limite de candidature : 2026-11-30T23:59:59 Le but de la thèse est de pouvoir reconstruire des cubes de données tomographique afin de connaitre la structure de la matière soumise à de très forte contrainte de pressions et de température. L'application de pression importante sur l'objet mesuré introduit une perte d'information. Il y a d'une part des mesures sous certaines incidences qui manquent. d'autre part il y a des objet semi transparent sur le trajet des rayons X qui sert à mesurer l'objet. De plus, la reconstruction tomographie est une approche globale. Une erreur sur une portion des données se propage sur toute l'image (La tomographie n'est pas un opérateur locale). Nous avons donc a faire à un problème inverse complexe où une partie de l'information est manquante qui génère des artéfacts qui réduit considérablement la qualité des images. Un travail de modélisation de la physique de collecte de mesure associé à la physique des matériaux mesurés va permettre de déterminer un modèle direct pertinent. De plus, nous pourrons définir des a priori compatibles avec la physique des matériaux examinés. Enfin, il va falloir déterminer les configurations des mesures permettant d'avoir le
plus de information : orientation des l'échantillon, utilisation de matériaux semi transparents etc... Les techniques d'imagerie X sont en plein essor, et les sources synchrotron y jouent un rôle central: faible taille de la source, cohérence, brillance du faisceau qui sont des caractéristiques du rayonnement synchrotron sont autant de facteurs cruciaux pour ce type de mesures. L'imagerie X est utilisée dans le domaine de la physique des conditions extrêmes depuis environ 15 ans. Au synchrotron Soleil, la ligne de lumière PSICHE est reconnue internationalement pour les mesures de tomographie X qui y sont menées, en utilisant un appareillage, la presse Paris-Edimbourg (presse PE) qui peut atteindre 15 GPa et 2500 K, avec des applications en physique et chimie des matériaux et en géophysique [1]. La ligne ANATOMIX, dédiée à la tomographie, peut bénéficier d'un excellent contraste à haute résolution grâce à la cohérence optimale de son faisceau X. En particulier, sa station de microscopie X par transmission (TXM) permet d'atteindre des résolutions spatiales de 20 à 100 nm. Enfin la ligne MARS est une ligne multi-technique dédiée à l'étude d'échantillons radioactifs. Si cette ligne est principalement dédiée à la spectroscopie d'absorption et la diffraction X, sa source est particulièrement adaptée à l'imagerie X et plusieurs expériences ont déjà été réalisées avec succès dans cette configuration. Ce projet de thèse vise à tester différentes stratégies de mesures en CED sur les lignes de lumière PSICHE, ANATOMIX et MARS mais aussi d'explorer différentes méthodes de reconstruction tomographiques. Les partenaires du projet sont par exemple investis dans différents programmes permettant de minimiser les artefacts de reconstruction dus aux angles limités (missing wedge) par l'implémentation d'algorithmes utilisant l'intelligence artificielle. Ce type d'approche peut lever le verrou de la limitation de l'angle d'ouverture de la cellule à enclumes de diamants dans la géométrie standard. La question des méthodes de reconstruction tomographique sera donc traitée de manière centrale. Il faut résoudre deux problèmes conjointement:
- La question des angles limités (<180°) précédemment citée.
- La question de l'atténuation du faisceau en dehors de la zone de reconstruction, alors que les échantillons que l'on souhaite reconstruire sont peu absorbants. Pour ce type de cas les approches classiques utilisent une régularisation de type variation totale (TV) [7,8,9]. Plus récemment, des approches de type réseau de neurones ont donné de bons résultats sur cette problématique [10,11]. Il est toutefois très difficile d'avoir les données permettant de générer une base d'apprentissage suffisamment exhaustive pour qu'elle soit exploitable en pratique.
La résolution des problèmes couplés d'angle limité et d'objet semi transparent dans la région d'intérêt nécessite l'exploitation de données de calibration, par exemple les mesures tomographiques de l'objet sans contrainte, associée à des méthodes de reconstruction par calibration conjointe [12].
Une dernière piste sans doute prometteuse est d'étudier les modèles de diffusion pour la résolution de problèmes inverses [13]. Ces modèles permettent en passant par une phase d'apprentissage d'apprendre une loi a priori qui peut être très spécifique à l'objet. Le succès d'une telle approche repose toutefois de nouveau sur une base d'apprentissage correcte. Pour se faire, on pourrait générer la base d'apprentissage à l'aide de simulations et faire du transfert d'apprentissage à travers la loi a priori d'une approche bayésienne.