Stages de Masters
Un laser femtoseconde de haute puissance se propageant dans un milieu transparent, tel que l’air, se réorganise naturellement en structures lumineuses stables et de forte intensité sous l’effet Kerr optique. Dans le sillage de ce pulse laser, des canaux de plasma faiblement ionisés, appelés filaments, sont générés [1]. Ces filaments peuvent s’étendre sur plusieurs centaines de mètres, ce qui en fait un outil de choix pour de nombreuses applications atmosphériques, notamment la télédétection [2] et le guidage d’ondes électromagnétiques ou de décharges électriques [3]. L’une des réalisations les plus marquantes fut la démonstration du guidage d’un éclair par laser sur une distance de 60 mètres en Suisse en 2021 [4].
Figure 1 : Deux exemples de décharge guidée — à gauche avec une bobine Tesla, et à droite un éclair guidé par laser.
De nombreuses expériences en laboratoire ont été menées pour étudier les décharges déclenchées ou guidées par des filaments, sur des échelles allant du centimètre au mètre. Si l’effet de guidage global est aujourd’hui relativement bien compris, plusieurs aspects importants restent à élucider (comme l’a illustré, par exemple, la campagne d’éclair laser menée par Houard et al. [4], qui a mis en évidence une émission accrue de rayons X). De plus, la capacité réelle des filaments à déclencher un éclair demeure une question ouverte.
Le stage visera à aborder ces problématiques à travers des simulations numériques (fluides et cinétiques) de décharges ainsi que des expériences en laboratoire. Nous étudierons en particulier comment les filaments laser influencent le développement des streamers, précurseurs des décharges étincelles [5]. Les décharges de type streamer présentent leur propre interêt, car elles sont utilisées dans diverses applications comme la dissociation du CO₂, la production d’ozone ou la purification de l’eau [6]. Le contrôle de la dynamique des streamers par les filaments laser pourrait permettre de générer des streamers droites et reproductibles.
Ce travail s’inscrit dans une collaboration internationale impliquant l’ONERA et le Berkeley Laboratory. Le ou la stagiaire sera chargé(e) de développer des diagnostics pour l’étude des décharges de type streamer, en parallèle de travaux de simulation numérique. Une solide formation en physique des plasmas et/ou en simulation numérique est requise.
Proposition de stage : Oui
Proposition de thèse : Oui
Contact : thomas.clark@ensta.fr
[1] Couairon et al, Femtosecond filamentation in transparent media, Phys. Rep. 441 47 ⟨hal-00454778⟩ (2007).
[2] Kasparian, et al., White-light filaments for atmospheric analysis, Science 301 61-64 ⟨hal-00463648⟩ (2003).
[3] Forestier et al., Triggering, guiding and deviation of long air spark discharges with femtosecond laser filament, AIP Advances 2 012151 ⟨hal-00852030⟩ (2012).
[4] Houard et al., Laser-guided lightning, Nat. Photon. 17 231–235 ⟨hal-03947576⟩ (2023).
[5] L. Da Silva et al., Dynamics of streamer-to-leader transition at reduced air densities and its implications for propagation of lightning leaders and gigantic jets, J. Geophys. Res. Atmos., 118 13,561–13,590 (2013).
[6] Atsushi, A review of streamer discharge-induced plasma chemistry at atmospheric pressure: Key mechanisms and future perspectives, Journal of Electrostatics, 137, 104087 ISSN 0304-3886 (2025).
Résumé : Au LOA, nous étudions les miroirs plasma relativistes, un plasma de surface dense créé en laboratoire sur une cible liquide [1], qui réfléchit des impulsions laser ultra-intenses d’une durée inférieure à 4 fs [2]. Cela correspond à moins de deux cycles d’oscillation de l’onde lumineuse, de sorte que leur phase par rapport à l’enveloppe de l’impulsion affecte fortement la forme d’onde laser d’attaque. Ce dispositif constitue un excellent modèle pour l’étude des interactions laser-plasma relativistes à l’échelle de l’attoseconde [3].
Les observables expérimentaux sont notamment un faisceau d’électrons accélérés depuis la cible à des énergies relativistes, et les impulsions laser réfléchies, comprimées à une durée attoseconde lors de la réflexion non linéaire, leur spectre couvrant l’ensemble du domaine visible et l’ultraviolet lointain. Lors d’expériences récentes avec des cibles très fines, nous avons détecté les mêmes observables sur les faces avant et arrière de la cible.
Nous proposons un projet de M2 numérique et théorique accompagnant ces expériences. L’étudiant réalisera des simulations de particules dans la cellule à l’aide du code Smilei ou WarpX sur un système multi-GPU local et analysera les résultats numériques afin d’extraire des observables à comparer aux résultats expérimentaux et de proposer des interprétations physiques. La variation du rendement/spectre électronique des faces avant et arrière et du spectre XUV sera notamment étudiée en fonction de la phase de l’enveloppe porteuse laser.
Nous recherchons un étudiant possédant une bonne expérience pratique de la programmation Python, une soif d’apprendre et un vif intérêt pour l’interaction laser-plasma dans des conditions relativistes extrêmes. Des connaissances en physique des plasmas et en optique (ultrarapide) seront fortement appréciées.
L’étudiant sera encadré par des expérimentateurs (Jaismeen Kaur et Stefan Haessler) et un théoricien expérimenté en laser-plasma (Igor Andriyash). Elle/il acquerra de l’expérience en travaillant avec des logiciels et du matériel de calcul haute performance de pointe et aura un aperçu des aspects théoriques et expérimentaux des interactions laser-plasma à ultra-haute intensité.
Financement du stage : Oui
Financement de la thèse : Oui
Proposition de stage : Oui
Proposition de thèse : Non
Contact : stefan.haessler@ensta.fr
[1] A. Cavagna et al., Continuous relativistic high-harmonic generation from a kHz liquid-sheet plasma mirror, Opt. Lett. 50, 165 (2025)
[1] M. Ouillé et al., Relativistic-Intensity near-Single-Cycle Light Waveforms at kHz Repetition Rate, Light Sci. Appl. 9, 1 (2020)
[3] M. Ouillé et al., Lightwave-controlled relativistic plasma mirrors, Opt. Lett. 49, 4847 (2024).
Figure : schéma de principe d’une expérience de collision entre un faisceau d’électrons relativistes généré par accélération laser-plasma et un faisceau laser boosté en intensité à l’aide d’un miroir plasma dans le but d’atteindre le régime de QED en champ fort (Strong Field) avec des signatures telles que la génération de photons gamma ou de positrons.
Thématique :
L’ElectroDynamique Quantique, ou QED, est la théorie physique qui unifie l’électromagnétisme et la physique quantique afin de décrire comment la lumière et la matière interagissent. Elle est considérée comment l’une des théories les mieux démontrées dans son régime linéaire grâce à la mesure de la constante de structure fine avec une précision inégalée. Cependant, c’est lorsque l’intensité lumineuse devient extrême, dans le régime dit des ‘’champs forts’’, que la ‘’Strong Field QED’’ (ou SF-QED) révèle ses prédictions les plus étonnantes telle que la génération de matière à partir du vide sous la forme de paires électron/positron. Ces régimes extrêmes sont étudiés de façon théorique depuis plus d’un siècle mais n’ont jamais pu être atteints de façon expérimentale.
Le développement récent d’une nouvelle génération de lasers qui délivrent des impulsions femtosecondes d’une puissance de plusieurs PetaWatt permet de développer des stratégies expérimentales pour atteindre le régime de champs forts de la QED. La stratégie la plus communément envisagée pour l’atteindre est de réaliser la collision d’un faisceau d’électrons relativistes avec un champ laser ultra-intense [1]. Cette stratégie devrait permettre d’atteindre prochainement la SF-QED dans son régime perturbatif.
La stratégie qui sera étudiée lors de ce doctorat est celle dite du ‘’boost Doppler’’ [2] : au lieu d’utiliser directement une impulsion laser ultra-intense pour la collision, celle-ci va être préalablement décuplée en intensité dans le but de dépasser le régime perturbatif de la SF-QED et atteindre son régime hautement non-linéaire où même la théorie reste inconnue aujourd’hui.
Le boost Doppler consiste à convertir l’impulsion laser ultra-intense vers l’extrême ultraviolet (XUV) par effet Doppler relativiste lors de sa réflexion sur un miroir plasma. Le faisceau XUV, de beaucoup plus courte longueur d’onde peut alors être focalisé sur une surface beaucoup plus petite que le laser ce qui a pour effet de décupler de 3 ordres de grandeur l’intensité lumineuse. L’interaction de n’importe quel type de matière (gaz, solide, électrons relativistes) avec cette impulsion XUV est alors dans le régime hautement non linéaire de la SF-QED [3], voir figure.
Objectif :
L’objectif de la thèse est de générer des impulsions ‘’Doppler-boostées’’ pour obtenir les plus hautes intensités lumineuses jamais atteintes sur Terre, de l’ordre de 1025W/cm2 et de les utiliser pour réaliser les toutes premières expériences de SF-QED. La première expérience de la thèse est prévue en octobre 2026 sur le laser 100 TW du Laboratoire d’Optique Appliquée, afin de démontrer la robustesse du schéma expérimental. Si cette expérience est un succès, elle donnera lieu à des expériences sur les plus grandes infrastructures lasers au monde : APOLLON (CEA), BELLA (Berkeley), ELI-NP (Roumanie).
L’objectif du stage à partir de février 2026 est la compréhension théorique et expérimentale du mécanisme de miroir plasma et de la génération d’impulsions XUV, ainsi que la préparation de l’expérience d’octobre, avec des simulations numériques et le design de plusieurs dispositifs expérimentaux, comme un spectromètre XUV, un mécanisme d’amélioration de contraste temporel de l’impulsion laser, ainsi que la préparation de la chambre expérimentale. Le stagiaire participera à d’autres expériences d’interaction laser-plasma au cours du printemps 2026 pour se familiariser avec l’environnement et les dispositifs.
L’étudiant en thèse devra être capable de planifier, organiser et mener à bien des expériences complexes et à fort enjeu scientifique, encadré et soutenu par le directeur de thèse et l’équipe de support technique du LOA.
Profil du candidat recherché :
La thèse proposée a pour objectif de réaliser des expériences à très haut impact dans le domaine de la physique avec la première observation expérimentale de phénomène de QED en champ fort. Pour réussir de tels objectifs, le candidat recherché doit être passionné par la recherche et avoir une grande capacité et autonomie de travail. Le pragmatisme est également une qualité primordiale pour une thèse expérimentale. De bonnes connaissances en optique sont nécessaires, et des connaissances en physique des plasmas seront un plus.
Une certaine appétence pour les simulations numériques est également requise (mais expérience dans le domaine pas nécessaire), car les études numériques sont des outils clé pour préparer les expériences et valider les résultats.
Il faut évidemment être prêt à se déplacer ponctuellement plusieurs semaines à l’étranger. Enfin, une dose d’humour pour les longues soirées dans les salles d’expériences est toujours bien accueillie par tous les collègues.
Diplôme : Master 2 recherche en physique/optique, ou équivalent
Connaître : Python/Matlab
Possibilité de thèse : Oui, souhaitée
Contrat-financement probable : Oui
Contact: Adrien Leblanc (adrien.leblanc@ensta.fr)
Bibliographie :
[1] Lobet, M, et al. « Generation of high-energy electron-positron pairs in the collision of a laser-accelerated electron beam with a multipetawatt laser. » Physical Review Accelerators and Beams 20.4 (2017): 043401.
[2] Vincenti, H. « Achieving extreme light intensities using optically curved relativistic plasma mirrors. » Physical review letters 123.10 (2019): 105001.
[3] Fedeli, L, et al. « Probing strong-field QED with Doppler-boosted petawatt-class lasers. » Physical review letters 127.11 (2021): 114801.
Résumé :
Les faisceaux d’électrons relativistes ont de nombreuses applications sociétales potentielles, notamment en médecine. Aujourd’hui deux types d’accélérateurs sont utilisés pour les générer : soit des accélérateurs linéaires, très encombrants et coûteux, soit l’accélération par laser dans un plasma, plus compact et moins chère mais pas encore applicable directement pour le grand public. C’est un domaine de recherche très actif depuis deux décennies avec plusieurs défis à relever tels que (i) augmenter la charge (nbre d’électrons), et (ii) améliorer l’aspect mono-énergétique des faisceaux.
À l’aide d’un laser femtoseconde de très haute puissance (quelques 100TW) focalisé à Ultra-Haute Intensité (UHI) deux types d’accélération ont été démontrés :
- par réflexion du laser sur cible solide : grâce à la haute densité, une forte charge de plusieurs dizaines de nanocoulombs (nC) est accélérée mais assez faiblement, quelques MeV, car sur une petite dimension (qq 10-100μm);
- par propagation du laser dans un gaz, une bulle de plasma se forme dans le sillage de l’impulsion. Elle piège et accélère des électrons sur plusieurs centimètres pour atteindre de très grandes énergies, qq 100MeV, mais avec une charge plus modeste de l’ordre de ~1nC (gaz peu dense). Des cellules de gaz avec des chocs ont été développées pour injecter les électrons dans la bulle de façon très localisée afin de rendre le faisceau quasi-monoénergétique.
Au Laboratoire d’Optique Appliquée, nous avons démontré un nouveau type d’injection en associant un miroir plasma et un jet de gaz afin d’allier les forces des deux systèmes, voir figure, panneau a.
- Etape 1, l’injection: le laser se réfléchit sur une cible solide afin d’arracher une grande charge à partir de la haute densité et ceci de façon très localisée, juste à la surface de la cible.
- Etape 2, l’accélération: ensuite, le laser se propage sur quelques millimètres dans le gaz pour accélérer le paquet d’électrons à de hautes énergies et de façon monoénergétique. La preuve expérimentale d’une telle a été réalisée très récemment.
Objectifs:
Les faisceaux d’électrons générés par ce nouveau type d’accélérateur décuplent les performances de ces accélérateurs laser-plasma et permettent d’envisager des applications à moyen terme. D’un côté, les applications médicales en utilisant des lasers de moindre énergie mais à haute cadence, et d’un autre côté, l’augmentation drastique de la charge électronique disponible sur les plus grandes installations laser du monde (laser PetaWatt) pourrait permettre de démontrer pour la première fois expérimentalement des effets d’ElectroDynamique Quantique (qui prédit par exemple la création de matière dans le vide). Ces deux axes seront étudiés lors de la thèse.
Objectifs du stage / thèse:
90% expérimental, 10% théorie/simulations. (i) L’objectif principal est d’adapter les schémas expérimentaux développés à 100TW vers à la fois des lasers 10TW, et des lasers PW. De nombreuses expériences sur les plus grandes infrastructures laser du monde (APOLLON (Fr), ELI (Roumanie), BELLA (Californie)) auront lieu. (ii) Designer la cible hybride avec des simulations hydrodynamiques afin de minimiser les chocs lors de l’expansion du gaz contre la cible solide. (iii) Réaliser des simulations numériques de l’interaction afin de comprendre les différents paramètres d’injection et de déterminer quelle configuration permet d’optimiser les conditions d’accélération. (iv) Des expériences sur des échantillons biologiques sont envisagées sur les lasers 10TW.
Environnement:
Les parties de réalisation expérimentale et de développement de la cible hybride et se font au sein de l’équipe Sources ultra-rapides de particules et de rayons X (UPX) du LOA. Des expériences sur différents lasers (Bordeaux, Marseille, Californie, Roumanie) seront réalisées. Une équipe dynamique qui est à la pointe mondiale sur l’accélération d’électrons par laser. La partie théorie/numérique se fait en collaboration avec le CEA Saclay.
Possibilité de thèse Oui
Contrat-financement probable / Expected contract-funding ? Ecole Doctorale IPP
Contact :
Les lasers multi-PW de pointe, comme APOLLON (France), et les accélérateurs à l’échelle km comme FACET-II à Stanford (USA) [1], permettent de créer sur Terre les conditions extrêmes pour des interactions fondamentales entre particules et champs. De telles interactions suivent les lois de l’électrodynamique quantique à champ fort (EDQ), qui est devenue un domaine scientifique prometteur offrant des opportunités passionnantes. Les effets QED à champ fort apparaissent lorsque le champ électrique subi par l’électron dans son référentiel de repos se rapproche du champ de Schwinger ES=m2c3/(eℏ), et leurs manifestations les plus spectaculaires incluent la production de paires électron-positon par diffusion Compton inverse et les processus non linéaires de Breit-Wheeler. Dans les installations laser multi-PW telles qu’APOLLON, des expériences QED à champ fort peuvent être réalisées en faisant entrer en collision des électrons de haute énergie produits par un nouveau type d’accélérateur de particules, à savoir un accélérateur à plasma piloté par laser, avec une impulsion laser à contre-propagation de haute intensité ou une autre source de champs forts. Plusieurs pistes seront explorées dans le projet ANR g4QED (Gamma photon sources as a path for strong-field QED experimentals), notamment deux concepts prometteurs : (i) l’utilisation d’un miroir plasma pour réfléchir l’impulsion laser et permettre la collision entre les électrons de haute énergie et l’impulsion laser [2], et (ii) l’utilisation de plusieurs feuilles pour focaliser le faisceau d’électrons à une très petite taille et utiliser le faisceau d’électrons focalisé lui-même comme source de champs puissants [3,4] .
Le stage et la thèse auront pour objectif de modéliser, théoriquement et numériquement, ces deux concepts et de fournir les meilleures stratégies pour les mettre en œuvre expérimentalement sur APOLLON et FACET-II. Les travaux impliqueront une grande variété de physiques : l’interaction entre les impulsions laser et les plasmas, entre les faisceaux de particules et le plasma, ainsi que la physique QED à champ fort que nous souhaitons dévoiler expérimentalement. Le développement d’une modélisation numérique avancée pour ce projet sera également essentiel pour fournir une interprétation physique précise des expériences. Durant le stage, l’étudiant travaillera plus spécifiquement sur le premier concept avec la modélisation de la formation des canaux plasma, la focalisation et la compression laser dans le plasma, l’accélération laser du plasma, la génération du miroir plasma pour la réflexion laser, et enfin la collision QED à champ fort. L’objectif est de comprendre son potentiel pour les expériences QED à champ fort, ainsi que les limites possibles ou les pistes d’améliorations supplémentaires.
[1] V. Yakimenko et al., Phys. Rev. Accel. Beams 22, 101301 (2019).
[2] K. Ta Phuoc et al., Nature Photonics 6, 308 (2012).
[3] A. Sampath et al., Phys. Rev. Lett. 126, 064801 (2021).
[4] A. Matheron et al., Comm. Phys. 6, 141 (2023).
Conditions de thèse : Le stage de M2 peut être poursuivi par une thèse en cotutelle CEA et LOA, qui sera financée par le CEA à travers l’ANR g4QED (projet collaboratif CEA, LOA et LULI). De plus, le doctorant peut postuler pour devenir assistant d’enseignement à l’Ecole Polytechnique et dans d’autres écoles supérieures.
Contact : Igor Andriyash / Sebastien Corde
Thèses
Laser-plasma electron acceleration offers a unique way to produce highly energetic and ultra-short electron bunches, on very short distances. It have risen much interest since the first, pioneering, experiments in the early 2000s (Malka 2002; Faure et al. 2004). The interaction between an intense laser pulse and a target material is responsible of the whole extraction, selection and acceleration process, which makes primordial the understanding of the role of the involved parameters, such as the target density, shape and profile, laser duration, phase and intensity.
Among the research fields which laser-driven particle sources are relevant for, radiation biology opens to the exploration of fundamental aspects of radiation toxicity on living matter, that will be accessible only with a radiation source as short as the physical dose deposition time (Bayart et al. 2019; Favaudon et al. 2000; 2014). In order to make laser-driven electron sources interesting and compatible with radiobiology applications, a number characteristics should be addressed, such as the total charge per accelerated bunch, the spectral features, the stability and the duration. The required improvements demand a deep understanding of the acceleration mechanisms, the design of novel acceleration strategies and schemes.
Throughout the thesis activity, high potential topics for fundamental and applied science will be addressed, in the field of laser-created plasmas, particle acceleration, particle detection or dosimetry and engineering of experimental systems towards applications.
keywords :Ultra-intense lasers, Laser-plasma interaction, Laser-driven electron acceleration, Numerical simulations, Ultra-high dose-rate
Contact : Alessandro Flacco / Cédric Thaury
Post-doctorat
Contexte
L’apparition des systèmes laser ultra-courts de haute puissance à la fin des années 90, et les avancées technologiques récentes dans les amplificateurs solides pompés par diodes, permettent aujourd’hui d’envisager à moyen terme le développement d’applications inédites des lasers de durée picoseconde et femtoseconde. Des applications clés de ces lasers sont le contrôle la foudre par laser [1], le contrôle d’écoulement en régime supersonique [2] et le sonar laser sous-marin [3] qui reposent sur le phénomène de filamentation laser femtoseconde.
Le présent projet, baptisé HALFA, consistera à étudier la propagation en régime de filamentation d’impulsions laser ultrabrèves en régime de fortes puissances crêtes/moyennes dans l’atmosphère et l’eau à l’aide du laser XCAN opérant à très haute cadence (330 kHz – 50 MHz). Ce laser unique repose sur la combinaison cohérente de fibres dopées Yb [4]. On s’attachera en particulier à optimiser la filamentation laser pour des applications telles que la source acoustique laser ou la perche laser supersonique.
Le projet est financé par une le Centre Interdisciplinaire d’Études pour la Défense et la Sécurité de l’institut Polytechnique de Paris. Il s’agit d’une collaboration avec le LULI qui opère et développe la source laser et le CPHT qui sera en charge de développer différents codes numériques pour reproduire les résultats expérimentaux.
Résumé du travail
Le travail sera principalement de nature expérimentale. Le(la) candidat(e) sera amené(e) à caractériser le plasma généré par filamentation laser à l’aide de méthodes d’imagerie, d’acoustique, de spectroscopie et d’analyser l’effet des paramètres laser sur le plasma produit et sur ses rayonnements secondaires. Il ou elle participera à l’ensemble des expérimentations du projet et à l’analyse des résultats. Il conviendra d’étudier le niveau acoustique de la source et son spectre en fonction des puissances crêtes et moyennes mises en œuvre pour sa génération. Avec des cadences de l’ordre de 100 kHz, on s’attend notamment à observer une résonnance des bulles de cavitation générées par laser et une augmentation significative du signal acoustique.
Le candidat ou la candidate devra avoir des connaissances en optique nonlinéaire, en diagnostics optiques ou acoustiques et éventuellement ou en physique des plasmas
Salaire net mensuel : entre 2500 et 3000 euros suivant expérience.
Durée du contrat : 2 à 3 ans.
Publications relatives au sujet
1. Laser-guided lightning, Nature Photonics 17, 231 (2023)
2. Improving supersonic flights with femtosecond laser filamentation, Science Advances 4, eaau5239 (2018)
3. Control of the acoustic waves generated by intense laser filamentation in water, Opt. Express 30, 9103 (2022)
4. Coherent beam combining of 61 femtosecond fiber amplifiers, Opt. Express 28, 20152-20161 (2020)
Nom du responsable : Aurélien HOUARD
Tél : 01 69 31 97 82
Courriel : aurelien.houard@ensta.fr
Equipe de recherche : Filamentation et Interaction Laser Matière (F-ILM)
Nom du Laboratoire : Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA)
Code d’identification : UMR 7639
Organisme : ENSTA, Ecole Polytechnique, CNRS
Site Internet : https://loa.ensta-paris.fr/research/f-ilm-research-group/
Adresse : LOA ENSTA, 828 boulevard des Maréchaux, 91762 Palaiseau Cedex
Poste d’associé de recherche postdoctoral
à l’École Polytechnique – LOA
Laboratoire : Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA), ENSTA, CNRS, Ecole Polytechnique, Institut Polytechnique de Paris, 91762 Palaiseau, France
Equipe de recherche : Sources Ultrarapides de Particules et de Rayons X (UPX)
https://loa.ensta-paristech.fr/research/upx-research-group/
Sujet : Accélération basée sur le plasma, faisceaux extrêmes et QED à champ fort
Contact : Sébastien Corde, Professeur à l’École Polytechnique, sebastien.corde@polytechnique.edu
Contexte
Des lasers multi-PW de pointe, tels qu’APOLLON (France) et ELI-NP (Roumanie), ainsi que des accélérateurs de particules de l’ordre du kilomètre, comme FACET-II à Stanford (États-Unis) [1], permettent de recréer sur Terre les conditions extrêmes nécessaires à l’étude des interactions fondamentales entre particules et champs intenses. Ces interactions obéissent aux lois de l’électrodynamique quantique en champ intense (QED), un domaine de recherche prometteur offrant des perspectives passionnantes. Les effets de la QED en champ intense apparaissent lorsque le champ électrique subi par l’électron dans son référentiel propre tend vers le champ de Schwinger E<sub>S</sub> = m²c³/eℏ. Parmi leurs manifestations les plus spectaculaires figurent la production de paires électron-positron par diffusion Compton inverse et les processus non linéaires de Breit-Wheeler. Dans les installations laser multi-PW telles qu’APOLLON et ELI-NP, des expériences d’électrodynamique quantique en champ intense peuvent être réalisées en faisant entrer en collision des électrons de haute énergie, produits par un nouveau type d’accélérateur de particules (un accélérateur plasma piloté par laser), avec une impulsion laser contrapropagative de haute intensité ou une autre source de champs intenses. Outre l’utilisation d’une impulsion laser auxiliaire pour générer les champs intenses, notre équipe explore deux concepts prometteurs : (i) l’utilisation d’un miroir plasma pour réfléchir l’impulsion laser et permettre la collision entre les électrons de haute énergie et l’impulsion laser [2-4], et (ii) l’utilisation de plusieurs feuilles pour focaliser le faisceau d’électrons en un faisceau très fin, ce dernier étant utilisé comme source de champs intenses [5,6]. Ce concept de focalisation a récemment été démontré lors de l’expérience E-332 au SLAC avec l’accélérateur FACET-II de 10 GeV.
Le poste
Au sein du Département de Physique de l’École Polytechnique, le/la chercheur(euse) postdoctoral(e) rejoindra l’équipe de recherche UPX du Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA) pour travailler sur l’accélération par plasma, les faisceaux extrêmes et l’électrodynamique quantique en champ fort (QED-F), dans le cadre du projet g4QED (« Sources de photons gamma pour les expériences de QED-F ») financé par l’ANR (Agence Nationale de la Recherche). Ce poste postdoctoral aura pour objectif principal la mise en œuvre et la réalisation d’expériences visant à faire progresser les expériences de QED-F (électrodynamique quantique en champ fort) basées sur des accélérateurs de plasma et des faisceaux de particules extrêmes, ainsi que le développement de sources de lumière photonique de haute brillance et de haute énergie pouvant être générées dans ces expériences, notamment par diffusion Compton inverse non linéaire et par collisions faisceau-multifeuille extrêmes (par exemple, dans l’expérience E-332 du SLAC). Le projet inclura le développement de mesures et de détecteurs avancés pour ces expériences ambitieuses et sera complété, le cas échéant, par des études numériques et théoriques. Ce travail sera réalisé en collaboration avec d’autres grands laboratoires. Les expériences auront lieu au LOA, en utilisant les systèmes laser internes, ainsi que dans des installations internationales telles que l’accélérateur FACET-II de 10 GeV au SLAC aux États-Unis et des installations laser de plusieurs à 10 PW comme APOLLON en France et ELI-NP en Roumanie.
La date de début du poste est flexible, généralement entre le printemps et l’automne 2026, pour une durée de deux ans. La rémunération sera déterminée en fonction de l’expérience du/de la candidat(e) (salaire brut mensuel compris entre 3 400 € et 4 400 €). Le poste inclut une assurance maladie, une assurance retraite et une assurance chômage.
Exigences
• Doctorat en physique
• Dossier de recherche démontrant un fort potentiel
• Jeune chercheur(euse) très motivé(e)
• Aptitude à travailler efficacement en équipe et à coordonner la recherche avec des étudiants, des postdoctorants et des techniciens
• Une expérience en physique des lasers et de l’optique, en physique des faisceaux de particules, en électrodynamique quantique en champ fort ou en physique des plasmas est recommandée.
Comment candidater
Les candidatures doivent être adressées au Professeur Sébastien Corde (sebastien.corde@polytechnique.edu) par courriel et comprendre une lettre de motivation, un CV détaillé, une liste des publications et communications présentées lors de conférences, ainsi que deux lettres de recommandation (envoyées directement par leurs auteurs). Les candidatures de personnes n’ayant pas encore obtenu de doctorat seront examinées si la soutenance de thèse est prévue prochainement. Les candidats potentiels sont invités à contacter Sébastien Corde pour obtenir des informations complémentaires avant d’envoyer leur candidature.
Date limite de candidature
Les candidatures doivent être envoyées au plus tard le 6 janvier 2026.
Références
[1] V. Yakimenko et al., Phys. Rev. Accel. Beams 22, 101301 (2019).
[2] K. Ta Phuoc et al., Nature Photonics 6, 308 (2012).
[3] A. Matheron et al., arXiv:2412.19337 (2024).
[4] A. Matheron et al., Phys. Rev. Research 7, L032011 (2025).
[5] A. Sampath et al., Phys. Rev. Lett. 126, 064801 (2021).
[6] A. Matheron et al., Comm. Phys. 6, 141 (2023).
Contexte :
Le Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA) développe une nouvelle technique d’imagerie par rayons X 3D, appelée plénoptique, basée sur la combinaison d’une optique principale et d’un capteur de front d’onde. Trois systèmes ont été construits. Le premier était un démonstrateur fonctionnant au synchrotron PETRA III en Allemagne à une énergie de 11 keV. Il est maintenant démonté après avoir produit d’excellents résultats. Une autre caméra est installée et vise à imager des cellules biologiques vivantes. Il fonctionne autour de 400 eV. Le dernier système cible l’imagerie du petit animal avec des rayons X d’énergie autour de 17 keV. Les deux systèmes sont de table.
Les deux systèmes doivent encore être entièrement testés et améliorés. La caméra basse énergie fonctionne au LOA, près de Paris, tandis que le système haute énergie est installé dans la société Imagine Optic à Bordeaux, en France. L’équipe de LOA est en charge de l’exploitation et de l’amélioration des deux systèmes via un accord de collaboration.
Aujourd’hui, nous utilisons trois logiciels : ceux spécifiquement développés pour les caméras plénoptiques dites focalisées et non focalisées et un logiciel maison intégrant les deux géométries. Ces logiciels sont trop lents et complexes pour générer une image 3D.
Thème de la bourse post-doctorale :
Un poste post-doctoral est ouvert au sein du groupe FLUX pour 18 mois avec possibilité de prolongation. Durant cette période, le post-doctorant sera en charge d’analyser la capacité d’un logiciel de vision industrielle à générer efficacement une image 3D à partir des données plénoptiques brutes. La disparité ainsi que l’apprentissage automatique sont deux options que nous considérons. Le candidat devra choisir une ou plusieurs techniques, la/les mettre en œuvre puis la/les tester sur des images plénoptiques X réelles.
Profil recherché :
Le candidat doit avoir développé de solides compétences informatiques liées à la vision industrielle. Une bonne connaissance de PYTHON est un plus mais pas obligatoire. Le candidat devra être rigoureux et avoir une bonne capacité à travailler en équipe. L’anglais est la langue de travail.
Contact : philippe.zeitoun@ensta.fr
Contexte :
Le Laboratoire d’Optique Appliquée (LOA) développe une nouvelle technique d’imagerie par rayons X 3D, appelée plénoptique, basée sur la combinaison d’une optique principale et d’un capteur de front d’onde. Trois systèmes ont été construits. Le premier était un démonstrateur fonctionnant au synchrotron PETRA III en Allemagne à une énergie de 11 keV. Il est maintenant démonté après avoir produit d’excellents résultats. Une autre caméra est installée et vise à imager des cellules biologiques vivantes. Il fonctionne autour de 400 eV. Le dernier système cible l’imagerie du petit animal avec des rayons X d’énergie autour de 17 keV. Les deux systèmes sont de table.
Les deux systèmes doivent encore être entièrement testés et améliorés. La caméra basse énergie fonctionne au LOA, près de Paris, tandis que le système haute énergie est installé dans la société Imagine Optic à Bordeaux, en France. L’équipe de LOA est en charge de l’exploitation et de l’amélioration des deux systèmes via un accord de collaboration.
Thème de la bourse post-doctorale :
Un poste post-doctoral est ouvert au sein du groupe FLUX pour 18 mois avec possibilité de prolongation. Durant cette période, le post-doctorant sera chargé de finir de paramétrer les deux systèmes, de les tester puis de les optimiser. Dans les deux cas, l’objectif principal consiste à générer des images 3D d’échantillons adéquats en une seule pose. Des échantillons connus comme l’USAF 1951 seront utilisés en premier; nous passerons plus tard aux échantillons biologiques fournis par nos collaborateurs. La mesure de la dose délivrée pour générer une image 3D sera effectuée à chaque étape. Les échantillons les plus intéressants seront imagés par tomodensitométrie à rayons X et les résultats seront comparés à ceux obtenus par plénoptique à rayons X.
Profil recherché :
Le candidat doit avoir une solide expérience en optique ou en utilisant des systèmes optiques complexes. Des connaissances sur les rayons X, les logiciels de conception optique (ZEEMAX, OSLO etc) ou PYTHON sont un plus mais pas obligatoires. Le candidat devra être rigoureux et avoir une bonne capacité à travailler en équipe. L’anglais est la langue de travail.
Contact : philippe.zeitoun@ensta.fr