détection d’événements répétitifs et application à la crise sismique turque de février 2023
La technique de corrélation, ou template matching, appliquée à la détection et l’analyse des événements sismiques a démontré sa performance et son utilité dans la chaîne de traitements du Centre National de Données du CEA/DAM. Malheureusement, cette méthode souffre en contrepartie de limitations qui bride son efficacité et son utilisation dans l’environnement opérationnel, liées d’une part au coût calcul d’un traitement massif des données, et d’autre part au taux de fausses détections que pourrait engendrer un traitement bas niveau. L’utilisation de méthodes de dé-bruitage en amont du traitement (exemple : deepDenoiser, par Zhu et al., 2020), pourrait de surcroît accroître le nombre de détections erronées. La première partie du projet de recherche consiste à fournir une méthodologie visant à améliorer les performances en temps de traitement du détecteur de multiplets, en faisant notamment appel aux techniques d’indexation de l’information élaborées en collaboration avec le LIPADE (méthode L-MESSI, Botao Peng, Panagiota Fatourou, Themis Palpanas. Fast Data Series Indexing for In-Memory Data. International Journal on Very Large Data Bases (VLDBJ) 2021). La seconde partie du projet porte sur le développement d’un outil de « filtrage » des fausses détections de type auto-encodeur construit par apprentissage statistique. La crise sismique Syrie-Turquie de février 2023, dominée par deux séismes de magnitude supérieure à 7,0, servira de base de données d’apprentissage pour cette étude.
Groupe de renormalisation fonctionnel pour la structure nucléaire
Le noyau de l'atome est l'un des systèmes les plus complexes de la nature : il implique des nucléons (eux-mêmes composés de quarks et gluons) fortement couplés par leurs interactions fortes et électrofaibles et est le siège de divers phénomènes émergeants (déformations, superfluidités, agrégation, ...). La physique de la structure nucléaire cherche à comprendre et prédire comment un nombre arbitraire de protons et neutrons s'auto-organisent et se désorganisent dans le noyau. Parmi les différentes approches théoriques cherchant à répondre à cette question, la méthode de l'Energie Fonctionnelle de la Densité (EDF), proche (mais pas identique) de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), offre actuellement le meilleur compromis entre robustesse de la description des propriétés nucléaires et coût numérique. Toutefois, la méthode EDF, dans sa formulation standard, comporte des ingrédients phénoménologiques nuisant à son caractère prédictif.
L'objectif de ce post-doctorat consiste à formuler la méthode EDF à partir de principes premiers, afin de disposer d'une approche théorique présentant une fiabilité maximale tout en possédant une complexité numérique suffisamment favorable pour l'appliquer à la description de tous les noyaux, indépendamment du nombre de nucléons qu'ils comportent. Les travaux précédents de l'équipe d'accueil ont permis d'identifier le langage théorique le plus adapté à une reformulation non empirique de la méthode EDF : celui du groupe de renormalisation fonctionnel (FRG), permettant d’interpoler graduellement et non perturbativement entre les lois gouvernant un système aux échelles microscopiques (UV) et celles régissant l’émergence de comportements collectifs à plus faible résolution (IR).
Le présent projet vise à formuler à partir de premiers principes la méthode EDF via le FRG.
Conception de filtres de réception assistée par machine learning
Le CEA réalise des essais en vol d'objets spatiaux munis d'antennes pour réaliser des fonctions spécifiques relatives aux expérimentations embarquées sur les objets. Ces objets conçus par le CEA doivent fonctionner dans des environnements électriques, mécaniques et climatiques sévères ce qui demande un recours à des conceptions utilisant des technologies particulières, parfois en rupture. En particulier, la fonction de filtrage RF en réception nécessite des composants robustes mécaniquement et d'encombrement réduit tout en assurant des performances électriques exigeantes. La technologie SIW (Substrate Integrated Waveguide) permet d'accéder à tel compromis.
L'évolution des techniques de fabrication additive a rendu la fabrication de composants en technologie SIW de plus en plus accessible. Le SIW consiste à réaliser un guide d'onde électromagnétique au sein d'un substrat de circuit imprimé radiofréquence (RF). Cela permet de profiter des avantages liés à la propagation en guide d'onde volumique (faibles pertes notamment) sans compromettre l'intégration circuit. La conception de guides d'ondes SIW et de composants dérivés (comme les filtres à cavités) est cependant plus complexe du fait d'un plus grand nombre de variables physiques mises en jeu dans les modèles électromagnétiques. Un stage de fin d'études de 6 mois ayant abouti à la mise au point de méthodes de conception de filtres SIW a permis de mettre en exergue les difficultés liées à la conception de composants en SIW. Parmi les difficultés rencontrées, les couplages non-triviaux entre certaines variables de conception ont été mentionnés, et c'est précisément dans ce type de situation qu'il peut être intéressant d'évaluer l'apport de méthodes issues du domaine de l'IA. Ce contrat post-doctoral propose ainsi de concevoir des outils d'aide à la conception de filtres en technologie SIW basés sur l'entraînement de réseaux de neurones artificiels (Artificial Neural Network - ANN).
Caractérisation d'écoulements réactionnels sur hydrures de palladium
Le stockage et la mise en œuvre des isotopes de l'hydrogène est une brique technologique cruciale au développement de la fusion thermonucléaires contrôlée. A ce titre, le palladium, matériau de référence pour le stockage d'hydrogène, permet d'étudier en amont les phénomènes physico-chimiques avant leur application industrielle. Le CEA dispose d'atouts majeurs concernant les technologies hydrogène (piles à combustible, stockage, électrolyse) et est acteur de référence de la recherche employant les isotopes de l'hydrogène (deutérium et tritium) pour des applications de fusion.
Le post-doctorat vise à étudier la dynamique d'écoulements réactionnels au sein d'une colonne contenant de la poudre de palladium et soumis à un flux gazeux d'hydrogène ou de deutérium. Cet écoulement réactionnel fait intervenir la cinétique des réactions solide/gaz, de la mécanique des fluides au sein d'un milieu granulaire, des phénomènes thermiques transitoires et nécessite une parfaite maitrise des conditions expérimentales et des instrumentations associées. Le laboratoire dispose de plusieurs bancs d'étude permettant de faire varier les paramètres d'intérêt (débits, pressions, températures, isotopie, granulométrie de la poudre, porosité du lit de palladium...) tout en étant couplé à des moyens d'analyse en ligne (sonde Raman) ou hors ligne (Mass Spectrometry, MS). Le couplage du banc d'étude avec un nouveau moyen d'analyse en ligne à haute résolution temporelle (HRMS) est un des objectifs majeurs de cette étude.
Evolution des codes ISAAC et Xpn pour une extension de la méthode QRPA au traitement complet des noyaux impairs ; vers une base de données sans interpolation pour les noyaux impairs
Le traitement explicite des noyaux à isospin impair dans les approches microscopiques se limite pour l’instant à l’approximation dite du « blocking ». Dans l’approche Hartree-Fock Bogolyubov (HFB), l’état fondamental d’un noyau de masse impaire est décrit comme une excitation à une quasi-particule (qp) sur son vide de référence. Ainsi, dans l’approche QRPA, où les excitations de base sont des états «?à 2 quasi-particules?», la qp bloquée est exclue de l’espace de valence en vertu du principe d’exclusion de Pauli?; principe applicable aux quasi-particules qui sont des fermions. En conséquence, la qp choisie est spectatrice et ne participe pas aux états collectifs QRPA. Certains niveaux où le nucléon célibataire devrait avoir une contribution significative seront alors soit mal, soit pas du tout, reproduits. La mise au point dans les codes QRPA (ISAAC et Xpn) d’une procédure qui permette à tous les nucléons de participer aux états collectifs est donc d’importance capitale pour une description microscopique des noyaux impairs, préférable à une simple interpolation entre noyaux pairs. De plus, des développements récents de Xpn ont permis la description des décroissances ß- premières interdites, ce qui améliore l’estimation de temps de demi-vie des fragments de fission. Ceci pourrait être étendu afin de traiter également les décroissances ß+ et les captures électroniques. Couplée avec un meilleur traitement des noyaux impairs, cette approche pourrait être adaptée aux calculs à grandes échelles, utiles également pour l’astrophysique nucléaire.
Plasticité cristalline en Dynamique Moléculaire classique et passage à l'échelle mésoscopique
Grâce aux nouvelles architectures des supercalculateurs, les simulations de dynamique moléculaire classique (DM) entreront bientôt dans le domaine du millier de milliard d’atomes, jamais atteint jusque là, devenant ainsi capables de représenter la plasticité des métaux à l’échelle du micron. Pour autant, de telles simulations génèrent une quantité considérable de données et la difficulté réside désormais dans leur exploitation, afin d'en extraire les ingrédients statistiques pertinents pour l’échelle de la plasticité « mésoscopique » (échelle des modèles continus).
L'évolution d'un matériau est complexe car elle dépend de lignes de défauts cristallins très étendues (les dislocations) dont l’évolution est régie par de nombreux mécanismes. Afin d'alimenter les modèles aux échelles supérieures, les grandeurs à extraire sont les vitesses et la longueur des dislocations, ainsi que leur évolution au cours du temps. L’extraction de ces données peut se faire par des techniques d'analyse spécifique basées sur la caractérisation de l'environnement local ('distortion score', 'local deformation'), a posteriori ou in situ au cours de la simulation. Enfin, les outils du machine learning peuvent intervenir afin d’analyser la statistique obtenue et d’en extraire et synthétiser (par réduction de modèle) une description minimale de la plasticité pour les modèles aux échelles supérieures.
Conception d'une chaîne de radiographie par contraste de phase à haute énergie
Dans le cadre d’expériences d’hydrodynamique réalisées au CEA-DAM, le laboratoire cherche à radiographier en imagerie X impulsionnelle des objets épais (plusieurs dizaines de mm), constitués de matériaux peu denses (de l'ordre de 1 g/cm3), à l'intérieur desquels se propagent des ondes de choc à des vitesses très élevées (plusieurs milliers de m/s). Pour ce type d'application, il est nécessaire d'utiliser des sources de rayons X énergétiques (au-delà de 100 keV). L’imagerie par rayons X conventionnelle, qui fournit un contraste lié à des variations de sections efficaces d’absorption, s’avère insuffisante pour capter les faibles variations de densité attendues lors du passage de l'onde de choc. Une étude théorique menée récemment au laboratoire a montré que l'exploitation complémentaire de l’information contenue dans la phase du rayonnement X devrait permettre une meilleure détectabilité. L'objectif du post-doctorat est d'apporter une preuve de concept expérimentale à cette étude théorique. Pour une plus grande facilité de mise en œuvre, le travail portera principalement sur le dimensionnement d'une chaîne de radiographie statique, où la cible est immobile et la source émet un rayonnement X continu.
Dans un premier temps, le(a) candidat(e) devra caractériser finement le spectre de la source de rayons X retenue ainsi que la réponse du détecteur associé. Dans un second temps, il (elle) s'attachera à concevoir et faire fabriquer les réseaux d'interférences adaptés à la mesure de phase haute énergie, ainsi qu’une maquette représentative des futurs objets en mouvement à caractériser. Enfin, l'étudiant(e) réalisera des mesures radiographiques qu'il (elle) comparera aux simulations prévisionnelles. Il est souhaitable que l'étudiant(e) ait de bonnes connaissances dans le domaine de l’interaction rayonnement matière et/ou en optique physique et géométrique. La maîtrise de la programmation orientée objet et/ou des langages Python et C++ serait un plus.
Fusion de modèles 3D issus d’imagerie optique et radar
L’imagerie satellitaire et aérienne permet de reconstruire des modèles 3D de la surface terrestre. Pour cela, l’imagerie optique exploite la photogrammétrie à partir d’acquisitions stéréoscopiques, tandis que l’imagerie radar utilise la technique d’interférométrie. Ces deux techniques sont complémentaires. L’imagerie radar permet d’avoir une reconstruction détaillée d’objets métalliques fins tels que des pylônes. L’imagerie optique est généralement plus robuste mais la reconstruction nécessite des contraintes de régularisation qui impliquent le lissage de tels éléments. Un des objectifs du post-doctorat est de détecter de tels objets.
Il s’agira d’exploiter la complémentarité des nuages de points 3D issus de l’imagerie optique satellitaire et radar satellitaire et aéroportée afin d’obtenir un produit 3D incorporant à la fois des éléments détectables principalement par imagerie radar et une reconstruction 3D issue de l’imagerie optique.
Le post-doctorat commencera par une phase bibliographique sur les techniques de restitution 3D par imagerie optique et radar et sur celles de fusion de nuages de points. Différentes chaînes de restitution 3D par imagerie optique et radar seront utilisées sur des données satellitaires et aéroportées. Un algorithme de recalage précis des nuages de points devra être développé ainsi qu’une méthode de fusion de ces nuages, qui permettra de détecter les points reconstruits par imagerie radar uniquement. Pour cette étape, des techniques de Deep Learning sont envisageables. Les résultats obtenus seront comparés à des données 3D très haute résolution issues de campagnes Lidar afin de quantifier les performances de l’algorithme proposé.
Ce post-doctorat se fera dans le cadre d’une collaboration entre le CEA-DAM et le département DEMR de l’Onera, au sein de laboratoires spécialisés en traitement d’images satellitaires et radar.
Modélisation de l’interaction laser-matière pour la simulation des impacts hypervéloces
Les impacts hypervéloces (IHV) constituent un enjeu important pour diverses applications aérospatiales, géophysique ou de protection de grandes installations laser telles que le Laser MégaJoule. Dans ces applications, les vitesses d’impact peuvent aller de quelques km/s à quelques dizaines de km/s. En-dessous de 10 km/s, les canons à gaz ou à poudre permettent de lancer des projectiles à des vitesses représentatives. Pour les vitesses les plus élevées (10 à 50 km/s), l’utilisation de chocs créés par laser est une alternative intéressante.
Toutefois, l'analogie entre IHV et chocs laser repose sur une bonne modélisation des mécanismes d’interaction laser matière, et notamment des effets 2D qui affectent le champ de pression à la surface de la cible.
L'objectif de ce stage postdoctoral est d'étudier l’interaction laser matière avec les outils numériques développés au CEA, notamment le code 1D Esther et le code 2D/3D Troll. Les simulations seront validées par comparaison à des données expérimentales et serviront ensuite à mener des études paramétriques sur les profils spatial et temporel du faisceau laser.
Analyse de la stabilité des pentes de l’atoll de Mururoa par approche probabiliste et construction d’une base de données pondérée de modélisations de tsunamis d’origine gravitaire sur la région niçoise
L’objet principal du post-doctorat est de réaliser une analyse de stabilité des pentes 2D et 3D sur la zone Nord-Est de Mururoa, incluant un aspect probabiliste (code SAMU_3D ; Leynaud & Sultan, 2010) afin de considérer l’effet de la variabilité des paramètres sédimentaires et incertitudes associées (résistance au cisaillement non drainé et poids unitaire) sur la possibilité effective d’un glissement. Différentes loupes de glissement potentielles avec un facteur de sécurité seront définies (géométrie, volume), qui viendront alimenter la simulation tsunami. Un second volet concerne l’évaluation de l’impact potentiel en termes d’inondation de tsunamis d’origine gravitaire sur la région très instrumentée au large de Nice, à partir de modélisations. Cette deuxième thématique, qui sera réalisée sur un temps plus court, offrira au post-doctorant une possibilité de valoriser ses travaux à l’international.