Modélisation multi-échelle de l’émission d’ions de terres rares à partir de liquides ioniques sous champ électrique intense
L’objectif principal de cette thèse est de modéliser les mécanismes d’émission d’ions de terres rares à partir de liquides ioniques soumis à un champ électrique intense, afin d’identifier les conditions favorables à l’émission d’ions faiblement complexés.
Il s'agira d’établir des critères rationnels pour la conception de nouvelles sources ILIS adaptées à l’implantation localisée de terres rares dans des dispositifs photoniques.
Le travail de thèse s’appuiera sur des simulations de dynamique moléculaire à grande échelle, reproduisant la région d’émission d’un cône de Taylor sous champ électrique.
Les simulations seront confrontées aux expériences d’émission menées en parallèle dans le groupe SIMUL en collaboration avec Orsay Physics TESCAN, utilisant une source ILIS prototype dopée en terres rares. Les comparaisons des mesures (spectrométrie de masse, distribution énergétique) permettront d’ajuster les modèles et de valider les mécanismes proposés.
Révéler la structure d’un substrat dans le site actif d’une protéine kinase activée par les mitogènes
Les protéines kinases activées par les mitogènes (MAPK) sont des enzymes de signalisation clés qui régulent les réponses cellulaires au stress en phosphorylant des substrats protéiques spécifiques. Leur dérégulation contribue à de nombreuses maladies telles que les cancers et les troubles neurodégénératifs. Bien que les mécanismes d’activation et de catalyse des MAPK soient bien caractérisés, les bases structurales de leur spécificité de substrats demeurent inconnues. Ce projet vise à pallier ce manque de connaissances en déterminant des structures à résolution atomique de substrats liés au site actif de la kinase JNK1. Pour atteindre cet objectif, nous utiliserons la cristallographie aux rayons X combinée à des méthodes innovantes de résonance magnétique nucléaire (RMN), intégrant un marquage isotopique sélectif des groupements méthyles et une catalyse photoactivable. En élucidant les détails structuraux de la reconnaissance des substrats par le site actif de JNK1, ce travail ouvrira des perspectives pour le développement de nouveaux inhibiteurs compétitifs des MAPK, dotés d’une sélectivité et d’un potentiel thérapeutique accrus.
Du détecteur à la découverte : construire le trajectographe interne d’ATLAS et explorer la physique du boson de Higgs au HL-LHC
Ce sujet de thèse combine un volet instrumental et un volet d’analyse physique lié à la physique du boson de Higgs au LHC. Il porte à la fois sur la construction et la mise en service du nouveau trajectographe de l’expérience ATLAS (ITk) et sur l’étude de la sensibilité d’ATLAS, durant la phase à haute luminosité du LHC (HL-LHC), à des processus clés mettant en jeu les couplages du boson de Higgs, fortement dépendants des performances de l’ITk. Le candidat participera au développement, à l’exploitation et à l’optimisation des bancs de test pour les modules à pixels ITk au CEA. Le CEA, en collaboration avec deux autres laboratoires de la région parisienne, est responsable de l’assemblage et des tests d’environ 20 % des modules à pixels de l’ITk. L’étudiant contribuera également à la mise en service du détecteur au CERN. Parallèlement, le doctorant mènera une analyse de physique visant à étudier la sensibilité des données d’ATLAS aux interactions entre le boson de Higgs et le quark top lors de la phase HL-LHC. Cela inclura notamment une analyse de la violation de CP dans le canal ttH, ainsi qu’une étude de la production tH, un processus particulièrement sensible aux couplages Higgs–top et Higgs–W. Les deux premières années de thèse seront basée au CEA Saclay, tandis que la dernière année sera basée au CERN.
Découverte guidée par V-SYNTHES d’inhibiteurs des bromodomaines BET : une nouvelle stratégie antifongique cilbant Candida auris
De nouvelles stratégies antifongiques sont aujourd’hui indispensables pour lutter contre Candida auris, un « superchampignon » émergent multirésistant, à l'origine d’épidémies nosocomiales sévères et d’infections à taux de mortalité élevé. Nos études de preuve de concept réalisées sur Candida albicans et Candida glabrata ont démontré que les bromodomaines BET fongiques – des modules de liaison à la chromatine reconnaissant les histones acétylées – constituent de nouvelles cibles antifongiques prometteuses. Nous avons mis au point un ensemble d’outils moléculaires et cellulaires pour accélérer la découverte d’inhibiteurs des bromodomaines BET fongiques, comprenant des essais FRET pour le criblage de composés, des souches de Candida humanisées pour la validation de la spécificité de cible, ainsi que des tests NanoBiT permettant de suivre directement l’inhibition des bromodomaines BET dans des cellules fongiques.
Ce projet de thèse marque la prochaine étape translationnelle de notre programme de recherche. Il exploitera l’approche V-SYNTHES, une stratégie innovante de découverte et de conception de nouvelles molécules thérapeutiques guidée par l'IA, afin de développer des inhibiteurs BET hautement puissants ciblant C. auris. Ces inhibiteurs seront caractérisés par des analyses biophysiques, biochimiques et cellulaires, étudiés en co-cristallographie avec leurs bromodomaines cibles, puis validés pour leur activité spécifique dans C. auris ainsi que pour leur efficacité antifongique dans des modèles animaux d’infection. Ils serviront également à explorer les mécanismes d’émergence de la résistance aux inhibiteurs BET. Ce projet allie une stratégie antifongique originale à une approche méthodologique innovante, offrant un cadre de formation unique à la recherche interdisciplinaire et translationnelle.
Supraconducteurs triplets : du couplage spin-orbite faible au couplage spin-orbite fort
Depuis les années 1980, plusieurs supraconducteurs non conventionnels ont été découverts, certains présentant un appariement triplet (spin total S=1) pouvant donner lieu à des propriétés topologiques intéressantes. Contrairement aux supraconducteurs singulets, leur paramètre d’ordre est un vecteur dépendant des composantes du spin (S_z=-1,0,1) et est fortement influencé par la symétrie cristalline et le couplage spin-orbite (SO).
La thèse vise à étudier la transition entre faible et fort couplage spin-orbite dans un supraconducteur triplet, en s’appuyant sur un modèle multibande minimal inspiré du matériau CdRh2As3, où une phase triplet induite par champ a été récemment observée. Cette recherche permettra de calculer la susceptibilité dynamique de spin et d’identifier d’éventuelles résonances de spin collectives, analogues à celles du superfluide He3.
Le travail reposera principalement sur des outils analytiques de théorie des champs appliqués à la matière condensée. Le projet s’adresse à des candidats ayant une solide formation en mécanique quantique, physique statistique et physique du solide.
Cosmologie avec la forêt Lyman-alpha du grand relevé cosmologique DESI.
La distribution de matière à grande échelle dans l'univers est utilisée pour tester nos modèles cosmologiques. On utilise pour cela avant tout les oscillations acoustiques de baryons (BAO) mesurée dans la fonction de corrélation à deux points de cette distribution. Cependant l'ensemble du champ de matière contient des informations à diverses échelles, qui permettent de mieux contraindre nos modèles que le BAO seul. A redshift z > 2, la meilleure sonde de cette distribution de matière est la forêt Lyman-alpha, un ensemble de raies d'absorption mesurées dans les spectres de sources lointaines. Le grand relevé spectroscopique DESI a collecté environ un million de ces spectres. Avec un lot partiel de données "DR2", nous avons déjà mesuré le BAO avec une précision de 0.7%, contraignant ainsi fortement le taux d'expansion de l'univers au cours des premiers milliards d'années de son évolution.
Le but de cette thèse est d'exploiter l'ensemble complet des données Lyman-alpha à grande échelle de DESI pour obtenir les meilleures contraintes possibles sur les modèles cosmologiques. Pour cela, dans une première étape l'étudiant appliquera pour la première fois une méthode dite de reconstruction, qui permet d'améliorer la précision de la mesure du BAO, en exploitant l'information du champ de densité de matière. Dans la suite de sa thèse, en lien avec des efforts similaires menés dans notre groupe avec les galaxies de DESI, il implémentera une nouvelle méthode dite de simulation-based inference: dans cette approche l'ensemble du champ de matière est utilisé directement pour estimer les paramètres cosmologiques en particulier l'énergie noire. L'étudiant apportera ainsi une pierre importante aux mesures cosmologiques finales de DESI avec le Lyman-alpha.
Cette thèse sera de préférence précédée d'un stage.
Estimation impartiale du cisaillement pour Euclid avec modélisation automatiquement différentiable et accélérée par GPU
Le projet de thèse porte sur la mesure sans biais du cisaillement gravitationnel faible, un effet dû à la déviation de la lumière des galaxies par la matière présente sur la ligne de visée. Cette technique est essentielle pour étudier la matière noire, l’énergie noire et la gravité, et constitue un pilier de la mission spatiale Euclid, lancée en 2023. Les méthodes classiques de mesure des formes de galaxies introduisent des biais systématiques dans l’estimation du cisaillement. L’objectif de cette thèse est de développer une approche innovante de modélisation directe permettant d’inférer le cisaillement sans passer par la mesure de forme, en simulant des images de galaxies réalistes à l’aide d’architectures d’apprentissage profond. Le doctorant participera à l’adaptation de cette méthode aux données réelles d’Euclid, en intégrant la complexité du système de traitement des données (SGS) et en optimisant le calcul sur GPU et supercalculateurs. Ce travail s’inscrit dans un contexte très dynamique, coïncidant avec la première diffusion publique des données d’Euclid prévue pour 2026. Les résultats attendus sont une estimation du cisaillement plus précise et robuste, ouvrant la voie à des analyses cosmologiques de nouvelle génération.
Méthodes avancées d'imagerie de diffusion par blocs pour l'étude du développement cérébral fœtal à l'échelle mésoscopique
La seconde moitié de la grossesse est une période extrêmement riche pour le développement cérébral, au cours de laquelle se déroulent des processus clés tels que la neurogenèse, la migration neuronale et la croissance axonale ; des structures transitoires se forment et disparaissent, tandis que le volume cérébral est multiplié par plus de dix. Une technique d'imagerie ex vivo par blocs récemment mise au point à NeuroSpin nous permet d'apporter un regard nouveau sur les tissus cérébraux en développement, en tirant parti de l'IRM à ultra haut champ (11,7 teslas) pour acquérir des images sans précédent de l'ensemble du cerveau à une résolution mésoscopique (100 à 200 µm 3D isotrope) . Les données acquises sont hautement multiparamétriques, comprenant une cartographie quantitative T1, T2 et T2*, ainsi qu'une imagerie pondérée en diffusion à haute résolution angulaire et à plusieurs pondérations (b = 1500, 4500, 8000 s/mm² avec respectivement 25, 60 et 90 directions) à une résolution isotrope de 200 µm.
Afin d'atteindre un tel niveau de détail, un scanner à petit diamètre (diamètre utile de 5 cm) est utilisé pour des acquisitions de longue durée (150 heures par champ de vue). Les cerveaux de plus de 20 semaines de gestation sont trop volumineux et sont donc sectionnés en blocs dont la taille est compatible avec le scanner. Les images des blocs sont recalées à l'aide d'un protocole semi-automatique dédié, puis fusionnées pour reconstruire un ensemble d'images du cerveau entier. Bien que ce protocole nous ait permis d'obtenir des images de bonne qualité sur plusieurs spécimens de cerveaux fœtaux (3 publiés, 3 autres cerveaux en cours à fin 2025), les données d'imagerie de diffusion n’ont pas été complètement analysées : en effet, la nature par blocs des acquisitions pose des défis uniques, notamment en raison de la discontinuité à la frontière entre les blocs, mais aussi des déformations non linéaires des images et de la non-linéarité des gradients de champ magnétique.
Le (la) doctorant(e) sera accueilli(e) au sein de l'équipe inDEV (imagerie des phénotypes neurodéveloppementaux) en étroite collaboration (co-supervision) avec l'équipe Ginkgo, qui est experte dans les méthodes d'imagerie de diffusion et a mis au point la technique d'acquisition par blocs sur un cerveau adulte appelé Chenonceau. Le sujet se situe à l'interface entre l'imagerie, l'algorithmique, et les neurosciences du développement : le travail proposé comprendra le développement et l'évaluation comparative de nouvelles méthodes de traitement dédiées à l’IRM de diffusion par blocs afin d'obtenir une tractographie de haute qualité et d'ajuster des modèles microstructurels de diffusion. Il comprendra également une partie expérimentale, avec une participation à l'acquisition et à la reconstruction de nouveaux cerveaux, à la fois des spécimens typiques et des spécimens pathologiques présentant une agénésie du corps calleux. Enfin, le (la) candidat(e) explorera les applications neuroscientifiques de ce jeu de données sans précédent, qui présente un potentiel exceptionnel pour décrire des processus tels que le développement des voies sous-corticales et des faisceaux associatifs, et pour devenir le premier atlas du cerveau fœtal en développement incluant l’architecture des fibres à l'échelle mésoscopique.
Analyse spectro-temporelle de l'émission rémanente des sursaut gamma cosmiques détectés avec SVOM
Les sursauts gamma cosmiques (Gamma-Ray Bursts, GRBs) sont les explosions les plus puissantes de l'Univers. Ils durent quelques dizaines de secondes et émettent autant d'énergie que le Soleil pendant toute sa durée de vie. Leur émission en rayons gamma est suivie d'une émission de longue durée (de quelques heures à plusieurs jours) allant des rayons X à la bande radio. Cette émission « rémanente » est riche en informations sur l'environnement proche du GRB et sur la galaxie hôte. SVOM (Space based astronomical Variable Object Monitor) est une mission sino-française dédiée à l'étude des GRB, qui a été lancée avec succès en juin 2024. Elle embarque une charge utile multi-longueurs d'onde couvrant les rayons gamma/rayons X/optiques et comprend deux télescopes robotiques terrestres dédiés au Mexique et en Chine.
Le projet de doctorat est axé sur l'exploitation des données SVOM pour les GRB. Le candidat retenu rejoindra l'équipe scientifique MXT au DAp. MXT est un nouveau type de télescope à rayons X, dont le DAp est responsable et dont le centre d'instrumentation est également hébergé au DAp.
Le doctorant participera activement à l'analyse spectrale et temporelle des données MXT. Ces données seront comparées
aux autres données acquises par la collaboration SVOM, en particulier dans les domaines optique et infrarouge.
Cet ensemble de données sera utilisé comme support à l'interprétation physique des sursauts gamma. Plus précisément, les aspects liés à la modélisation de l'injection d'énergie dans les premières phases de la rémanence seront utilisés pour déterminer la nature de l'objet compact à l'origine du flux relativiste, générant l'émission électromagnétique observée.
Estimation du bruit neutronique stochastique à l’aide d’une approche numérique de simulation d’événements rares. Application au suivi de la réactivité de systèmes nucléaires.
Ce sujet de thèse vise à développer une méthode innovante permettant de caractériser la réactivité de systèmes fissiles à partir de l’analyse de leurs fluctuations stochastiques (bruit neutronique à zéro puissance). Dans un milieu fissile sous-critique, les neutrons issus de fissions spontanées peuvent initier des réactions en chaîne plus ou moins courtes et aléatoires, générant un signal fluctuant. Ce bruit porte une information essentielle sur la distance du système étudié à la criticité, paramètre déterminant pour la sûreté des installations nucléaires (prévention de différents accidents de sûreté-criticité) et pour la détection de matières fissiles non déclarées (sécurité et non-prolifération de matières nucléaires).
Les approches théoriques existantes pour déduire la réactivité d'un système à partir du bruit neutronique sont en effet limitées aux situations idéalisées et deviennent inadaptées dans des configurations réalistes, en particulier lorsque le système est fortement sous critique ou lorsqu’il existe des incertitudes fortes sur sa géométrie ou sa composition (cas des coriums de Fukushima Daiichi ou du stockage de combustibles irradiés). Recourir à des simulations Monte Carlo constitue alors une alternative naturelle, mais ces simulations nécessitent la mise en oeuvre de méthodes de réduction de variance qui ne peuvent préserver correctement les fluctuations stochastiques.
La thèse propose d’adresser ce verrou scientifique en adaptant une méthode de réduction de variance relativement récente dite Adaptive Multilevel Splitting (AMS), utilisée pour explorer efficacement des événements rares tout en conservant leurs propriétés statistiques. L’objectif est d’étendre cette méthode au cas du transport neutronique dans des milieux reproducteurs et d’en faire un outil capable de simuler fidèlement les corrélations temporelles caractéristiques du bruit neutronique. Après développement théorique, l’algorithme sera implémenté dans Geant4, puis comparé à des solutions analytiques et validé expérimentalement via des mesures in situ (utilisant des sources de neutron ou auprès de réacteur). À terme, ce travail pourra ouvrir sur des applications directes en surveillance nucléaire, diagnostic de sûreté et physique des détecteurs, mais présente également des perspectives en physique fondamentale et en physique médicale.