Thèse Superposition Non-Linéaire d'Ondes de Choc Multiples Application à la Straintronic et Conditions Extrêmes H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Rennes École doctorale : École doctorale Science de la Matière, des Molécules et Matériaux Laboratoire de recherche : INSTITUT DE PHYSIQUE DE RENNES Direction de la thèse : Thomas PEZERIL ORCID 0000-0002-2584-9217 Date limite de candidature : 2026-12-21T00:00:00
Les ondes de choc sont des ondes mécaniques qui véhiculent des pressions extrêmes. Ces ondes de choc sont le centre d'intérêts de nombreux domaines scientifiques allant de la physique des matériaux, à la géologie, la planétologie, la
médecine exploratoire de nouvelles thérapies chirurgicale ... Actuellement, dans la plupart des expériences d'ondes de choc générées par laser, une impulsion laser intense irradie une couche mince d'un matériau absorbant, dont l'ablation
ou la décomposition chimique crée une détente brutale qui induit une onde de choc unique se propageant au sein des différentes strates de l'échantillon d'intérêt. L'échantillon étudié soumis à l'onde de choc, endommagé ou modifié de
façon irréversible, est sondé optiquement afin d'obtenir une mesure dynamique de la réponse optique et mécanique de l'échantillon soumis à une pression et une température transitoire extrêmes.

Suite à un travail collaboratif, nous avons mis au point une technique innovante, basée sur la focalisation acoustique 2D d'ondes de choc générées. L'onde concentrique de départ est, elle, obtenue grâce à la focalisation en anneau du laser qui génère le choc. Cette technique permet d'accroître la pression de l'onde de choc pour une même puissance laser et de visualiser en temps réel la propagation de l'onde de choc dans le plan de l'échantillon. Cette approche ouvre de nouvelles perspectives expérimentales en lien avec le domaine des hautes températures et des hautes pressions pouvant s'appliquer à des matériaux de taille micro- nano- métrique.

Les expériences seront conduites à l'IPR sur des systèmes nanosecondes et sub-picosecondes du point de vue de la génération du choc et sondés par différents moyens expérimentaux tels que la spectroscopie Brillouin résolue en temps,
la génération de seconde harmonique (SHG) etc... Ces travaux sont dans la continuité de la thèse de Valentin Cherruault (ANR Gigaspin) qui a soutenu le 18 décembre 2025.

Le projet de thèse proposé se situe dans le prolongement de ces travaux. Hormis la technique de focalisation 2D que nous souhaitons mettre à profit pour les aspects applicatifs, nous souhaitons travailler sur la transposition de cette
technique à des ondes de choc multiples. L'idée est d'exciter de multiples ondes de choc à différents instants et à différents endroits sur l'échantillon, avec un contrôle spatio-temporel optique de façon à ce que toutes les ondes se
superposent pour ne former qu'une seule onde de choc amplifiée [2]. D'un point de vue applicatif, cette technique multichocs à l'avantage inédit de permettre l'étude de matériaux soumis à des fortes déformations mécaniques et ce,
sans endommagement laser. Il est alors possible d'utiliser les outils de mesures stroboscopiques optiques afin de mesurer finement les effets de la déformation sur les propriétés physique de l'échantillon. En général, ces techniques de mesure ne peuvent jamais être appliquées aux ondes de choc excitées par laser tant le laser intense endommage à chaque tir l'échantillon.
La thèse comportera différentes phases : tout d'abord la mise en place d'une expérience multichocs, puis l'application à l'étude des effets des surpressions transitoires sur des matériaux corrélés (supraconducteurs, magnétiques,
ferroélectriques) connus pour leur sensibilité aux surpressions. Ceci rejoint le domaine de la straintronic. De nombreuses études dans ce domaine ont mis en évidence comment la pression et la déformation peuvent affecter de manière
significative les propriétés supraconductrices, ferroélectriques, magnétiques, d'échantillons massifs ou en couches minces, jusqu'à apparition de la plasticité ou de la fracture. Bien que les effets cinétiques puissent entraîner des
différences marquées par rapport au comportement quasi-statique, l'accent a été principalement mis sur les pressions quasi-statiques, négligeant l'impact de la contrainte dynamique. Le coeur de ce sujet de thèse est donc de combler cette
lacune et d'étudier l'effet dynamique de contraintes gigantesques dans des matériaux corrélés sous forme de couches minces ou exfoliés en 2D (collaboration Jean-Christophe Lebreton, Thomas Jaouen). L'objectif principal de ce projet est
d'établir des méthodologies pour la modification dynamique, la stabilisation et l'optimisation des propriétés électroniques de couches minces, dans le but de développer par exemple des supraconducteurs de nouvelle génération.