Post-doctorant lignes de lumière PSICHE et ANATOMIX (Tomographie et Imagerie)

SOLEIL est le centre français de rayonnement synchrotron, situé sur le plateau de Saclay près de Paris. Il s’agit d’un instrument pluridisciplinaire et d’un laboratoire de recherche, ayant pour mission de conduire des programmes de recherche en utilisant le rayonnement synchrotron, de développer une instrumentation de pointe sur les lignes de lumière et de mettre celles-ci à la disposition de la communauté scientifique. Le synchrotron SOLEIL, outil unique à la fois en matière de recherche académique et d’applications industrielles, a ouvert en 2008. Il est utilisé annuellement par plusieurs milliers de chercheurs français et étrangers, à travers un large éventail de disciplines telles que la physique, la biologie, la chimie, l’astrophysique, l’environnement, les sciences de la terre, etc. SOLEIL s’appuie sur une source de rayonnement remarquable à la fois en termes de brillance et de stabilité. Cette Très Grande Infrastructure de Recherche (TGIR), partenaire de l’Université Paris-Saclay, est constituée en société « civile » fondée conjointement par le CNRS et le CEA.

SOLEIL est partenaire dans le projet Franco-Allemand AIQuAM3D. Ce projet a pour objectif l’application de l’intelligence artificiel (IA) à la fabrication additive par fusion sélective par laser (laser-powder bed fusion, L-PBF en anglais). À SOLEIL, la microtomographie permettra de caractériser les défauts dans des composants fabriqués par L-PBF.  Nous développerons des logiciels pour analyser ces données en temps réel, utilisant des algorithmes conventionnels ou de l’IA pour optimiser les résultats. L’analyse renseignera sur les caractéristiques des défauts (tailles, positions, types …) mais également permettra un retour sur le comportement de l’instrument (identifier des problèmes d’alignement, rapport de signal sur bruit, contraste, résolution spatial…)

Synchrotron SOLEIL souhaite recruter un.e post-doctorant.e issu.e de la science des matériaux et/ou informatique pour le projet AIQuAM3D.  Le poste sera situé sur les lignes de lumière ANATOMIX et PSICHÉ.  La prise de poste commencera en juin 2024 et pour une durée de 24 mois.

ANATOMIX (Advanced Nanotomography and Imaging with Coherent X-rays) est une ligne de lumière dédiée à la tomographie aux rayons X, à l'échelle micro- et nanométrique, en contraste d'absorption et contraste de phase. Elle fonctionne dans une gamme d'énergies photoniques comprise entre 5 et 50 keV et permet à ses utilisateurs d'obtenir des images radiographiques en deux et trois dimensions d'échantillons de taille macroscopique, allant jusqu'à plusieurs centimètres d'épaisseur. Pour des échantillons plus petits, la résolution spatiale atteint les 50 nm (correspondant à une taille du pixel de 20 nm). Des études en temps réel sont possibles, à des vitesses d'acquisition de données qui vont actuellement jusqu'à un scan tomographique par seconde. Des vitesses plus élevées d'acquisition sont en cours de développement, ainsi nous avons déjà pu effectuer des séries d'acquisitions à 20 volumes par seconde (50 ms par scan).

La ligne de lumière PSICHÉ (Pression, Structure et Imagerie par Contraste à Haute Énergie) est dédiée à la diffraction des rayons X sous conditions extrêmes (pression-température) et à la tomographie à haute énergie, sous conditions ambiantes et extrêmes. La source est un wiggler sous vide qui est utilisé pour produire un large éventail de modes de faisceau, que ce soit un large faisceau blanc/rose parallèle ou un microfaisceau monochromatique. La ligne de lumière dispose de deux cabanes expérimentales, une dédiée au faisceau blanc/rose (gamme d’énergie : 15-100+ keV) et une autre pour le faisceau monochromatique (20-50 keV). L’imagerie peut se faire dans les deux modes en fonction des besoins de l’expérience.

Pour les deux lignes de lumière, le gamme des applications scientifiques est très large: De la biologie et paléontologie aux Sciences des matériaux, la physique des hautes pressions et la géophysique.
 

Mission

Le/la postdoctorant.e travaillera sur les lignes ANATOMIX et PSICHÉ sous la responsabilité de Andrew King (scientifique de PSICHÉ, coordinateur d’imagerie) et Timm Weitkamp (responsable de la ligne ANATOMIX).

Il/elle participera au programme d’accueil des utilisateurs (pour la tomographie X et les Sciences des matériaux) et sera impliqué.e dans les activités scientifiques, techniques et méthodologiques des lignes de lumière, y compris à la préparation des instruments pour des expériences, l’assistance aux utilisateurs durant leurs expériences, l’acquisition et l’analyse des données si nécessaire. 

Il/elle développera le programme de recherche d’AIQuAM3D (voir section suivante). Il/elle aura accès au temps de faisceau réservé aux équipes des lignes et devra soumettre des projets d’expériences aux comités des programmes de recherche de SOLEIL.  

Responsabilités et tâches

Le/la post doctorant.e travaillera sur deux sujets principaux:

• La caractérisation des défauts dans d'échantillons préparés par fabrication additive.

La fusion sélective par laser sur lit de poudre est le procédé de fabrication additive le plus mature et développé dans l’industrie, il y a plus que 50 paramètres d’ajustement qui peuvent modifier la qualité des pièces. Malgré un effort scientifique considérable, ce n’est toujours pas possible de simuler le procédé de L-PBF, ce qui rend l’inspection des pièces encore plus critique, surtout pour des applications ou la sécurité est primordiale, comme dans l’aérospatial, l’automobile, ou le médical.  Pour cette raison, nous avons besoin de la microtomographie, seule technique permettant des mesures locales de densité, de manière non-destructive, rapide et économique. Dans ce projet un modèle IA sera développé pour corréler des données multiples générées pendant la fabrication L-PBF avec des défauts mesurés par microtomographie.  Le but ultime sera de créer un modèle embarqué, pour la prédiction des défauts en temps réels dans un système L-PBF et sa validation.  Le/la post-doctorant.e contribuera à ce projet par les mesures de microtomographie des éprouvettes, issues de la fabrication additive.

• Le développement des outils informatiques, pour la reconstruction et l'analyse des données tomographiques en temps réel.

La microtomographie est utilisée comme outil pour l’analyse de morphologie 3D des matériaux dans la recherche et développement industriel et pour le contrôle non-destructif.  La microtomographie au rayonnement synchrotron est capable de faire des acquisitions très rapides à haute résolution spatiale, pour des expériences in-situ ou pour traiter un grand nombre d’échantillons, dans une série de mesure de courte durée.  Malgré ces points forts, la tomographie au rayonnement synchrotron reste principalement un outil de recherche.  Une des contraintes est le délai, entre la conception d’une expérience et l’obtention des résultats finaux.  Cela est en partie dû à la quantité des données produites : il est possible de mesurer bien plus que dix images 3D par heure, qui peut correspondre à plus que 1TO de données. De plus, l’accès aux synchrotrons est plus restreint par rapport aux instruments conventionnels. Les mesures doivent être prévues avec des semaines ou des mois d’anticipation et les attributions de temps de faisceau sont courtes, ce qui exige un planning et une exécution très précise.  En conséquence, un problème lors d’une acquisition, dû a une défiance technique ou une erreur, peut mettre en cause la réussite de toute une série de mesures. Pour assurer une utilisation efficace du temps de faisceau synchrotron pour des mesures rapides, une analyse des données en temps réel ou un contrôle de la qualité des acquisitions seraient très bénéfiques. Dans ce projet, des outils informatiques (algorithmes conventionnels et avec l’IA) seront développés pour automatiser l’analyse de données et le contrôle de la qualité des données acquises.

Formation et Expérience

Le/la candidate sera titulaire d’un doctorat en mécanique des matériaux, physique appliquée aux Sciences des matériaux ou équivalent.  Il/elle aura de l’expérience en tomographie.  Il/elle aura des compétences dans le traitement des images 2D ou 3D avec Python ou un autre langage et une connaissance de modélisation IA.

Le/la post-doctorant.e va rejoindre une équipe pluridisciplinaire, enthousiaste et en croissance, qui bénéficie de plusieurs collaborations nationales et internationales, incluant le projet AIQuAM3D. 

Nous recherchons un.e candidat.e ayant de la curiosité scientifique, du dynamisme, de l'autonomie et qui saura s’adapter au travail en équipe.

Conditions Générales

Cette offre correspond à un contrat Post Doc de 24 mois.

Le soutien aux utilisateurs peut imposer des périodes d’astreinte (typiquement six jours par semestre en moyenne, avec un weekend) et peut, en cas de besoin, nécessiter des interventions sur site, en dehors des horaires de travail conventionnel.

Contacts :

Andrew KING (Coordinateur imagerie, scientifique de ligne PSICHÉ) : andrew.king@synchrotron-soleil.fr
Timm WEITKAMP (Responsable scientifique de ligne ANATOMIX) : timm.weitkamp@synchrotron-soleil.fr