Post-doctorant ligne de lumière PSICHE et ANATOMIX (Tomographie et Imagerie) – Saint Aubin , France

Située au cœur du pôle Paris-Saclay, à une vingtaine de kilomètres de Paris, SOLEIL est la source française de rayonnement synchrotron. Dans cette Très Grande Infrastructure de Recherche, les expériences reposent sur l’utilisation d’un rayonnement lumineux produit par des paquets d’électrons circulant quasiment à la vitesse de la lumière dans un anneau. Ce rayonnement exceptionnellement brillant couvre une très large gamme de longueurs d’onde : de l’infrarouge aux rayons X, en passant par l’ultraviolet. Ses caractéristiques (intensité, focalisation, stabilité…) permettent d’observer la matière à toutes les échelles, jusqu’à l’atome, pour des expériences de recherche fondamentale, appliquée ou d’intérêt industriel. Depuis 2008, SOLEIL est au service de nombreux domaines qui mobilisent aujourd’hui la science et l’industrie : physique, biologie, chimie, science des matériaux, environnement, sciences de la Terre ou encore patrimoine culturel. SOLEIL est placé sous la tutelle conjointe du CNRS et du CEA, et offre à ses collaborateurs un environnement de travail multidisciplinaire et international.

Le projet SOLEIL II est une modernisation ambitieuse de l’ensemble de l’installation, qui permettra des expériences jusqu’à dix mille fois plus rapides, mille fois plus sensibles, avec une résolution à l’échelle nanométrique…, et apportera ainsi une contribution décisive à de nombreux défis sociétaux, en recherche sur les matériaux avancés, l’énergie et le développement durable, la santé et le bien-être, l’environnement….
Les premières fournitures pour la construction de SOLEIL II débutent en 2024. L’installation actuelle continuera de fonctionner en parallèle jusqu’à l’automne 2028. Démarrage de SOLEIL II est prévu pour 2030, avec une montée en puissance jusqu’en 2035.

SOLEIL est partenaire du projet franco-allemand AIQuAM3D. Ce projet vise à appliquer l’intelligence artificielle à la fabrication additive par fusion laser-lit de poudre (L-PBF). A SOLEIL, la microtomographie à rayons X synchrotron sera utilisée pour caractériser les défauts des composants imprimés en L-PBF. Des outils logiciels seront développés pour analyser ces données tomographiques en temps quasi réel, en utilisant des algorithmes conventionnels et l’intelligence artificielle, le cas échéant, pour obtenir les meilleurs résultats. L’analyse révélera à la fois les caractéristiques des échantillons étudiés (taille des défauts, localisations, types, etc.) mais donnera également un retour sur les réglages de l’instrument (problèmes d’alignement, rapport signal sur bruit, contraste, résolution spatiale, etc.). 
Synchrotron SOLEIL cherche à embaucher un postdoc en science des matériaux et/ou informatique pour le projet AIQuAM3D. Le poste est basé sur les lignes de lumière ANATOMIX et PSICHE. Elle débutera au plus tard en juin 2024 et durera 24 mois.
La ligne de lumière ANATOMIX (Advanced Nanotomography and Imaging with Coherent X-rays) permet de réaliser une tomographie aux rayons X à l’échelle micro et nanométrique, en absorption et en contraste de phase. Il fonctionne dans la gamme d’énergie comprise entre 5 et 50 keV et permet à ses utilisateurs d’obtenir des images radiographiques bidimensionnelles et tridimensionnelles d’échantillons volumineux de taille macroscopique (jusqu’à plusieurs cm d’épaisseur). Pour des échantillons plus petits, une résolution spatiale allant jusqu’à 50 nm (taille de pixel de 20 nm) peut être obtenue. Des études en temps réel sont possibles à des vitesses allant actuellement jusqu’à un balayage microtomographique par seconde ; des vitesses plus élevées allant jusqu’à 20 analyses de volume par seconde (50 ms par analyse) ont été démontrées.
La ligne de lumière PSICHÉ (Pressure Structure and Imaging by Contrast at High Energy) est dédiée à la diffraction des rayons X en conditions extrêmes (pression-température) et à la tomographie à haute énergie, de l’ambiante aux conditions extrêmes. La source est un agitateur sous vide utilisé pour produire une grande variété de modes de faisceau, depuis un grand faisceau blanc/rose parallèle à un faisceau monochromatique microfocalisé. Nous disposons de deux cases, une dédiée au faisceau blanc/rose (plage d’énergie : 15-100+ keV) et une autre au faisceau monochromatique (20-50 keV). Des expériences d’imagerie peuvent être réalisées dans les deux configurations en fonction des besoins. 
Pour les deux lignes de lumière, le champ des cas scientifiques est très vaste : de la biologie et de la paléontologie à la science des matériaux, en passant par la physique des hautes pressions et la géophysique.

I.Mission

Le postdoc travaillera sur les lignes de lumière ANATOMIX et PSICHÉ sous la supervision conjointe d’Andrew King (scientifique de la ligne de lumière PSICHE, coordinateur imagerie) et Timm Weitkamp (responsable de la ligne de lumière ANATOMIX).
Elle/Il participera activement au programme d’accompagnement des utilisateurs (tomodensitométrie à rayons X et science des matériaux) et sera impliqué dans les activités scientifiques, techniques et méthodologiques des lignes de lumière. Cela signifie préparer les lignes de lumière pour les expériences, aider les utilisateurs dans la gestion des configurations expérimentales, l’acquisition et le traitement des données si nécessaire.
Elle/Il développera le programme de recherche AIQuAM3D (voir section suivante). Elle / Il se verra accorder du temps de recherche en interne tout en soumettant également des propositions aux comités d’examen par les pairs. Elle/Il publiera ses résultats et les présentera lors de conférences nationales et internationales. Elle/Il peut également poursuivre ses propres intérêts de recherche et collaborer en plus de ce programme.

II. Responsabilité et tâches

Le postdoc travaillera sur deux thèmes principaux :
• Caractérisation des défauts dans les échantillons fabriqués de manière additive.
Dans la fusion laser sur lit de poudre (L-PBF), le procédé de fabrication additive (FA) avec la plus grande maturité industrielle et la plus grande diffusion, il existe plus de 50 paramètres de processus réglables qui influencent la qualité des pièces. Malgré les efforts scientifiques croissants, la chaîne de processus L-PBF ne peut toujours pas être entièrement simulée avec des outils de pointe, ce qui rend le contrôle qualité encore plus important, en particulier pour les domaines d’application critiques pour la sécurité tels que les secteurs de l’aérospatiale, de l’automobile et du médical. Pour cela, le support du μCT est nécessaire car il n’existe aucune autre méthode pour fournir des informations locales sur la densité des pièces de manière non destructive, rapide et économique. Dans ce projet, un modèle d’IA sera développé pour corréler plusieurs caractéristiques générées à partir des données de surveillance in situ du L-PBF avec les étiquettes de défauts obtenues par μCT. Le but ultime est de mettre en œuvre un modèle embarqué pour la prédiction des défauts en temps réel dans un système L-PBF et de le valider pour des échantillons de référence et un démonstrateur de géométrie complexe. Le post-doc contribuera à ces études via des études μCT de pièces AM.  
• Développement d’outils logiciels pour la reconstruction tomographique en temps réel et l’analyse des données.
La μCT est largement utilisée comme outil pour étudier la morphologie tridimensionnelle des matériaux dans la recherche et le développement (R&D) industriels et les tests non destructifs. Le μCT basé sur le synchrotron est capable d’acquérir des données très rapidement à haute résolution spatiale, permettant une imagerie in situ et un débit d’échantillons élevé. Cependant, jusqu’à présent, la μCT synchrotron est restée principalement un outil de R&D malgré ses avantages. L’un des obstacles à son adoption plus large est le délai entre la conception d’une expérience et le résultat final. Cela est dû en partie à la quantité de données, qui constitue souvent le goulot d’étranglement entre la collecte des données et le résultat : le nombre de volumes d’images 3D peut dépasser 100 échantillons par équipe de 8 heures, et le volume de données correspondant peut dépasser 1 To. par heure de temps de faisceau. De plus, l’accès aux installations synchrotron est plus limité que pour les scanners μCT conventionnels : les campagnes de mesure doivent généralement être planifiées des semaines ou des mois à l’avance, et les durées de faisceau sont courtes et nécessitent une préparation et une exécution rigoureuses. Par conséquent, les échecs d’analyse dus à des problèmes techniques ou à des erreurs lors de l’acquisition peuvent mettre en péril le succès de la campagne, à moins que l’erreur ne soit immédiatement découverte au cours de l’expérimentation. Pour garantir l’utilisation efficace du temps de faisceau synchrotron pour les analyses à haut débit, une analyse en temps réel ou au moins un contrôle qualité automatique en temps quasi réel des volumes d’analyse acquis constituerait donc un énorme avantage. Dans ce projet, des outils logiciels (à la fois conventionnels et utilisant l’intelligence artificielle) seront développés pour automatiser et rationaliser à la fois l’analyse des données et le contrôle de la qualité des données/retour d’instruments.

III. Formation et expérience

Le candidat doit être titulaire d’un doctorat en mécanique des matériaux/physique appliquée à la science des matériaux ou équivalent et avoir une expérience en imagerie tomographique. Ses compétences doivent également inclure le traitement de données d’images et de volumes avec Python ou un autre langage, ainsi que des connaissances en modélisation, formation et inférence en IA.
Le postdoc rejoindra une équipe pluridisciplinaire enthousiaste et en pleine croissance, bénéficiant de multiples partenariats nationaux et internationaux dont le projet AIQuAM3D.
Nous recherchons une personne curieuse, dynamique, autonome et qui aime travailler en équipe.

IV. Conditions générales

Il s’agit d’un poste de 2 ans.
Le poste est localisé sur le site du synchrotron SOLEIL (campus Paris-Saclay, Saint-Aubin, www.synchrotron-soleil.fr). 
L’assistance aux usagers impose certaines périodes de garde (typiquement 6 jours par semestre en moyenne, dont un week-end) et peut nécessiter, en cas de besoin, des interventions sur site en dehors des horaires habituels de travail.
Contacts :
Andrew KING (Coordinateur Imagerie ; scientifique ligne de lumière PSICHÉ) : andrew.king@synchrotron-soleil.fr
Timm WEITKAMP (Responsable de la ligne de lumière et scientifique ANATOMIX) : timm.weitkamp@synchrotron-soleil.fr