Publications

2016

• Laser-Driven Ramp Compression to Investigate and Model Dynamic Response of Iron at High Strain Rates
  
  • Amadou Nourou
  • Brambrink Erik
  • de Resseguier Thibaut
  • Manga Amadou Ousmane
  • Aboubacar Almoustapha
  • Borm Björn
  • Molineri Anaïs
  Metals, MDPI, 2016, 6 (12), pp.320. Efficient laser shock processing of materials requires a good characterization of their dynamic response to pulsed compression, and predictive numerical models to simulate the thermomechanical processes governing this response. Due to the extremely high strain rates involved, the kinetics of these processes should be accounted for. In this paper, we present an experimental investigation of the dynamic behavior of iron under laser driven ramp loading, then we compare the results to the predictions of a constitutive model including viscoplasticity and a thermodynamically consistent description of the bcc to hcp phase transformation expected near 13 GPa. Both processes are shown to affect wave propagation and pressure decay, and the influence of the kinetics of the phase transformation on the velocity records is discussed in details. (10.3390/met6120320)
  DOI : 10.3390/met6120320
• Polarization and Crystal-Orientation Dependency of Thermal Effects in Cryogenically Cooled Yb:CaF 2 (poster)
  
  • Genevrier Kevin
  • Papadopoulos Dimitrios N.
  • Camy Patrice
  • Doualan Jean-Louis
  • Moncorge Richard
  • Georges Patrick
  • Druon Frédéric
  , 2016. We study beam polarization and crystallographic-orientation dependency of thermal effects in Yb:CaF2 crystals at LN2 temperature. AtypicalSignificant anisotropy for a cubic crystal is demonstrated resulting in polarization-dependent thermal-astigmatism or asymmetric depolarization pattern.
• Laser amplification via stimulated Brillouin scattering in the strongly coupled regime : towards control and optimization
  
  • Chiaramello Marco
  , 2016. The use of plasma as an amplification medium is currently discussed because it can overcome current solid-state technology limitations in terms of maximum achievable intensity. Via parametric scattering off a plasma oscillation the energy from a long pump pulse can be transferred into a short seed pulse. Brillouin scattering has the potential to become a robust amplification process. In this thesis we present theoretical and numerical (PIC) studies aimed at better understanding the role of each plasma parameter on the amplification mechanism: the interaction length, the shape of the density profile, the duration of the long pump signal, the relative delay between the seed and pump signals, the chirp of the long pump laser pulse. For the first time we show complete description of the time and space evolution of the phases of the pump, seed and plasma density perturbation that dictate the energy flow transfer between the pump and seed laser beams and the efficiency of amplification. In order to propose and improve nowadays experimental set-ups, a comparison with recent experiments is performed. (10.70675/38bea0d7zb8f1z4bebz9e61zd040fa5bd498)
  DOI : 10.70675/38bea0d7zb8f1z4bebz9e61zd040fa5bd498
• Emission X de plasmas : Spectroscopie et imagerie à haute résolution
  
  • Do Alexandre
  , 2016. Résumé : La plupart des plasmas créés en laboratoire dans des expériences relevant, par exemple, de la fusion à confinement inertiel sont des plasmas Hors Equilibre Thermodynamique Local (ETL). La modélisation de la cinétique atomique de ces plasmas est cruciale pour comprendre et diagnostiquer les propriétés radiatives de ces milieux. Il y a une forte demande pour la réalisation d’expériences de spectroscopie X dans lesquelles le plasma est caractérisé par des diagnostics indépendants. Et donc le développement de nouveaux diagnostics pour ces expériences est aussi un enjeu majeur.Dans la continuité d’une série d’expériences précédentes, on a réalisé l’étude spectroscopique de la couche K d’aluminium (Al, ZAl = 13) et de la couche L du bromure de potassium (KBr, ZK = 19, ZBr = 35). Le but est d’obtenir simultanément la mesure de l’émission X du plasma et une caractérisation la plus complète possible des paramètres hydrodynamiques du plasma émetteur. Cependant il a été difficile de reproduire ces résultats expérimentaux par les codes de simulations car les gradients de densité électronique et de température électronique étaient trop importants.Une nouvelle expérience préliminaire a été réalisée sur l’installation ELFIE sur des cibles de Z moins élevé, d’Al et de C pour montrer qu’il était possible de mieux contrôler les paramètres hydrodynamiques du plasma afin que ce dernier soit plus homogène et donc plus facile à modéliser. Suite aux résultats de cette expérience, on a pu ajuster les différentes géométries (diagnostics et cibles) afin de la reproduire sur un plasma de KBr.Dans le cadre du projet Laser MégaJoule (LMJ) des imageurs X devront observer la surface de microballons. Les résolutions à atteindre seront de l’ordre de quelques microns.On a réalisé une étude préliminaire des Lentilles à Zone de Fresnel (LZF) comme composant optique d’un nouveau microscope X à très haute résolution spatiale. On a dans un premier temps réalisé la métrologie des LZF sur des installations synchrotrons (SOLEIL, BESSY II) et laser (EQUINOX) et mesuré des résolutions inférieure à 3 µm pour un faisceau monochromatique. En ajoutant un miroir multicouche (MMC) à la LZF, on réalise une sélection spectrale de 100 eV centré sur la raie Heβ de l’aluminium (1860 eV). Ce système constitue le diagnostic Fresnel Ultra High Resolution Imager (FUHRI) a été utilisé sur l’installation LULI2000 : sa résolution a été mesurée à 3,8 µm en janvier 2015. Le diagnostic a été amélioré en 2016 par l’ajout d’une seconde voie de mesure, appelé FUHRIx2 qui permet de mesurer simultanément la taille de la zone d’émissions de deux longueurs d’onde différentes. Cette expérience est un premier pas pour montrer qu’il est possible de remonter aux paramètres hydrodynamiques grâce à la mesure à haute résolution des tailles de zones émissives des différentes raies d’un plasma.En parallèle, on a aussi testé les LZF sur le LMJ afin d’étudier leur potentiel et définir leurs conditions d’utilisation avec les restrictions d’une telle installation. (10.70675/1c8a8acbzc76dz45c7z8775zf2892523aef8)
  DOI : 10.70675/1c8a8acbzc76dz45c7z8775zf2892523aef8
• Cervical myelopathy involving os odontoideum and retro-odontoid cyst treated with Harms C1–C2 arthrodesis
  
  • Le Pape S.
  • Gauthé R.
  • Latrobe C.
  • Leroux J.
  • Roussignol X.
  • Ould-Slimane Mourad
  Orthopaedics & Traumatology: Surgery & Research, Elsevier, 2016, 102 (6), pp.817-820. (10.1016/j.otsr.2016.06.008)
  DOI : 10.1016/j.otsr.2016.06.008
• The Apollon 10 PW laser: experimental and theoretical investigation of the temporal characteristics
  
  • Papadopoulos N.
  • Zou P.
  • Le Blanc Catherine
  • Cheriaux G.
  • Georges Patrick
  • Druon F.
  • Mennerat G.
  • Ramirez P.
  • Martin L.
  • Fréneaux A.
  • Beluze A.
  • Lebas N.
  • Monot P.
  • Mathieu F.
  • Audebert P.
  High Power Laser Science and Engineering, Cambridge University Press, 2016, 4, pp.e34. The objective of the Apollon 10 PW project is the generation of 10 PW peak power pulses of 15 fs at 1 shot min$^{−1}$. In this paper a brief update on the current status of the Apollon project is presented, followed by a more detailed presentation of our experimental and theoretical investigations of the temporal characteristics of the laser. More specifically the design considerations as well as the technological and physical limitations to achieve the intended pulse duration and contrast are discussed (10.1017/hpl.2016.34)
  DOI : 10.1017/hpl.2016.34
• Decaying shock studies of phase transitions in MgO-SiO 2 systems: Implications for the super-Earths' interiors
  
  • Bolis R. M
  • Morard G.
  • Vinci T.
  • Ravasio A.
  • Bambrink E.
  • Guarguaglini M.
  • Koenig M.
  • Musella R.
  • Remus F.
  • Bouchet J.
  • Ozaki N.
  • Miyanishi K.
  • Sekine T.
  • Sakawa Y.
  • Sano T.
  • Kodama R.
  • Guyot F.
  • Benuzzi-Mounaix A.
  Geophysical Research Letters, American Geophysical Union, 2016, 43 (18), pp.9475-9483. (10.1002/2016GL070466)
  DOI : 10.1002/2016GL070466
• Étude de l'équation d'état des matériaux ablateurs des capsules du Laser Mégajoule
  
  • Colin-Lalu Pierre
  , 2016. Cette thèse s’inscrit dans le cadre de recherches menées sur la fusion par confinement inertiel (FCI). En particulier, l’étude proposée ici s’est concentrée sur les équations d’état tabulées de deux matériaux ablateurs synthétisés sur les capsules du Laser Mégajoule. Le but est alors de tester la modélisation théorique implémentée dans ces tables. Nous avons concentré notre étude sur un domaine restreint du diagramme de phase caractérisé par des pressions de quelques mégabars et de températures de quelques électronvolts qui peut être atteint sur des installations laser de tailles moyennes.Pour ce faire, nous nous sommes basés sur le modèle QEOS, car il est simple d’utilisation, paramétrable et donc facilement modifiable.Nous avons ensuite appliqué les méthodes de la dynamique moléculaire quantique pour générer la courbe froide et les courbes d’Hugoniot des deux matériaux étudiés. Ces calculs ont notamment mis en avant l’influence de la dissociation chimique sur la forme de ces courbes. Une comparaison avec le modèle QEOS a montré un écart important sur l’Hugoniot. Une modification de ce modèle, à travers le coefficient de Grüneisen, nous a ensuite permis de restituer les effets observés et d’étudier leurs impacts sur la chronométrie des chocs dans une capsule de FCI.Parallèlement à cette étude numérique, nous avons mesuré des états thermodynamiques le long de l’Hugoniot lors de trois campagnes sur les installations laser LULI2000 et GEKKO XII. L’utilisation de diagnostics VISAR et d’un diagnostic d’émission propre, nous a alors permis de sonder la matière sous choc. En outre, les données expérimentales ont confirmé les précédents résultats.En outre, cette étude a été réalisée sur deux matériaux ablateurs différents parmi lesquels on distingue le polymère non dopé CHO et le polymère dopé au silicium CHOSi. Elle montre un comportement universel de ces matériaux le long de l’Hugoniot. (10.70675/090b60e8z0d2cz4489zbba2zaa7ce9fb0c11)
  DOI : 10.70675/090b60e8z0d2cz4489zbba2zaa7ce9fb0c11
• Mode matching in second-order susceptibility metal-dielectric structures
  
  • Heron Sébastien
  • Bouchon Patrick
  • Haidar Riad
  Physical Review A, American Physical Society, 2016, 94 (3). We present an effective-medium model for a subwavelength periodically patterned metallic layer, its cavities being filled with a nonlinear dielectric material, which accounts for both the linear and second-order behavior. The effective nonlinear susceptibility for the homogenized layer is driven by the nonlinearity of the dielectric material and by the geometrical parameters, thus leading to much higher susceptibility than existing materials. This leads to a huge enhancement of nonlinear processes when used together with resonances. Furthermore, multiple resonances are taking place in the metallic cavities and we investigate the mode-matching situations for frequency conversion processes and show how it enhances further their efficiency. (10.1103/PhysRevA.94.033831)
  DOI : 10.1103/PhysRevA.94.033831
• Recent progress on the Apollon 10 PW laser (orale)
  
  • Papadopoulos Dimitrios N.
  • Leblanc Catherine
  • Zou J-P
  • Chériaux Gilles
  • Georges Patrick
  • Druon Frédéric
  • Martin Luc
  • Freneaux Antoine
  • Beluze Audrey
  • Lebas N.
  • Le Garrec Bruno
  • Mathieu François
  • Audebert Patrick
  , 2016.
• Alignment, characterisation and optimisation of an Offner stretcher at three wavelengths (orale)
  
  • Leblanc Catherine
  • Taghzout Ilyes
  • Zou J-P
  • Druon Frédéric
  • Papadopoulos Dimitrios N.
  , 2016.
• Advances of the Apollon 10 PW project: – investigation of the spatio-temporal effects (orale)
  
  • Zou J-P
  • Papadopoulos Dimitrios
  • Leblanc Catherine
  • Druon Frédéric
  , 2016.
• Laboratory analogue of a supersonic accretion column in a binary star system
  
  • Cross J.
  • Gregori G.
  • Foster J.
  • Graham P.
  • Bonnet-Bidaud J. -M.
  • Busschaert C.
  • Charpentier N.
  • Danson C.
  • Doyle H.
  • Drake R.
  • Fyrth J.
  • Gumbrell E.
  • Koenig M.
  • Krauland C.
  • Kuranz C.
  • Loupias B.
  • Michaut C.
  • Mouchet M.
  • Patankar S.
  • Skidmore J.
  • Spindloe C.
  • Tubman E.
  • Woolsey N.
  • Yurchak R.
  • Falize E.
  Nature Communications, Nature Publishing Group, 2016, 7 (1). Astrophysical flows exhibit rich behaviour resulting from the interplay of different forms of energy-gravitational, thermal, magnetic and radiative. For magnetic cataclysmic variable stars, material from a late, main sequence star is pulled onto a highly magnetized (B410 MG) white dwarf. The magnetic field is sufficiently large to direct the flow as an accretion column onto the poles of the white dwarf, a star subclass known as AM Herculis. A stationary radiative shock is expected to form 100-1,000 km above the surface of the white dwarf, far too small to be resolved with current telescopes. Here we report the results of a laboratory experiment showing the evolution of a reverse shock when both ionization and radiative losses are important. We find that the stand-off position of the shock agrees with radiation hydrodynamic simulations and is consistent, when scaled to AM Herculis star systems, with theoretical predictions. (10.1038/ncomms11899)
  DOI : 10.1038/ncomms11899
• Les pédicules de C2 sont-ils toujours vissables ? Calibration et planification selon l’angle pédiculo-lamaire
  
  • Le Pape S.
  • Gauthe R.
  • Latrobe C.
  • Cantogrel P.
  • Proust F.
  • Leroux J.
  • Ould-Slimane Mourad
  Neurochirurgie, Elsevier Masson, 2016, 62 (4), pp.209-212. (10.1016/j.neuchi.2015.10.011)
  DOI : 10.1016/j.neuchi.2015.10.011
• Broadband stimulated Raman backscattering
  
  • Landgraf B
  • Aurand B
  • Lehmann G
  • Gangolf T
  • Schnell M
  • Kühl T
  • Spielmann C
  New Journal of Physics, Institute of Physics: Open Access Journals, 2016, 18, pp.073048. Broadband amplification employing stimulated Raman backscattering is demonstrated. Using seed pulses with a bandwidth of about 200 nm, we study the amplification in a wide spectral range in a single laser shot. With chirped pump pulses and a Ne gas jet, we observed under optimized conditions, amplification in a range of about 80 nm, which is sufficient to support the amplification of sub-20 fs pulses. This broad amplification range is also in excellent agreement with PIC simulations. The conversion efficiency is at certain wavelengths as high as 1.2% and was measured to be better than 6×10 −3 on average. (10.1088/1367-2630/18/7/073048)
  DOI : 10.1088/1367-2630/18/7/073048
• Optimization of interaction conditions for efficient short laser pulse amplification by stimulated Brillouin scattering in the strongly coupled regime
  
  • Chiaramello M.
  • Riconda C.
  • Amiranoff François
  • Fuchs J.
  • Grech M.
  • Lancia L.
  • Marquès Jean-Raphaël
  • Vinci T.
  • Weber Sébastien J.
  Physics of Plasmas, American Institute of Physics, 2016, 23 (7), pp.072103. (10.1063/1.4955322)
  DOI : 10.1063/1.4955322
• Dynamic X-ray diffraction observation of shocked solid iron up to 170 GPa
  
  • Denoeud Adrien
  • Norimasa Ozaki
  • Alessandra Benuzzi-Mounaix
  • H. Uranishi
  • Y Kondo
  • R Kodama
  • E Brambrink
  • A Ravasio
  • M Bocoum
  • Jm Boudenne
  • Marion Harmand
  • F Guyot
  • S Mazevet
  • D Riley
  • M Makita
  • T Sano
  • Y Sakawa
  • Inubushi Y.
  • G Gregori
  • M Koenig
  • Morard Guillaume
  Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, National Academy of Sciences, 2016. Investigation of the iron phase diagram under high pressure and temperature is crucial for the determination of the composition of the cores of rocky planets and for better understanding the generation of planetary magnetic fields. Here we present X-ray diffraction results from laser-driven shock-compressed single-crystal and polycrystalline iron, indicating the presence of solid hexagonal close-packed iron up to pressure of at least 170 GPa along the principal Hugoniot, corresponding to a temperature of 4,150 K. This is confirmed by the agreement between the pressure obtained from the measurement of the iron volume in the sample and the inferred shock strength from velocimetry deductions. Results presented in this study are of the first importance regarding pure Fe phase diagram probed under dynamic compression and can be applied to study conditions that are relevant to Earth and super-Earth cores. (10.1073/pnas.1512127113)
  DOI : 10.1073/pnas.1512127113
• Initiation de réactions nucléaires par des protons accélérés par laser
  
  • Baccou Claire
  , 2016. L’avènement des lasers de forte intensité ouvre une nouvelle voie pour la production de réactions nucléaires par laser. En particulier, les impulsions d’intensités supérieures à 10^18 W.cm-2 permettent d’accélérer des faisceaux de protons, et d’ions, caractérisés par un large spectre, une courte durée d’impulsion de l’ordre de la dizaine de picoseconde, un flux (nombre de particules par unité de temps) supérieur de plusieurs ordres de grandeurs aux flux obtenus dans les accélérateurs classiques et des énergies allant jusqu’à plusieurs dizaines de MeV. De telles énergies permettent d’initier des réactions nucléaires ayant des résonances autour de la centaine de keV, telles que la réaction de fusion p-11B qui libère trois particules alpha et ~8,7 MeV, ou encore des réactions à seuil qui produisent des radio-isotopes, utiles pour la médecine nucléaire. Cette thèse a été dédiée au développement d’une plateforme expérimentale sur l’installation laser ELFIE, du LULI (Ecole Polytechnique, France) pour étudier la production de réactions nucléaires dans le cadre du schéma laser suivant : un faisceau de protons est accéléré par laser sur une première cible, par mécanisme TNSA, puis une cible de bore est irradiée par ces protons pour produire les réactions nucléaires. Un second faisceau laser peut être déclenché pour ioniser la cible de bore. Un ensemble de diagnostics complémentaires a été développé pour mesurer et caractériser les produits de réactions. Différents paramètres tels que le flux de protons, le spectre de protons, l’état de la cible de bore (solide ou plasma) ou sa composition, ont été testés afin d’identifier les paramètres physiques qui permettent d’optimiser le nombre de réactions. La compréhension de la physique qui régit la production des réactions nucléaires dans ces conditions est indispensable pour envisager des applications en médecine, ou dans des schémas de fusion pour produire de l’énergie. (10.70675/1246aaafz0259z4bfaza94dzb048cd63d88e)
  DOI : 10.70675/1246aaafz0259z4bfaza94dzb048cd63d88e
• High Damage Threshold Meter-scale Optical Components for Multi-PW Lasers
  
  • Hervy Adrien
  • Gallais Laurent
  • Cheriaux Gilles
  • Mouricaud Daniel
  • Slimane Djidel
  • Freneaux Antoine
  • Chambaret Jean Paul
  • Leblanc Catherine
  • Somekh M.
  • Mathieu François
  • Bonod Nicolas
  • Cotel Arnaud
  • Desserouer F.
  • Uteza O.
  • Clady R.
  • Sentis Marc
  , 2016.
• Probing local and electronic structure in Warm Dense Matter: single pulse synchrotron x-ray absorption spectroscopy on shocked Fe
  
  • Torchio Raffaella
  • Occelli Florent
  • Mathon Olivier
  • Sollier Arnaud
  • Lescoute Emilien
  • Videau Laurent
  • Vinci Tommaso
  • Benuzzi-Mounaix Alessandra
  • Headspith Jon
  • Helsby William
  • Bland Simon
  • Eakins Daniel
  • Chapman David
  • Pascarelli Sakura
  • Loubeyre Paul
  Scientific Reports, Nature Publishing Group, 2016, 6, pp.26402. Understanding Warm Dense Matter (WDM), the state of planetary interiors, is a new frontier in scientific research. There exists very little experimental data probing WDM states at the atomic level to test current models and those performed up to now are limited in quality. Here, we report a proof-of-principle experiment that makes microscopic investigations of materials under dynamic compression easily accessible to users and with data quality close to that achievable at ambient. Using a single 100 ps synchrotron x-ray pulse, we have measured, by K-edge absorption spectroscopy, ns-lived equilibrium states of WDM Fe. Structural and electronic changes in Fe are clearly observed for the first time at such extreme conditions. The amplitude of the EXAFS oscillations persists up to 500 GPa and 17000 K, suggesting an enduring local order. Moreover, a discrepancy exists with respect to theoretical calculations in the value of the energy shift of the absorption onset and so this comparison should help to refine the approximations used in models. (10.1038/srep26402)
  DOI : 10.1038/srep26402
• Developments of high damage threshold meter-scale optical components for multi-PW lasers
  
  • Hervy Adrien
  • Gallais Laurent
  • Cheriaux Gilles
  • Slimane Djidel
  • Freneaux Antoine
  • Bonod Nicolas
  • Cotel Arnaud
  • Clady R.
  • Sentis Marc
  , 2016.
• Développement de composants optiques de grande taille pour laser multi-PW
  
  • Hervy Adrien
  • Gallais Laurent
  • Cheriaux Gilles
  • Mouricaud Daniel
  • Slimane Djidel
  • Freneaux Antoine
  • Chambaret Jean-Paul
  • Somekh M.
  • Mathieu François
  • Leblanc Catherine
  • Bonod Nicolas
  • Desserouer F.
  • Cotel Arnaud
  • Uteza Olivier
  • Clady R.
  • Sentis Marc
  , 2016.
• The Apollon 10 PW laser: experimental and theoretical investigation of the temporal aspects (orale)
  
  • Papadopoulos Dimitrios N.
  • Zou J-P
  • Leblanc Catherine
  • Chériaux G.
  • Georges Patrick
  • Druon Frédéric
  • Mennerat G.
  • Ramirez P.
  • Martin Luc
  • Fréneaux A
  • Beluze Audrey
  • Lebas N.
  • Monot P.
  • Mathieu François
  • Audebert P.
  , 2016.
• Vlasov simulation of laser-driven shock acceleration and ion turbulence
  
  • Grassi A
  • Fedeli L
  • Sgattoni A
  • Macchi A
  Plasma Physics and Controlled Fusion, IOP Publishing, 2016, 58 (3), pp.034021. We present a Vlasov, i.e. a kinetic Eulerian simulation study of nonlinear collisionless ion-acoustic shocks and solitons excited by an intense laser interacting with an overdense plasma. The use of the Vlasov code avoids problems with low particle statistics and allows a validation of particle-in-cell results. A simple, original correction to the splitting method for the numerical integration of the Vlasov equation has been implemented in order to ensure the charge conservation in the relativistic regime. We show that the ion distribution is affected by the development of a turbulence driven by the relativistic 'fast' electron bunches generated at the laser-plasma interaction surface. This leads to the onset of ion reflection at the shock front in an initially cold plasma where only soliton solutions without ion reflection are expected to propagate. We give a simple analytical model to describe the onset of the turbulence as a nonlinear coupling of the ion density with the fast electron currents, taking the pulsed nature of the relativistic electron bunches into account. (10.1088/0741-3335/58/3/034021)
  DOI : 10.1088/0741-3335/58/3/034021
• X-ray emission spectroscopy of well-characterised non-LTE plasmas
  
  • Bourgaux A
  • Bastiani-Ceccotti S.
  • Audebert P.
  • Marques J.-R.
  • Vassura L.
  • Vinci T.
  • Dorchies F.
  • Leguay P
  • Chung H.
  • Bowen C
  • Dervieux V
  • Renaudin P.
  • Silvert V.
  • Jacquemot S.
  Journal of Physics: Conference Series, IOP Science, 2016, 688, pp.012039. (10.1088/1742-6596/688/1/012039)
  DOI : 10.1088/1742-6596/688/1/012039