Entre passion et engagement : un parcours doctoral en physique des plasmas

Clément LACOSTE

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Merci beaucoup pour votre témoignage

Version française

En quoi consiste ta thèse en quelques mots ?

Le sujet principal de ma thèse a été l’optimisation et l’application de cibles hélicoïdales afin d’améliorer les caractéristiques (augmentation de l’énergie maximale, sélection en énergie, focalisation) des protons accélérés par TNSA (Target Normal Sheath Acceleration). Ce mécanisme se produit lorsqu’une impulsion laser de haute intensité (I > 10^18 W/cm²) et de courte durée (≤ ps) interagit avec des cibles solides minces. La zone d’interaction est ionisée et un plasma est créé. Les électrons de ce plasma sont accélérés à des vitesses relativistes et traversent la cible. Lorsqu’ils ont traversé la cible, un champ électrique de l’ordre du TV/m est généré en raison d’une séparation de charges. Ce champ accélère les protons présents sous forme de contaminants à la surface de la cible. L’énergie typique de ces protons est de l’ordre de quelques dizaines à une centaine de MeV. Au cours de ce processus, des électrons suffisamment énergétiques peuvent également s’échapper de la cible solide et générer un courant de décharge. Comme, pour certaines applications, le spectre en énergie des protons n’est pas parfaitement adapté, nous nous sommes concentrés durant ma thèse sur la récupération de ce courant de décharge à l’aide d’une cible en forme de bobine afin de produire des champs électriques permettant de post-accélérer et de focaliser les protons.

Pourquoi une thèse en cotutelle ?

Après un Master 2 Sciences de la Fusion et des Plasmas (SFP) de l’Université d’Aix-Marseille, j’ai eu l’opportunité de faire un stage à l’INRS (Varennes, Canada). Durant cette première expérience à l’étranger, j’ai beaucoup aimé découvrir le Canada, découvrir une nouvelle façon de faire de la recherche ainsi que ce nouveau cercle d’amis et de collègues. Il s’est trouvé qu’on m’a proposé alors de faire mon doctorat à l’INRS. Parallèlement, au CELIA à Bordeaux, on me proposait également un doctorat. Les deux directeurs des thèses respectives se connaissant bien, et le sujet étant assez proche, alors on m’a proposé de faire une cotutelle. Ainsi, devant tous les avantages de financements, de perspectives d’expériences et de collaborations ainsi que pour le réseau professionnel j’ai accepté, et ne regrette en rien mon choix. Attention cependant, une cotutelle peut entrainer une multitude de sujets différents à gérer.

Comment bien choisir son sujet de thèse ?

Selon moi, ce qui fait qu’un sujet est bon, est son impact sur la communauté scientifique et sur la société de manière générale. Pour cela, il faut premièrement un bon encadrement de thèse. C’est à dire qu’il faut pouvoir discuter facilement avec ses encadrants mais aussi avec d’autres groupes de recherche interne et externe au laboratoire d’acceuil. Une communauté scientifique dynamique c’est une thèse à impact potentiel fort. Deuxièmement, il faut un sujet qui nous plaise et nous inspire. Vous allez passer au minimum trois ans sur ce même sujet. Parfois le sujet vous lassera probablement. Alors il faut absolument le trouver attractif a prime abord. Il me semble que c’est uniquement en aimant ce que l’on fait qu’on le fait bien. Enfin, et mon troisième point est le plus matérialiste, il faut que le sujet soit financé au maximum. Ainsi, vous pourez montrer vos résultats au près des pairs en conférence, pouvoir participer à différentes expériences et/ou lancer des simulations (ou les deux pour un sujet complet) parfois couteuses. Ainsi demandez quel type d’encadrement proposent vos directeurs de thèse et quels types de financements sont accessibles puis demandez-vous si ce sujet vous plaît réellement. I

A-t-il été compliqué de concilier vie de recherche et vie personnelle ?

En réalité, selon moi, bien que la thèse soit un exercice un peu spécial, ce n’est pas un travail plus ou moins compliqué qu’un autre. Comme tout ce que l’on fait dans la vie, cela dépend de l’intensité avec lequel on le fait. Durant ces 3 ans ou plus, je pense qu’il est possible de concilier la recherche et sa vie personnelle. En revanche, comme tout le monde, vous ne disposez que de 24h dans une journée. Vous avez un manuscrit à rendre à terme. Du reste, tout dépend de l’énergie que vous voulez y mettre.

Pour ma part, en effet cela a été un peu compliqué. Dans le cadre de ma cotutelle ou de collaborations internationales, je passais plus de 3 mois par an à l’étranger. De plus, passionné par mon sujet et la physique des plasmas en génerale, je voulais découvrir un maximum ce milieu et me suis donc fortement investi. Ce serait mentir que de dire que ma vie personnelle n’en a pas été impactée. En revanche, ma thèse a aussi enrichit ma vie personnelle, y ajoutant beaucoup de découvertes culturelles, de voyages et de nouvelles rencontres.

Quel est ton poste actuel et que t’as apporté ton doctorat dans ce poste ?

Dorénavant, je suis chercheur postdoctoral à l’Université d’Ottawa dans l’équipe de Paul Corkum et Zenghu Chang, et je travaille sur la génération de champs magnétique laser intense. Le sujet est quelque peu différent de mon sujet de thèse. Cependant, la logique apportée durant ma thèse, comprendre d’un point de vue théorique la physique puis réaliser l’expérience afin de confronter votre compréhension à la réalité, reste la même. Exactement comme pour ma thèse, j’ai commencé par de la recherche bibliographique puis ai suivi cette logique. Ainsi, la thèse est formatrice en cela, donner une méthodologie et une rigueur scientifique permettant d’apprendre puis de créer du savoir dans un domaine.

English version

Between passion and commitment : A PhD Journey in Plasma Physics

Can you please briefly describe your PhD thesis work?

The main topic of my thesis has been the optimisation and application of conductive helical targets to enhance the characteristics (increase cut-off energy, select in energy, focusing) of the protons accelerated by the Target Normal Sheath Acceleration (TNSA) mechanism. This mechanism occurs when a high intensity (I>10^18 W/cm^2) and short duration (≤ ps) laser pulse interacts with thin solid foils. The interaction zone is ionized and a plasma is created. The electrons of this plasma are accelerated to relativistic velocities and travel through the foil. When they exit at the back surface, a TV/m electric field is created due to a charge separation and accelerates protons present as contaminants on the target surfaces. The typical energy of these protons is about  tens of MeV to one hundred of MeV. During this process, electrons with enough energy can also escape from the solide target and create a discharge current. As for certain application the proton spectrum is not perfectly adequat, during its PhD, we focus on retrieve this current discharge through an helical coil target to produce electric fields and post-accelerate and focuses the protons.

Why did you choose a jointly supervised PhD?

After completing a Master’s degree (M2) in Fusion and Plasma Sciences (SFP) at Aix-Marseille University, I had the opportunity to undertake an internship at INRS (Varennes, Canada). During this first experience abroad, I greatly enjoyed discovering Canada, experiencing a different way to do research, and building a new circle of friends and colleagues. I was then offered the opportunity to pursue my PhD at INRS. At the same time, I also received a PhD offer from CELIA in Bordeaux. Since the two supervisors knew each other well and the research topics were closely related, I was offered a joint supervision. Considering the many advantages such as funding opportunities, experimental prospects, collaborations, and professional networking, I accepted, and I do not regret my choice at all. However, it is worth noting that a cotutelle can involve managing a wide range of different topics simultaneously.

How to choose the right thesis topic?

In my opinion, what makes a research topic truly good is its impact on both the scientific community and society as a whole. To achieve this, the first requirement is strong PhD supervision. This means being able to communicate easily with your supervisors, as well as with other research groups both within and outside of your host laboratory. A dynamic scientific community greatly increases the potential impact of a PhD project. Secondly, the topic itself must really interest and inspire you. You will spend at least three years working on it, and there will be, maybe, sometimes when you feel less motivated. That is why it is essential to find the subject attractive from the very beginning. It seems to me that we only truly excel at what we enjoy doing. Finally, and more pragmatically, the project should be as well funded as possible. Adequate funding will allows you to present your results to peers at conferences, participate in experiments, and/or run simulations (or both, for a more comprehensive project), which can sometimes be costly. Therefore, you should ask about the type of supervision your advisors provide and the funding opportunities available, and then reflect carefully on whether the topic genuinely appeals to you.

Was it difficult to reconcil research and personnal life ?

In reality, in my opinion, although a PhD is a somewhat unique experience, it is not inherently more or less difficult than any other type of work. Like anything in life, it largely depends on the intensity with which you choose to engage in it. During these three years or more, I believe it is possible to balance research and personal life. However, like everyone else, you only have 24 hours in a day, and you ultimately have a manuscript to submit. Beyond that, it all comes down to how much energy you are willing to invest.

In my case, it was indeed a bit complicated to balance both. As part of my cotutelle and international collaborations, I spent more than three months per year abroad. In addition, being passionate about my topic and plasma physics in general, I wanted to explore this field as much as possible and therefore became deeply involved. It would be dishonest to say that my personal life was not affected. However, my PhD also enriched my personal life, bringing many cultural discoveries, travels, and new encounters.

What is your current position and how has your PhD contributed to that position ?

I am now a postdoctoral researcher at the University of Ottawa, working in the team of Paul Corkum and Zenghu Chang, where I focus on the generation of intense laser-driven magnetic fields. The topic is somewhat different from my PhD research. However, the approach I developed during my PhD, understanding the physics from a theoretical perspective and then carrying out experiments to test that understanding against reality, remains the same. Just as during my PhD, I began with a thorough review of the literature and then followed this same methodology. In this sense, a PhD is highly formative: it provides a structured approach and scientific rigor that enable you to learn and, ultimately, to generate new knowledge in a given field.