L’Imagerie par Résonance Magnétique nucléaire (IRM) est aujourd’hui une technique d’imagerie biomédicale incontournable, que ce soit pour le diagnostic des malades ou dans le domaine de la recherche sur le vivant et en neurosciences.

La majorité des scanners IRM est construite autour d’un puissant électroaimant supraconducteur ayant pour fonction de générer un champ magnétique intense et extrêmement homogène. Ce champ magnétique, dans lequel est plongé le patient, est celui qui permet de faire apparaître le phénomène de Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) utilisé pour obtenir des images de l’intérieur des tissus vivants.

Accroître l’intensité du champ magnétique produit par l’électroaimant supraconducteur est un des leviers principaux pour améliorer la qualité des images que peut fournir le scanner (meilleure résolution, meilleur contraste et / ou meilleure fréquence d’acquisition). Cependant, concevoir des électroaimants capables de produire des champs magnétiques ultra-intenses (≥ 14 T) s’accompagne de nouvelles difficultés, en particulier liées la résistance mécanique des bobines.

Les forces de Laplace résultent de l’interaction entre le champ magnétique produit par l’aimant et le courant circulant dans ses bobinages. Elles augmentent rapidement avec l’intensité du champ, au point de générer de très fortes contraintes mécaniques internes dans les bobinages, susceptible de les plastifier, de dégrader les propriétés supraconductrices des conducteurs, voire de conduire à la rupture de l’électroaimant.

Le CEA travaille donc actuellement sur une nouvelle méthode de conception des électroaimants supraconducteurs pour les IRMs haut-champ basée sur l’optimisation topologique. Celle-ci permettra de générer rapidement des formes de bobinages produisant le champ magnétique intense et homogène voulu, tout en contrôlant la contrainte mécanique pour garantir la tenue des matériaux en fonctionnement.

Le premier objectif de ce stage est de vérifier et valider la chaîne de simulations physiques implémentée en Python par le CEA pour ce nouvel outil de conception. Le / la candidat(e) devra comparer les résultats obtenus par cette chaîne de calcul avec ceux obtenus au moyen de logiciels commerciaux de référence (Opera et Cast3M). Les cas d’études qui serviront de référence seront basés sur des designs d’électroaimants supraconducteurs existants (IRM 7 T clinique, IRM 11,7 T « Iseult », etc., solénoïdes HTS 30 T).

Le second objectif, optionnel, de ce stage sera d’éprouver la nouvelle méthode de conception par optimisation topologique en proposant des designs d’aimants alternatifs qui répondent au cahier des charges des cas d’études choisis.